Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

цепочке остальных Гавайских островов), когда плюмы (потоки горячего материала мантии) поднимаются из глубины, плавятся и прорываются через вышележащую кору. На рисунках такие плюмы часто изображают в виде вертикальных головастиков, большая голова которых упирается в литосферу, а длинный узкий хвост уходит в мантию. КМП отмечают начальные объемные извержения из головы плюма, однако хвост может питать вулканы в течение многих десятков миллионов лет, хотя и с гораздо меньшей интенсивностью. Одна хорошо известная КМП — плато Декан в центральной Индии, массив базальтовых покровов в несколько километров толщиной. Он довольно скоротечно сформировался около 65 миллионов лет назад, когда Индийский континент двигался на север над головой плюма. Считается, что вулканически активный остров Реюньон в южной части Индийского океана находится на хвосте того самого плюма.

КМП встречаются и на континентах, и на дне океанов. В отличие от большинства других видов вулканизма, у них нет особой привязки к границам плит, поскольку порождающие их плюмы формируются на больших глубинах — гораздо ниже основания плит. Лучше всего изучены КМП, находящиеся на суше: к ним относятся плато Декан, Сибирские траппы[52] в России, Колумбийское плато в северо-западной части США и ряд других. Траппы Сибири изливались примерно 250 миллионов лет назад, и это старейшая из хорошо сохранившихся КМП. Поверхностные потоки в большинстве более древних провинций сильно разрушены или даже выветрились полностью; однако о том, что они некогда были, можно судить по проходящим сквозь кору многочисленным вулканическим каналам, которые в момент извержений были глубоко, однако с тех пор появились на поверхности из-за поднятий и эрозии.

Хотя аббревиатура появилась недавно, сами КМП были известны на материках с тех пор, когда ученые стали серьезно изучать формации горных пород. А вот многочисленные подводные КМП обнаружились только при активном изучении океанского дна. Крупнейшей из них является океаническое плато Онтонг-Ява в западной части Тихого океана, образовавшееся в результате крупного излияния лавы около 125 миллионов лет назад, которое увеличило толщину океанической коры в этом месте во много раз. Другая океаническая КМП находится в Карибском море. Здесь основной всплеск вулканизма происходил во второй половине мелового периода, примерно 93–94 миллиона лет назад. Возможно, плюм, создавший Карибское плато, все еще активен: правдоподобные реконструкции движения литосферных плит за последние 100 миллионов лет позволяют предположить, что сейчас над местом этого плюма располагаются вулканы Галапагосских островов.

Если бы можно было вернуться в прошлое и увидеть планету во время создания Карибского плато, мы обнаружили бы теплый климат от полюса до полюса. Содержание углекислого газа в воздухе было гораздо выше современного, поэтому проявлялся сильный парниковый эффект. Севернее полярного круга росли пальмы, в Гренландии не было ледников, а в Антарктиде — массивной ледяной шапки. Такими же непривычными оказались бы для нас и очертания материков; поскольку льды связывали мало воды, то уровень океана был высок: значительные части Европы и юго-западной России находились под водой, а широкое мелководье тянулось от Мексиканского залива до Арктики, деля Северную Америку на две части (рисунок 27). Странным могло показаться и расположение континентов. Австралия и Антарктида составляли единый материк, а Индия, уже отправившаяся на север в сторону Азии, была островом у восточного побережья Африки рядом с Мадагаскаром. Атлантический океан находился на стадии формирования: Бразилию от западного побережья Африки отделяло лишь узкое море. В животном мире суши доминировали динозавры.

Высокое содержание двуокиси углерода в атмосфере мелового периода можно приписать какому-нибудь нарушению баланса в углеродном цикле: вулканическое поступление диоксида углерода перевешивало его связывание в результате выветривания и других процессов. Атлантический океан расширялся, огромный южный материк Гондвана делился на части, спрединг морского дна шел быстро, и при этом изливались большие объемы базальтов, принося с собой двуокись углерода из мантии Земли.

Некоторая часть избыточного атмосферного углерода оказалась в океанических отложениях: осадочные породы мелового периода особенно богаты органическим углеродом (поэтому они — источник большей части наших нефти и газа). В некоторых местах углерода так много, что породы буквально черные. Эти особенно богатые углеродом слои, известные как «черные сланцы», образуются только тогда, когда в поверхностных водах изобилуют растения и животные, обеспечивая постоянный дождь из мертвых организмов на дне океана; однако также требуется, чтобы на глубоководье отсутствовал кислород (или его было мало): без кислорода органические вещества не окисляются и могут сохраняться в отложениях. Сегодня такие условия существуют только в некоторых местах — например, в глубоких фьордах, где придонная вода застаивается и испытывает недостаток кислорода, или в Черном море, в котором поверхностные воды богаты питательными веществами и биологически продуктивны, зато застойные глубины бедны кислородом.

Рисунок 27. Очертания континентов во время появления Карибского океанического плато 93–94 миллиона лет назад. Уровень моря высок: под водой большая часть Северной Америки и Европы, в Африке и Южной Америке есть мелкие моря. (По материалам карты Рона Блейки, университет Северной Аризоны; смотрите http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/).

Хотя черные меловые сланцы были ранее зафиксированы во многих местах суши, глобальные массивы таких отложений обнаружились только в 1970-х годах, во время Проекта глубоководного бурения. Повсюду в океанах, где участники Проекта брали керны, в образцах мелового периода встречались слои отложений, особенно богатых органическими веществами. Некоторые из них были тонкими и локальными, однако три обнаруживались практически в каждом керне из отложений, и их можно было соотнести с заметными месторождениями черных сланцев на суше. Дальнейшие исследования показали, что эти три интервала фиксировали время серьезных глобальных изменений природной среды. Поскольку для таких осаждений требовались океанические воды с низким содержанием кислорода, их стали называть океаническими бескислородными явлениями (ОАЕ).

Полученные из осадочных пород данные показывают, что и мелкие, и глубокие океанские воды практически непрерывно насыщались кислородом с конца протерозойского эона, когда содержание кислорода в атмосфере резко возросло до уровня, близкого к сегодняшнему. Однако три меловых ОАЕ отмечают короткие промежутки, когда дела обстояли иначе. В эти отрезки времени глубокие океанические воды испытывали нехватку кислорода. Более того, для этих ОАЕ и переходы от нормальных отложений к черным сланцам, богатым органикой, и обратные переходы происходили резко. Есть ли правдоподобные механизмы, которые могут порождать по всему миру бедные кислородом глубины и быстро переключаться между кислородными и бескислородными условиями?

Одна из первых выдвинутых гипотез заключалась в том, что ОАЕ мелового периода стали результатом сильно стратифицированного океана с застойной придонной водой: тонущая органика потребляла кислород, и он не восполнялся. В современном океане происходит циркуляция воды: поверхностные холодные плотные богатые кислородом воды в высоких