Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

о полярности магнитного поля Земли на момент их образования. Магнитные минералы в различных типах магматических горных пород фиксируют также и другую информацию. Один из признаков — направление: магнитное поле в разных точках Земли имеет разную ориентацию — от почти вертикальной к поверхности около полюсов до почти горизонтальной на экваторе. Таким образом, ориентация оказывается весьма полезной для определения широты места, где формировалась эта порода. С некоторыми оговорками магнитные свойства континентальных пород можно использовать для достаточно точного определения места их образования; эта информация очень полезна для реконструкции прошлого местоположения континентальных фрагментов, поскольку с тех пор эти плиты попутешествовали по всему миру.

Область науки, которая изучает магнетизм горных пород, называется палеомагнетизмом. Она зародилась в 1950-х и начале 1960-х, когда тектонику плит еще не понимали, и большинство ученых считали, что материки всегда занимали свое нынешнее положение. Первые специалисты по палеомагнетизму сделали поразительное открытие. Измеряя магнитную ориентацию в континентальных породах разного возраста, они пришли к выводу, что в прошлом северный магнитный полюс должен был, перемещаться и оказываться в местах, далеких от его нынешнего расположения. Это казалось странным, поскольку теории возникновения магнитного поля Земли предполагали, что магнитная ось планеты должна примерно совпадать с осью ее вращения. Ученые назвали это явление «движением полюсов».

Еще труднее было понять тот факт, что породы одного возраста, но с разных континентов, иногда давали совершенно разное положение полюсов. Ученые других специальностей стали отчасти в шутку называть специалистов по палеомагнетизму палеомагами. Однако в итоге выяснилось, что проблем с измерениями не было; ошибка заключалась в предположении, что материки оставались на том же месте. Как только ученые разобрались с тектоникой плит, магнитные измерения обрели смысл: блуждали не полюса, а континенты. Теперь появилась возможность перевернуть трактовку вверх ногами и использовать полученные данные для определения прошлого местоположения материков при условии, что магнитные полюса остаются примерно на одном месте. Магнитные полюса и в самом деле немного блуждают (ученые следят за северным магнитным полюсом в течение сотен лет, и видят, как он двигается по арктическим островам северной Канады[44]), но в среднем магнитная ось совпадает с осью вращения.

Как и в большинстве случаев с извлечением информации из древних пород, в палеомагнитных исследованиях нужно тщательно прояснять геологический контекст и внимательно отбирать образцы. Например, если есть признаки того, что порода погружалась вглубь и сильно нагревалась, это свидетельствует, что ее магнитная сигнатура могла измениться или даже совсем «сброситься». Если складки или опрокидывание пластов изменили ориентацию породы, то это тоже приходится учитывать при определении исходной широты. Если результаты от нескольких образцов одной формации, собранные в большой географической зоне, согласуются между собой, это добавляет уверенности в надежности измерений. Многие различные исследовательские группы проводили палеомагнитные измерения с протерозойскими породами, учитывая все эти аспекты, и в совокупности их результаты — убедительное подтверждение существования комплекса протерозойских суперконтинентов.

Первоначально предположение о существовании этих суперконтинентов основывалось на геологическом картировании, которое показало формации сходного характера и близкого возраста, разбросанные по разным материкам. Палеомагнитные исследования прояснили исходные пространственные отношения между этими образованиями, показав, что некоторые из них когда-то располагались рядом. Таким образом ученые связали породы из таких далеких друг от друга мест, как центральная Австралия и западная часть Северной Америки, или Африка и Скандинавия, и точные определения возраста подтвердили такую связь. Этот процесс немного похож на сборку пазла, только картинка нечеткая и со временем меняется. Иногда имеющимся данным удовлетворяют несколько вариантов. Однако ясно, что в течение протерозоя собрались, а затем рассыпались два суперконтинента, каждый из которых включал всю или почти всю существовавшую тогда континентальную кору. Геологи называют их Колумбия и Родиния (последнее название образовано от русского слова «родина»). Есть определенные намеки на то, что существовал еще более ранний суперконтинент, который сформировался ближе к концу архейского эона и дожил до первой стадии протерозоя, но здесь доказательств пока не хватает.

Протерозойские суперконтиненты были не статичными, а динамичными объектами: они постоянно менялись, пусть даже эти изменения были медленными в геологических масштабах. Одни куски коры добавлялись, другие отделялись. Колумбия — более старый из суперконтинентов — собиралась в течение нескольких сотен миллионов лет: процесс начался около 2,1 миллиарда лет назад, а максимального размера массив суши достиг примерно 1,8 миллиарда лет назад. В течение большей части следующих 300 миллионов лет суперконтинент включал практически всю сушу мира, но затем разделился на несколько частей. Через несколько сотен миллионов лет отдельные части Колумбии постепенно объединились в Родинию. Это произошло в промежутке между 1,3 и 1 миллиардом лет назад; далее Родиния оставалась в целом единой еще 150–200 миллионов лет, а потом так же распалась на части (временная шкала протерозойских событий приведена на рисунке 21).

Основой Родинии[45] было то, что мы сейчас называем Северной Америкой (или как минимум ее значительная часть — после отделения от Родинии Северная Америка увеличилась в размерах). Северную Америку долгое время считали «классическим» континентом: она играла центральную роль в развитии идей, как устроены материки. С геологической точки зрения поражает то (если говорить упрощенно), что породы, составляющие Северную Америку, становятся моложе при движении от центра к окраинам. Самые старые породы (образующие так называемый Канадский щит) находятся в центре и окружены более молодыми породами. Континент каким-то образом вырос из первоначального небольшого центрального ядра за счет добавления новой коры по краям.

После открытия тектоники плит стало понятно, что рост проходил в зонах субдукции. За это отвечали два процесса, и оба задействовали вулканическую деятельность: первый добавлял новый вулканический материал непосредственно к существующему континенту (как сегодня это делают вулканы Анд), второй строил прибрежные дуги вулканических островов, которые далее соединялись с краем материка посредством столкновений литосферных плит. Аппалачи, простирающиеся от Ньюфаундленда в Канаде почти до Мексиканского залива, образовались в результате обоих этих процессов, начавшихся почти 500 миллионов лет назад, когда зона субдукции проходила вдоль всей восточной окраины Северной Америки. Это происходило спустя много времени после распада Родинии и стало одной из стадий длительного формирования более позднего фанерозойского суперконтинента — Пангеи.

Рядом с Аппалачами ближе к центру материка идет параллельный, но гораздо более старый пояс пород, который образовался аналогичным путем во время формирования Родинии. Геологи называют его «Гренвильским поясом», и он отмечает древнюю зону субдукции, вдоль которой с Северной Америкой сталкивались и соединялись материки и островные дуги. Гренвильские породы формировались 1–1,1 миллиарда лет назад, когда столкновение материков подняло высокие горы, напоминающие Альпы и Гималаи, хотя сегодня мы их и