ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

Цикл образования суперконтинентов

 

Привычная география Земли с ее океанами и материками с геологической точки зрения недолговечна. Привычные очертания обеих Америк, Европы и Африки, просторы Атлантического океана; протяженная в восточном направлении Азия; громадный Тихий океан, окаймленный на юге островами и материком Австралии; полярный мир Антарктики – все это лишь геологическое мгновение. Мощный процесс глобальной тектоники не только формирует континенты, но и неустанно передвигает их по планете. Вода и суша вновь и вновь меняют облик.

Группа опытных исследователей взяла на себя труд изучить древнюю географию Земли и составила замечательные, хотя и приблизительные, карты былого и будущего нашей планеты. Они приняли во внимание множество факторов. Например, известно, с какой скоростью и в каких направлениях движутся в наше время континенты.

Год за годом расширяется Атлантический океан, Африка явно раскалывается на два материка; мы также с изумлением наблюдаем, как Индия постепенно врезается в Китай, сминая зазубренную линию Гималаев. Конечно, это происходит очень медленно, но неуклонно, 2–3 см в год; однако на протяжении сотен миллионов лет даже движение со скоростью улитки может вызвать гигантские изменения. Можно прокрутить воображаемую видеозапись географии Земли назад и вперед и таким образом представить себе, как меняется капризный лик нашей планеты. Богатый набор окаменелых остатков растений и животных может помочь ученым нарисовать картину планеты, какой она была даже полмиллиарда лет назад, если судить по тому, какими разными путями шла эволюция флоры и фауны на разделенных в пространстве материках. Например, разнообразные сумчатые животные Австралии или бескрылые птицы Новой Зеландии могут рассказать увлекательную историю зоологической изоляции.

Уходя вглубь истории на время 500 млн лет и более, мы замечаем, как картина начинает тускнеть; приходится искать другие путеводные нити. Необычайные подсказки дает нам древний магнетизм, заключенный в вулканических породах. Мы привыкли представлять себе магнитное поле Земли, ориентируясь по направлению север – юг, согласно ориентации стрелки компаса, но на самом деле все гораздо сложнее. Силовые линии магнитного поля Земли пересекают планету под углом, называемым магнитным наклонением. В плоскости экватора наклонение близко к нулю, т. е. почти горизонтально, но на более высоких широтах угол наклонения возрастает, становясь почти вертикальным на полюсах. Точные измерения древнего магнитного поля, застывшего в вулканической породе, дают нам возможность выяснить как ориентацию север – юг, так и широту, на которой находился материк, когда эта порода превратилась в твердь.

Замечательно, что такое трудноуловимое свидетельство показывает, что некоторые породы, ныне расположенные на экваторе, некогда находились поблизости от полюса – и наоборот. Находки в Антарктике окаменелостей, относящихся к древним тропическим лагунам, или обнаружение в экваториальной Африке окаменелостей, характерных для тундры, подтверждают этот вывод. Исследование осадочных пород добавляет существенные данные. В различных средах накапливаются различные виды отложений: на мелководье, на континентальных шельфах, в тундре, озерах ледникового происхождения, в приливно-отливных лагунах и болотах формируются разные типы пород.

Опираясь на эти подсказки, специалисты по палеогеографии составили связную и вполне допустимую картину Земли, какой она была 1,6 млрд лет назад, т. е. в самый разгар скучного миллиарда, а также высказали ряд предположений относительно более древнего периода – времен формирования первых континентов. В переломный момент сдвига тектонических плит на самой линии разлома, где плотные блоки первоначальной базальтовой коры погружались в недра мантии, непотопляемые куски менее плотных гранитных островков нагромождались друг на друга, образуя все более крупные, устойчивые и долговечные участки суши. Эти древние куски того, что впоследствии стало континентами, известны под названием «кратон» (от греч. κράτος – «сила, крепость»).

Кратоны действительно очень прочны; однажды образовавшись, они существуют очень долго. До наших дней на Земле сохранилось не менее трех дюжин более или менее невредимых кратонов, причем некоторым из них исполнилось 3,8 млрд лет, а их размер составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч километров в поперечнике. Эти части разных древних континентов за несколько миллиардов лет пропутешествовали едва ли не через всю планету, причем каждый имеет собственное имя: Слейв и Сьюпириор в Северной Америке, Каапвааль и Зимбабве в Африке, Пилбара и Йилгарн в Австралии. Стиснутые вместе или оторванные друг от друга, наряду с более мелкими обломками древней суши, они сохранились в качестве остатков фундамента древних континентов. Гренландия стоит на трех таких кратонах, а большая часть центральной Канады и северных районов штатов Мичиган и Миннесота включает целый набор. Значительные части Бразилии и Аргентины покоятся на нескольких кратонах, что верно и в отношении больших территорий северной, западной и южной Австралии, Сибири, Скандинавии, крупной части Антарктики, некоторых регионов восточного и южного Китая, большей части Индии и некоторых полос в западной, южной и центральной Африке. Все эти кратоны начали формироваться более 3 млрд лет назад – еще до образования тектонических плит, когда суша составляла лишь незначительную часть земной поверхности. Вот почему кратоны являются очевидцами бурной юности Земли, хотя и слегка помятыми и покоробленными.

Кратоны – это ключи к ранней истории Земли, как розетские камни для археологов. Океанов недостаточно, чтобы расшифровать письмена ранней эпохи земной истории. Благодаря безостановочному конвейеру глобальной тектоники, порождающей, в частности, базальтовую океаническую кору в центрально-океанических хребтах и снова поглощающей ее в зонах столкновения, возраст древнейшего океанского дна не превышает 200 млн лет. Все, что старше, можно обнаружить лишь на континентах, если оно вообще сохранилось.

Странствующие кратоны отличаются удивительно сложной историей. Приводимые в действие движением тектонических плит, они перемещаются, сталкиваясь друг с другом и образуя составные кратоны и суперкратоны, которые, в свою очередь, сбиваются в гигантские пространства суши – континенты или суперконтиненты. Каждое столкновение порождает новую горную гряду вдоль линии соединения кратонов; каждая гряда содержит интереснейшие данные о древней сборке участков суши. Суперконтиненты, в свою очередь, раскалываются и разделяются на самостоятельные материки или острова, омываемые со всех сторон океанами. Каждый раз, когда происходит раскол континента, между расходящимися частями расширяется полоса океана и формируются характерные отложения: сначала песчаники и известняки на мелководье, затем глубоководные глины и глинистый сланец. Именно такая последовательность осадочных пород указывает на раскол континентов. Суперконтиненты соединялись и расходились вновь и вновь. Это напоминает гигантский пазл, и картинка, которую надо сложить, неизвестна, к тому же ее части постоянно меняют свои формы и местоположение.


Что здесь общего со скучным миллиардом? Все. Чтобы представить себе этот период, лишенный явных признаков активности, – без крупных катастроф, без растительности, поскольку разнообразная флора и фауна появятся позднее, – нам следует обратиться к специалистам по палеогеографии. Пытаясь разобраться в деталях головоломки кратонов, перемещавшихся по планете в течение миллиардов лет, эти неутомимые труженики забираются в самые отдаленные уголки планеты, картируют горные породы, собирают образцы, а затем подвергают их мыслимым и немыслимым лабораторным испытаниям.

Ядро каждого кратона составляют древнейшие породы, старше 3 млрд лет. Эти фрагментарные свидетельства древнейшей земной коры в целом составляют скромную долю в общей материковой массе. Они непрестанно подвергаются воздействию тепловой энергии и давления, меняют свой состав, растворяясь в приповерхностных водах, и деформируются при напряжении земной коры. Даже при таких условиях природу первоначальных пород, будь то гранитные вкрапления или осадочные слои, чаще всего можно определить. Более того, нам помогает даже то, что кратоны не остаются в покое. Вся история их существования отмечена пульсацией магмы, когда ее новые всплески расплавляют старые структуры, формируя жилы и гнезда вулканических пород. Новые осадочные месторождения возникают как внутри материка, в реках и озерах, так и вдоль мелководья на песчаных морских побережьях. Отличительные типы и структуры горных пород формируются и во время столкновения или раскола кратонов – событий, для которых характерно движение крупных массивов суши. Тщательное исследование этих более молодых формаций позволяет выделить последовательность формирования горных пород в истории существования кратона. Здесь-то и начинается самое интересное.

Более молодые породы дают подсказку для определения хронологии перемещений кратона. Вулканические породы содержат мелкие кристаллы магнетиков, которые в процессе отвердевания ориентируются по магнитному полю Земли. Тщательные палеомагнитные исследования помогают определить не только направление предшествующих магнитных полюсов севера и юга, но и примерную широту, на которой произошло остывание пород. Эти данные, конечно, не сравнить с координатами GPS, но они позволяют относительно точно фиксировать положение кратонов на временной оси. Исследование осадочных пород позволяет узнать многое о климате и экологии. Осадочные отложения, возникшие в условиях тропиков, значительно отличаются от пород, сформировавшихся в умеренных или ледниковых зонах более высоких широт. Некоторые осадочные породы также включают кристаллы магнетиков, по которым можно определить расположение полюсов.

Чтобы сформировалось даже самое приблизительное представление о меняющемся облике Земли, целые армии геологов тщательно обследуют каждый из трех дюжин кратонов. На это уходят десятилетия трудоемких полевых экспедиций и лабораторных исследований. Данные, собранные по всей планете, сводятся вместе. Затем все кратоны составляются, и получается воображаемый фильм об их странствиях, начиная с географии современного мира и постепенно уходя вглубь прошлого. Чем глубже мы погружаемся в прошлое, тем общая картина неминуемо становится все более расплывчатой и умозрительной. Тем не менее даже то, что удается восстановить, поражает воображение. Согласно современным представлениям, за три последних миллиарда лет Земля претерпела цикл по меньшей мере пяти слияний и расколов суперконтинентов.

Наши познания об истории древнейшей земной суши пока не очень глубоки, и существующие подходы к этому предмету сопровождаются многочисленными разногласиями. Никто не рискует, по крайней мере пока, предложить даже приблизительный набросок карты земной поверхности 3 млрд лет назад, но в одной достаточно обоснованной модели предполагается, что первый в истории Земли континент, называемый Уром, сформировался около 3,1 млрд лет назад из ранее рассеянных частей, сейчас известных как Южная Африка, Австралия, Индия и Мадагаскар. Существует предположение, что еще до того, примерно 3,3 млрд лет назад, существовал суперконтинент Ваальбара, но достаточных доказательств этому нет. Согласно сравнительным палеомагнитным данным, полученным из всех регионов, предположительно составлявших древний Ур, современные отдельные кратоны большую часть древней истории Земли были единой сушей – их перемещения по планете выглядят практически параллельными, а потому, возможно, связанными. Магнитные данные позволяют считать, что суперконтинент Ур оставался целым почти 3 млрд лет и начал разделяться только около 200 млн лет назад.

Древнейший гипотетический суперконтинет Кенорленд, или Сьюпириор (по названию горных местностей в Северной Америке), как полагают, сформировался около 2,7 млрд лет назад из Ура и соединившихся с ним множества мелких разрозненных кратонов. Столкновение одного кратона с другим всегда сопровождается образованием шва, соединительной линии, где под воздействием гигантских сил сжатия образуется новый горный хребет. Множество признаков этого можно обнаружить в породах возрастом от 2,7 до 2,5 млрд лет, что подтверждает последовательный рост суперконтинента. Палеомагнитные данные показывают, что Кенорленд большую часть своего сравнительно недолгого существования располагался в низких широтах, возможно, пересекая экватор.

Параллельно с этими ранними перемещениями материков появились первые крупномасштабные выветривания и массированные осадочные отложения по океанскому мелководью вдоль береговых линий. Согласно большинству моделей ранней истории Земли, древняя атмосфера существенно отличалась от современной. В ней практически отсутствовал кислород, зато содержание углекислого газа в сотни, если не в тысячи, раз превышало нынешние пропорции. Шли углекислые дожди, вызывая эрозию почвы и превращая твердые камни в глину. Реки несли свои мутные потоки в прибрежные мелкие воды океана, и там формировались вязкие, дельтаобразные клинья рыхлых отложений.

Около 2,4 млрд лет назад, почти одновременно с началом накапливания в атмосфере кислорода, Кенорленд пережил оборотную сторону процесса формирования суперконтинента. Геомагнитные данные показывают, что Ур распадался на разные кратоны как раз тогда, когда Кенорленд начал длительный процесс раздробления. Эти фрагменты кратоновой головоломки сдвинулись от экватора к полюсам. Между расходящимися кусками материка образовывались мелкие моря, где формировались мощные осадочные месторождения. Так начался многосерийный суперконтинентальный цикл.


Салют Колумбии

Включение суперконтинентального цикла в геологические анналы делает скучный миллиард гораздо менее скучным. Следующая суперконтинентальная серия, гораздо более внятная, чем Кенорленд, благодаря более молодым и лучше сохранившимся сериям горных пород, началась около 2 млрд лет назад, когда на Земле существовало как минимум пять самостоятельных континентов. Крупнейшим из них был суперкратон Лаврентия, скопление около полудюжины кратонов в несколько тысяч километров в поперечнике, что значительно превышает нынешнюю центральную и восточную части Северной Америки. (Специалисты по древним материкам иногда называют это скопление кратонов Соединенными Плитами Америки.) Первый континент Ур твердо держал второе место по размерам, будучи отделен от Лаврентии обширным океаном.

Им значительно уступали Балтийский и Украинский кратоны, сформировавшие ядро нынешней Восточной Европы, а также кратоны, составлявшие части современной Южной Америки, Китая и Африки и бывшие фактически большими островами, близкими по размерам континенту. Ко времени, когда Земле исполнилось 1,9 млрд лет, эти участки суши соединились по границам континентальных плит, воздвигнув новые горные хребты и сформировав суперконтинент, известный под разными именами: Колумбия, Нена, Нуна или Хадсонленд. (Название Колумбия основано на убедительных геологических доказательствах, полученных в окрестностях реки Колумбия вдоль границы между штатами Вашингтон и Орегон, и употребляется чаще всего.) Эта обширная бесплодная земля, протяженностью примерно 13 000 км с севера на юг и 5000 км с запада на восток, объединила почти всю континентальную кору планеты.

Сложность объединения более тридцати кратонных блоков в единый суперконтинент озадачивает. Неудивительно, что этот процесс описывают несколько моделей. Две сравнительно разные гипотезы появились практически одновременно в 2002 г. Геохимик Джон Роджерс (Университет Северной Каролины) и его коллега, индийский геолог Сантош Мадхава (Университет Коти, Япония), предположили, что Лаврентия, которая, по существу, равна всей Северной Америке, составила ядро суперконтинента Колумбия. Согласно модели Роджерса – Сантоша, континент Ур присоединился к западному побережью Лаврентии; части Сибири, Гренландии и Балтики располагались севернее; фрагменты того, что сейчас является Бразилией и Западной Африкой, размещались к юго-востоку. В том же году Гохун Чжао с коллегами (Университет Гонконга) выдвинул несколько иную модель, по которой Балтика присоединилась к восточному побережью Лаврентии, а восточная часть Антарктиды и Китай – к западному. Если учесть древний возраст Колумбии и предположительную природу таких реконструкций, обе гипотезы неплохо дополняют друг друга. Тем не менее ясно, что перемещения и превращения указанных кратонов останутся предметом научных дискуссий на ближайшие десятилетия.

Как бы то ни было, сборка Колумбии, начавшаяся 1,9 млрд лет назад, подготовила период скучного миллиарда. Каковы бы ни были обстоятельства формирования суперконтинента Колумбия на самом деле, можно с некоторой уверенностью утверждать, что большую часть его составляла засушливая, жаркая, ржавого цвета пустыня без всяких признаков растительности. Из космоса Земля, должно быть, выглядела странной, кособокой планетой с одним-единственным красноватым континентом, окруженным со всех сторон обширным голубым океаном, пока еще безымянным. Все континенты собрались в районе экватора, и только оба полюса украшали скромные ледяные шапки. Уровень воды в океане был достаточно высок, чтобы в прибрежных регионах континента сформировалось несколько внутренних мелководных морей.

Экваториальный суперконтинент Колумбия предположительно послужил точкой отсчета скучнейшего периода в истории Земли, но что именно делает его таким скучным? Что на самом деле означает застой, какие именно параметры оказались устойчивыми? Глобальный климат и дожди? Природа и размещение живой материи? Состав океана или атмосферы? Какие измерения подтверждают этот пресловутый застой? И наоборот, что остается недоказанным?

Поиск

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Поделиться

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru