Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Сильные землетрясения — суровые реалии жизни, я бы даже сказал — суровые реалии тектоники плит. Когда они происходят, они напоминают нам об огромной силе перемещения литосферных плит на поверхности планеты. Укротить мать-природу не получится, однако геонауки дают нам возможность предвидеть ее ходы, и такие знания вкупе с тщательным планированием могут свести к минимуму ущерб от периодических вспышек ее гнева.
Глава 7
Горы, жизнь и большой холод
Хотя чтение летописи прошлых землетрясений остается сложной задачей, породы содержат массу свидетельств о других геологических процессах, причем даже весьма давних, как мы видели в предыдущих главах. Здесь я продолжу путешествие по истории Земли, начатое в главе 4, и мы посмотрим, что говорят нам горные породы о протерозойском эоне — отрезке времени в два миллиарда лет, заключенном между архейским и фанерозойским эонами. Хотя протерозой включает тот период времени, который некоторые ученые называют «скучным миллиардом» (в течение этого времени с земной поверхностью ничего особенного не происходило), этот эон также стал свидетелем судьбоносных изменений.
Цель этой главы — не столько дать всесторонний обзор того, что происходило в протерозое, сколько сосредоточить внимание на нескольких основных моментах. Породы протерозойского возраста встречаются гораздо чаще, чем архейские, и химическую и биологическую информацию, в них содержащуюся, обычно расшифровать проще. По этой причине мы более уверены в реконструкции событий на этой стадии жизни Земли. Один из наиболее важных аспектов исследований протерозоя состоит в том, что они дают представление о поведении Земли как системы в условиях, кардинально отличающихся от современных. Это не только обеспечивает нас фундаментальной информацией об истории нашей планеты, но и улучшает наше умение отвечать на вопросы «А что, если…?», тем самым помогая пролить свет на будущее.
Термин протерозой образован от древнегреческих слов πρóτερος («протерос»), что означает «первый, старший», и ζωη («зоо»), что означает «жизнь». На заре геологии ученые помещали начало кембрийского периода (то есть конец протерозоя) там, где в осадочных породах внезапно появляются многочисленные окаменелости. Хотя протерозойские породы казались безжизненными, ученые поняли, что у окаменевших организмов кембрия должны существовать примитивные предшественники — отсюда и название протерозой для таких более старых пород. Не существует четкого биологического сигнала, отмечающего начало эона; нет также каких-нибудь последовательностей слоев осадочных пород, где вы могли бы уверенно показать рукой на границу, отделяющую протерозой от архея (как это можно сделать в большинстве случаев для более молодых подразделений геологической шкалы). Поэтому граница проведена несколько произвольно. В большинстве случае отнесение той или иной формации к архею или протерозою приходится проводить на основе геологического датирования.
Если дать ученому полминуты на то, чтобы перечислить основные события протерозоя, большинство назовет что-нибудь из следующего: образование крупных стабильных континентов[43]; эволюция эукариотов и многоклеточных животных; накапливание кислорода в атмосфере; сильное оледенение во время событий, которые названы термином «Земля-снежок». В списке могут оказаться и другие пункты, но эти четыре — основные события и процессы, характеризующие этот эон. Всё это активно изучали в течение последних нескольких десятилетий. Удивительный и неожиданный результат такой работы — между этими, казалось бы, разными явлениями, возможно, существуют тесные связи.
Вопрос, как сформировались и выросли первые материки нашей планеты, геологи обсуждают уже больше полувека. Технологические достижения помогли найти подсказки, о которых всего несколько десятилетий назад нельзя было и думать, и потому на обсуждение этой темы сильно влияют последние исследования. В частности, новые горизонты открывает умение датировать древние породы с беспрецедентной точностью и возможность анализировать мельчайшие зерна минералов в поисках сведений о химическом составе окружающей среды в далеком прошлом. Как говорилось в главе 4, одним из плодов такой работы стало открытие кристаллов циркона, относящихся к катархейскому эону, и, насколько можно судить по их химическим свойствам, они должны были образоваться в породах, не слишком отличающихся от тех, что характерны для более молодой континентальной коры.
Сведения, полученные из изучения цирконов, в сочетании с наличием пород возрастом 4,28 миллиарда лет на берегу Гудзонова залива указывают, что континентальная кора существовала уже на ранних стадиях жизни планеты. Восходящие к архею небольшие остатки «микроконтинентов» входят во все современные материки (рисунок 20), но общая величина этих фрагментов невелика по сравнению с объемом более молодой коры. Важный вопрос состоит в том, что означает такая скудость: то, что существовали какие-то большие объемы древней коры, но позже их переплавило так, что мы их уже не распознаем, или то, что большего количества древней коры не существовало вовсе. Общая точка зрения, основанная на многих свидетельствах, состоит в том, что поначалу формирование континентальной коры было ограниченным, а первые континенты — маленькими. Вполне вероятно, что вплоть до архейского эона, а, возможно, до начала протерозоя ни один материк не приближался по размеру к сегодняшним.
Рисунок 20. Все современные континенты содержат хотя бы небольшие фрагменты древней коры. Закрашенные области на этой карте — примерное расположение известных участков архейской коры и остатков первых микроконтинентов. В некоторых из этих районов есть небольшие фрагменты коры катархейского возраста.
Однако геологические данные показывают, что в протерозое появились первые суперконтиненты планеты — поистине гигантские массивы суши, объединявшие почти всю существовавшую тогда континентальную кору в единый материк. Анализ горных пород выявляет, что в течение эона появились минимум два из них; затем они распались на более мелкие части. Совсем недавно — в середине фанерозоя — собрался и распался третий суперконтинент, и многие геофизики считают, что такие длительные циклы образования и распада суперконтинентов являются естественным следствием тектоники плит.
Ключ к выяснению существования и природы протерозойских суперконтинентов, к их образованию и развитию — сочетание полевых исследований и технологий, в частности, технологий для измерения магнитных свойств горных пород и точного определения их возраста. Исследования, имеющие решающее значение для понимания хронологии образования суперконтинентов, в значительной степени используют палочку-выручалочку геохронологов — уран-свинцовое датирование кристаллов циркона. Циркон широко распространен и даже при метаморфизме не склонен «сбрасывать внутренние настройки часов»; поэтому он — предпочтительный минерал для определения возраста древних горных пород. Другой, не менее важный тип сведений, обеспечивает магнетизм пород.
В главе 5 мы видели, что магнитные свойства лавовых потоков на материках или морском дне содержат информацию
