Краткая история планеты Земля: горы, животные, огонь и лед - Дж. Д. Макдугалл

Рис. 8.1. Распределение песчаников, сланцев и известняков в западной части Соединенных Штатов, показанное на карте (слева),, отражает распределение глубины моря в некоторый момент геологического времени в начале палеозойской эры. Песчаники отмечают положение края континента, более глубокие воды располагались западнее. В приведенном поперечном разрезе (показанном здесь в увеличенном вертикальном масштабе) возраст пород увеличивается сверху вниз, а горизонтальная поверхность (на рисунке ей соответствует горизонтальная линия) отмечает распределение типов пород в конкретный момент времени. Таким образом, можно видеть, что береговая линия постепенно передвигалась с запада на восток. Приводится с изменениями по рисункам 19-3 и 19-4 из книги: С. В. Барнз «Земля, время и жизнь». Изд-во «Джон Уайли и Сыновья», 1988. Использовано с разрешения. 

Но даже если эти наблюдения принять как свидетельство поднятия и опускания уровня моря, то все еще остается вопрос: а что же на самом деле происходило — поднимался или опускался континент, или же изменялся абсолютный уровень моря? В конце концов, смена осадков регистрирует только относительные изменения, а мы знаем, что континенты испытывают вертикальные движения — породы на вершинах высоких гор, таких как Альпы или Скалистые горы, часто содержат ископаемые остатки существ, живших в океане, а мы знаем, что океаны никогда не были столь глубокими. И тем не менее вопрос об истинном уровне океана и его изменениях мог бы быть убедительно решен, если бы данные, подобные только что описанным для западной части Северной Америки, были бы получены для пород того же возраста, но из других географически широко распространенных регионов. Геологи довольно подробно нанесли на карты распространение различных типов осадочных пород почти на всем земном шаре; в результате синтеза этих данных в настоящее время достигнут довольно высокий уровень понимания как степени, так и времени глобальных изменений уровня Мирового океана на протяжении всего фанерозоя. Итог всей этой информации для палеозойской эры подведен на рисунке данной главы, где показаны временная шкала и главнейшие события этой эры. Из этого рисунка очевидно, что на протяжении всей этой эры уровень океана был высок.

Если каменная летопись говорит о больших изменениях уровня океанов, то возникает очевидный вопрос — почему? Насколько нам сейчас известно, существует, в сущности, только две возможности: в прошлом могли происходить изменения либо объема самой воды в океанах, либо тех образований, которые замещают воду, как, например, континенты, острова или океанские хребты. Например, мы знаем, что ледниковые периоды характеризуются понижением уровня моря, поскольку большие количества воды, находящейся на суше, связаны в виде ледниковых щитов. Было подсчитано, что в период наибольшего продвижения ледового покрова на суше, приблизительно 20 000 лет назад, уровень моря был ниже, чем сейчас, более чем на 100 метров. И хотя большая часть этой массы льда растаяла, на Земле остается большое количество замерзшей воды в виде ледяных покровов вокруг полюсов. Если бы они растаяли, то уровень моря поднялся бы на 65 метров. Может быть, это звучит не так уж грозно, но вспомним, что значительная часть населения Земли живет вдоль берегов морей и океанов. Город Мехико при такой катастрофе уцелел бы, но большая часть таких городов, как Лос-Анджелес, Нью-Йорк, Токио и Берлин — назовем лишь несколько для примера — подверглась бы затоплению.

Хотя оледенения сильно влияют на уровень моря, большая часть его колебаний, которые отразились в палеозойских породах, не приходится на те моменты, для которых имеются независимые свидетельства глобальных оледенений. Очень вероятно, что они обусловлены изменениями объема океанических хребтов. Как описано в главе 5, вдоль продольных разломов в океанических хребтах изливается горячая магма, создавая новое океанское дно. Когда средняя скорость расширения морского дна увеличивается, — то ли потому, что образуются новые сегменты хребта, то ли оттого, что старые расширяются быстрее, — объем системы океанических хребтов в целом также возрастает. Примерно то же произойдет, если бросить кирпич в ведро с водой — уровень воды поднимется в соответствии с объемом кирпича. Кажется вероятным, что общий высокий уровень океана в палеозое обусловлен системой океанических хребтов, объем которой в целом был больше, чем теперь.

ВЕЛИКИЙ РАСКОЛ: ОБРАЗОВАНИЕ АППАЛАЧСКИХ ГОР

Осадки, которые отлагались в западной части Северо-Американского континента, верно и более или менее непрерывно фиксируя подъемы и опускания уровня океана, накапливались вдоль так называемого пассивного края, то есть окраины континента, которая полностью лежит в пределах большой плиты, в стороне от области столкновения континентов, субдукции или вулканизма. Таково состояние восточного берега Северной Америки сегодня. Что касается западной части этого континента, то есть данные о том, что в конце палеозоя здесь происходили столкновения с небольшими фрагментами вулканической коры, представлявшими собой нечто вроде островных дуг, которые характеризуют западную часть современного Тихого Океана; в то же время нет признаков крупных столкновений между континентами. На противоположной стороне континента ситуация была резко отличной. В восточной части Северной Америки сохранилось много признаков вулканизма, столкновения континентов и горообразования, происходивших в течение всего палеозоя — часть процесса, соединившего все существовавшие тогда континенты в один сверхконтинент Пангею.

Записью в каменной летописи об этом процессе является Аппалачский горный пояс. Эта геологическая провинция простирается от острова Ньюфаундленд на севере до штата Алабама на юге, и это только та часть пояса, которая теперь обнажена (рис. 4.3). Большая часть первоначального горного пояса в наше время погребена под покровом позднейших отложений. Как можно ожидать от такой грандиозной структуры, Аппалачские горы имеют довольно различное продольное строение, что

является результатом различий в деталях геологической истории их частей. Но если отвлечься от деталей, то укрупненные черты строения Аппалачей говорят о том, что этот горный пояс фиксирует в каменной летописи этап закрытия древнего океанического бассейна и склеивание, или слипание, трех крупных континентальных плит — Северной Америки, Европы и Африки — в единый материк. Хотя эти события происходили сотни миллионов лет назад, тщательное сопоставление сохранившихся пород Аппалачей с более молодыми горными цепями типа Альп, которые тоже сформировались в результате столкновения континентов, обнаруживает много сходных черт.

Сегодня Аппалачи представляют собой отнюдь не могучий горный хребет с зазубренными, покрытыми снегом вершинами, а скорее ряд приятных глазу сглаженных холмов и долин. В Аппалачскую геологическую провинцию входят прекрасный Голубой хребет штата Вирджиния, Большие Скалистые горы Северной Каролины и Зеленые горы штата Вермонт. Современный рельеф этого края имеет мало общего с первоначальными горами, которые были снесены эрозией уже к середине мезозойской эры. В южной части эта провинция по крайней мере на половину ширины эродированного хребта покрыта осадками береговой равнины. Современные горы образовались в результате довольно мягкого поднятия древних, смятых в складки пород в геологически совершенно недавнем прошлом, за которым последовала неоднородная эрозия различных типов пород и формирование типичного для древних хребтов рельефа из чередующихся долин и покатых гор.

Хотя Аппалачские горы имеют сложное геологическое строение, они весьма подробно изучались американскими и канадскими геологами на протяжении более чем столетия; их физические особенности хорошо известны. Все же теории их образования и эволюции, которые были выдвинуты до появления в 1960-е годы теории тектоники плит, оказались неубедительными. В частности, в этих первых сценариях отсутствовали механизмы, которые могли бы объяснить вулканизм, расколы и сильный метаморфизм, проявления которых обнаруживаются в современных породах этих гор. По мере осознания того, что и континенты, и океаны не являются неподвижными элементами строения Земли, стали выдвигаться более приемлемые гипотезы. В самом общем виде наиболее общепринятый взгляд на образование Аппалачских гор описывается ниже. Однако вы должны понимать, что в действительности это был процесс гораздо более сложный и что последовательность событий сильно изменялась в деталях от места к месту вдоль обширного протяжения образующейся Аппалачской горной цепи.

По мере подъема уровня моря в течение кембрия и в начале ордовика береговая линия восточной части Северной Америки постепенно перемещалась на запад. Вдоль восточного края этого континента откладывались мощные толщи морских осадков, особенно карбонатных пород типа известняка. В это время восточное побережье, как и западное, все еще оставалось пассивной окраиной. Но к середине ордовикского периода океан на востоке начал закрываться из-за субдукции морского дна (рис. 8.2.). Вскоре произошел первый из трех эпизодов горообразования, которые были выделены в истории Аппалачских гор, когда последний из участков морского дна поднырнул под наступавшую с востока плиту. Северо-Американский континент столкнулся с несколькими фрагментами коры, в результате чего большая платформа карбонатных осадков, накопившихся вдоль окраины, была смята и части ее были отодвинуты далеко на запад в сторону внутренней части континента.