Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет
Именно в таком динамичном, подвижном мире возникла жизнь, развиваясь и постепенно осваивая производство кислорода. Постоянные перемены стали главной особенностью Земли. Как начинающий скульптор, наша планета лепила свою поверхность вновь и вновь и каждый раз пробовала что-то новое.
Могла ли такая динамичная планета вдруг ни с того ни с сего впасть в длительный застой?
Ответ заключается в том, что никакого застоя на Земле не было и в пресловутый скучный миллиард. Перемены продолжались, хотя и не такие резкие, как гигантское столкновение с Тейей или Великое кислородное событие. «Скучный» миллиард стал свидетелем важных процессов, сформировавших новые горные породы и залежи ценных ископаемых, а также появления множества минералов. Что особенно важно, геологические данные, собранные по всей планете, показывают, что это было время глобальной тектоники, сформировавшей облик Земли, каким мы видим его и по сей день.
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.
