Текст книги "Читая каменную летопись Земли..."

Автор книги: Александр Конюхов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 16 страниц)

От рождения до распада: эволюция океана

Несмотря на то что океаны не так живучи, как континенты, продолжительность их существования составляет десятки и сотни миллионов лет. За это время они проходят сложный путь развития. Благодаря исследованиям в Красном море и Аденском заливе в настоящее время довольно основательно изучены ранние его этапы, начинающиеся с формирования небольших рифтовых впадин и подводного вулканического сооружения с океаническим рифтом в центре. Последующее раскрытие океана за счет наращивания молодой океанической коры привело к возникновению абиссальных котловин, сначала довольно узких и относительно неглубоких, затем огромных по площади, с выровненным дном. На это ушли миллионы лет. Однако по облику этих и других чисто океанических структур вряд ли удастся определить, вступил ли океан в пору зрелости или еще не достиг ее.

На ранних стадиях эволюции океанические бассейны окружены пассивными окраинами. Их облик менялся со временем. В период зарождения впадин с океанической корой по их периферии тянутся очень узкие шельфы, переходящие в обрывистые, ступенчатого строения континентальные склоны. Со стороны суши молодой океан обрамлен горными глыбово-сбросовыми сооружениями и остатками вулканических построек, типа тех, которые можно видеть до сих пор на Аравийском побережье Аденского залива. Вступив в пору «зрелости», океан сильно расширился, причем за счет не только образования абиссальных равнин, но и влияния на прилегающие районы континента. К этому времени океанские волны вырабатывают обширную материковую отмель шириной более 200–300 км (примером могут служить шельфы аргентинский или атлантический США) и не менее широкую прибрежную равнину, затопляемую морскими водами в эпохи высокого стояния уровня океана. Густая сеть подводных каньонов, словно первые морщинки на лике океана, прорезала континентальные склоны.

Современная геологическая эпоха – время «зрелости» большинства из существующих океанических бассейнов. Очевидно, в силу этого нам не просто сейчас представить себе завершающие стадии их эволюции. Однако история исчезнувших океанов Япетус, Тетис, прото-Атлантики, Уральского палеоокеана и других свидетельствует о том, что и у океанов неминуемо наступление «старости», «дряхлости» и распада. Критерии, согласно которым можно было бы констатировать наступление этих этапов, до сих пор не выработаны, а вся позднейшая часть жизненного цикла описывается чаще всего одним термином – «схлопывание» (имеется в виду закрытие океанической впадины). Между тем именно эти стадии с тектонической точки зрения наиболее интересны. С ними связаны формирование глобальных горно-складчатых систем, заложение передовых и межгорных прогибов, интенсификация эрозионных процессов, различных тектонических деформаций и метаморфизма, а иногда и вспышки вулканической активности.

0 наступлении «старости» океана может сигнализировать трансформация одной или нескольких пассивных континентальных окраин, его обрамляющих, в активные. С этого момента начинается уничтожение коры океана, что в конце концов приводит к его исчезновению.

Жизнь океана поддерживается благодаря активности срединно-океанических рифтов. В результате как бы наращивается новая ткань – молодое базальтовое ложе океанических впадин. До остановки спредингового конвейера океан успешно сопротивляется деструктивным процессам, протекающим на его активных окраинах. В самом деле, поглощение относительно древней океанической коры в зонах субдукции восполняется ее воспроизводством в срединно-океанических рифтах. Но как только этот конвейер останавливается, наступает состояние, близкое к параличу, за которым неизбежно следует коллапс. Однако если распад отмершего организма протекает практически мгновенно, то океан даже после прекращения спрединговых процессов еще долго существует на лике Земли. Поэтому данное состояние лучше определить как «дряхлость» океана, хотя с тектонической точки зрения он уже является отмершей структурой.

По каким же причинам возможно прекращение спрединга? Разрастание океанической коры связано с мантийным диапиризмом. При его ослаблении, а затем и полном прекращении происходит отмирание срединно-океанического рифта. Со временем окружающие его подводные хребты постепенно нивелируются, трансформируясь в подводное плато. Под давлением соседних литосферных плит, в тылу которых располагаются молодые, быстро растущие океанические структуры, часть континентальных окраин, бывших до того пассивными, превращаются в активные, после чего начинается процесс разрушения коры древнего океана. Длительность деградации его ложа зависит от размеров бассейна и скорости спрединга дна в соседних, более молодых океанах.

Впрочем, случаи внезапной остановки «сердца» океана пока доказательно подтвердить невозможно, разве что в отношении окраинных морей. Зато вполне допустим другой вариант, когда ослабление мантийного диапиризма выражено достаточно слабо и проявляется лишь на фоне более активного спрединга дна в соседних, молодых океанических бассейнах. Со временем это приводит к искажению исходно симметричной структуры бассейна, что проявляется прежде всего в смещении срединно-океанического хребта из центра на периферию. Вслед за этим происходит поглощение отдельных его сегментов под активной окраиной выдвигающегося континента.

Начальный период сближения срединного хребта с активной окраиной континента не опасен для нормального функционирования океанского «организма», так как происходящие изменения еще не стали необратимыми. Действительно, давление со стороны соседней литосферной плиты может вдруг ослабнуть, и тогда события повернут вспять. Решающим событием становится погружение отдельных сегментов срединно-океанического рифта в зону Беньофа. С этого момента наступает состояние, которое можно определить как паралич отдельных частей ранее единого образования. При сем меняется и облик самой окраины континента, под которую погружается океанический рифт, характер протекающих здесь тектонических процессов. До этого активный край континента был четко обозначен глубоководным желобом и нормальной зоной Беньофа, падающей под континент под углами 30–40°. На некотором же расстоянии от границы континент-океан в глубине суши располагалась цепь андезитовых вулканов. После погружения крупного сегмента океанического рифта под край континента перед ним разрастается, как снежная куча, огромное аккумулятивное поднятие, сложенное океанскими осадками. Парализованная часть океана, простирающаяся за поглощенным сегментом океанического рифта, теряет способность к регенерации, рассекается трансформными разломами на гигантские полосы и со временем начинает разрушаться. Кора океана вспучивается, ломается на фрагменты, а со временем выдавливается в виде надвиговых пластин на одну из окраин, чему благоприятствует опускание крупных участков шельфа на значительные глубины.

Впрочем, «дряхлый» океан еще долго сопротивляется разрушению. Нередко возникают структуры типа Калифорнийского залива, где погружающийся под край континента океанический рифт как бы берет реванш, создавая молодую структуру. Раздвиг в этом молодом рифте сопровождается деструкцией уже отмершей коры того же самого бассейна. Однако эта вспышка активности угасающего мантийного диапира в конечном счете мало что меняет, так как и омоложенная часть океанического рифта через определенное время уходит под континент под давлением со стороны соседней литосферной плиты.

По мере отмирания океанического бассейна обрамляющие его континенты сближаются, а между ними из смятых в складки отложений бывших континентальных склонов и подножий формируется обширная горная страна типа Альпийско-Гималайского пояса. Перед его фронтом закладываются системы передовых прогибов.

Примером деградации океанического бассейна в настоящее время является Тихий океан. В его южной половине срединно-океанический рифт, носящий название Восточно-Тихоокеанского поднятия, смещен в восточную половину и находится неподалеку от активной тихоокеанской окраины Южной Америки. Подобная асимметрия характерна для «стареющего» океана. В северной половине Пацифики деградация океанической коры выражена значительно сильнее. Северная ветвь Восточно-Тихоокеанского поднятия здесь почти целиком погрузилась под край Северо-Американского континента. Сохранились лишь ее реликты в виде подводных хребтов Горда и Хуан-де-Фука. Южнее расположена регенерационная структура – молодой рифт Калифорнийского залива. В целом же эта часть Тихого океана переживает следующую стадию деградации, которую можно определить как «дряхлость» бассейна. Впрочем, из-за огромной площади Пацифики на ее полное разрушение потребуются еще десятки миллионов лет.

Век динозавров

Первые динозавры появились в среднетриасовую эпоху. Однако подлинного расцвета эта группа достигла в юрский и меловой периоды (наибольшее видовое разнообразие и широкое распространение). Эти вымершие пресмыкающиеся относятся палеонтологами к двум отрядам – ящеротазовых и птицетазовых. Они появились независимо друг от друга и прошли в мезозое сложный путь развития, завоевав разные среды. Одни из них жили в воде, другие – на суше, третьи поднялись в воздух. Самыми известными представителями можно считать стегозавров, листозавров, бронтозавров, ихтиозавров, диплодоков, тираннозавров и птеродактилей. Меньше всего динозавров водилось в центральных, глубоководных районах океана. Зато прибрежные зоны, особенно лагуны и глубоко вдававшиеся в сушу заливы, были основными ареалами их обитания. Ихтиозавры питались рыбой, моллюсками, другими морскими животными. Диплодоки – крупнейшие травоядные животные, достигавшие 25–26 м в длину, обитали на мелководье, по берегам не только морей, но также озер и рек. Эти животные имели массивное туловище, огромный сильный хвост и мощные лапы. Длинная шея заканчивалась маленькой по сравнению с другими частями тела головой. Отпечатки их пятипалых лап, сохранившиеся в затвердевшем карбонатном иле на плато Куштанг в Узбекистане, свидетельствуют о громоздкости и неповоротливости этих существ. Диплодоки занимали ту же экологическую нишу, что и современные бегемоты, т. е. мелкие водоемы тропической гумидной зоны с обильной растительностью на дне и по берегам. Полагают, что они редко вылезали на сушу, где им было тяжело передвигаться из-за огромного веса (40–50 т). Здесь они легко становились добычей хищников, в основном относимых к роду тераподов.

Наиболее известный плотоядный ящер – это тираннозавр, обладавший огромной зубастой пастью, мощными нижними и укороченными верхними конечностями. Он перемещался прыжками, опираясь на утолщенный хвост. Эти страшные хищники охотились в основном на крупных травоядных пресмыкающихся – стегозавров, спина и голова которых были защищены панцирем из одного-двух рядов треугольных костных пластин величиной до 1 м. Эти животные достигали 10 м в длину и перемещались на четырех конечностях, причем передние были короче задних. Тираннозавры достигали в длину 10 м, а в высоту 6 м.

Динозавры, как и рептилии, были холоднокровными животными, выводившими потомство путем откладывания яиц. Окаменевшие кладки динозавров время от времени находят в меловых отложениях Средней Азии, в пустыне Гоби и в других регионах. Особый интерес писателей-фантастов нынешнего и прошлого веков (В. А. Обручева, А. Конан Дойля и др.) вызывали летающие ящеры – птерозавры, иначе птеродактили. Это были первые позвоночные, поднявшиеся в воздух. Многие из них вели хищный образ жизни. Размах крыльев у самых крупных особей достигал 7 м при весе тела не более 14 кг. Однако найдены остатки и разнообразных мелких птеродактилей, не крупнее галки или синицы. Полагают, что птеродактили были далекими предками птиц. На это указывает хотя бы то, что птицы, как и рептилии, выводят потомство из яиц, хотя они и теплокровные животные. Об этом же свидетельствуют находки археоптерикса – юрской формы, имевшей уже оперение, что считается признаком теплокровности. Ведь птиц согревает не только теплая кровь, но и покров из перьев. Впрочем, первые настоящие птицы появились, видимо, гораздо позже, уже в меловое время. Археоптерикс еще не умел летать. Он только подпрыгивал, что позволяло ему жить как на земле, так и на деревьях.

Не менее интересным, чем сами динозавры, было время, в которое они жили. Позднеюрская и раннемеловая эпохи были отмечены быстрым расширением дна молодых океанов – Атлантического и Индийского. Северная Америка, слегка разворачиваясь по часовой стрелке (особенно сильно южным флангом), удалялась от Африки и Евразии. Рифтовые зоны, рассекшие Гондвану как в центре, так и на западе еще в конце юры, начали раскрываться, образовав цепочку солеродных бассейнов. Наконец, в позднем апте сюда проникла морская вода, а в раннем альбе произошло полное отделение Южной Америки от остальной Гондваны. С распадом Пангеи разделился и мир динозавров. Некоторые группы, обособившиеся уже после раздела ее на Лавразию и Гондвану, обитали только на материках северного полушария, другие – в южном. Так, остатки листозавров – обитателей пресноводных водоемов – встречаются только в меловых отложениях на материках южного полушария. Такое странное их расселение и натолкнуло А. Вегенера в начале нашего столетия на мысль о дрейфе материков.

Расширение молодого и относительно неглубокого ложа Атлантики и Индийского океана сопровождалось затягиванием в зоны субдукции и разрушением океанической коры древних тихоокеанских литосферных плит – Фаралон и Кула. Поверхность ложа в пределах этих плит была погружена на глубину нескольких тысяч метров, так как подстилалась древней и остывшей корой. Те же процессы происходили и на окраинах океана Тетис. Быстрое исчезновение глубоководных котловин в этих океанах за счет разрастания относительно неглубокого ложа молодых океанических бассейнов привело в конечном итоге к вытеснению огромных масс морской воды, которая хлынула на континенты. Началась эпоха великих меловых трансгрессий. Ими были отмечены позднеальбское, сеноман-туронское и сантон-кампанское время. Уровень океана в эпохи этих трансгрессий поднимался на 150–200 м, а в сеномане и туроне и более, выше современного. Низменные пространства на материках, в основном на древних платформах, оказались надолго покрытыми водой. В этих-то обширных и неглубоких эпиконтинентальных водоемах обитали динозавры. Площадь суши в позднемеловую эпоху сузилась, как никогда. Климат, и до того теплый, из-за испарения с огромных водных пространств стал повсеместно влажным. Горы и возвышенности, выступавшие над водой, покрылись буйной растительностью. Под пологом лесов стали развиваться коры выветривания. Поступление терригенного материала с суши в моря и океаны резко сократилось, а сам этот материал во многих районах окрасился в красный цвет из-за обогащения оксидами железа.

Все это привело к небывалому расцвету морской фауны и флоры. Верхнемеловые отложения в разных районах Земли сложены органогенными известняками, переполненными макро– и микрофауной. Особенно большое распространение получил мел – тонкозернистый микропористый известняк, пачкающий пальцы и одежду. Он сложен мельчайшими фрагментами нанопланктона, видимыми только в поле сканирующего электронного микроскопа при увеличениях в сотни и тысячи раз. Речь идет о кокколитах – остатках золотистых водорослей. Они обитают и поныне в верхнем, фотическом слое теплых морей и строят поддерживающий каркас из низкомагнезиального кальцита.

На многих континентальных окраинах, например в южной периферии океана Тетис, на атлантической окраине Северной Америки, в Мексиканском заливе, продолжался быстрый рост мощных рифовых массивов. Накопление карбонатов происходило на обширных приливных равнинах, в многочисленных лагунах и заливах, а кое-где и в центральных районах океанов. Терригенные, в том числе грубые, осадки формировались главным образом в пределах Тихоокеанского кольца, т. е. на окраинах Северной Америки, Азии, отчасти и в Южной Америке, и вокруг островов ряда вулканических дуг.

В целом позднемеловая эпоха вошла в геологическую историю как время карбонатонакопления. При этом органическое вещество почти не попадало или не сохранялось в осадках. Большая его часть разлагалась и возвращалась в круговорот. В итоге верхнемеловые отложения редко рассматриваются как нефтематеринские. С ними, однако, связаны в бассейне Персидского залива крупные месторождения нефти, в меньшей степени газа, что связано с хорошими коллекторскими свойствами карбонатного комплекса этого возраста. Основные же вместилища залежей углеводородов находятся в нижнемеловых отложениях. В них сосредоточены огромные запасы углеводородного сырья. Вообще же меловые отложения – самые богатые нефтью и газом образования на окраинах континентов, где открыты основные ресурсы этих горючих ископаемых (20,7 млрд т нефти и 3,7 трлн м³ газа. [Геодекян и др., 1988]).

Меловой период завершился маастрихт-датской регрессией моря. Его уровень значительно понизился, но все еще был существенно выше современного. Рубеж мела и палеогена (66 млн лет назад) ознаменовался удивительными событиями: произошло коренное обновление фауны и флоры. Множество видов, родов и классов животных и растений вымерли, среди них и динозавры. Место последних заняли млекопитающие и птицы. Широко распространились голосеменные и покрытосеменные растения. В приполярных районах началось похолодание. Мир некоторыми своими чертами стал походить на тот, в котором мы живем.

Внезапность этой метаморфозы до сих пор продолжает будоражить умы. В конце 70-х годов Л. Альварес, Ф. Азаро и Э. Майкл из Калифорнийского университета обнаружили в пограничных между мелом и палеогеном (66 млн лет) слоях горизонт, обогащенный иридием – элементом, совершенно не характерным для верхних оболочек Земли. Эта находка была сделана в горах Губбио в Италии. В течение нескольких лет тот же иридиевый слой был идентифицирован в различных районах мира: Западной Европе, Северной Америке и в других местах. Упомянутые авторы высказали предположение о внеземном источнике этого элемента. Согласно этой гипотезе, Земля в конце мелового периода встретилась на своем пути с огромным болидом или каким-то другим небесным телом, которое, попав в поле тяготения планеты, упало на нее, сгорев в атмосфере.

Иридий рассеялся над Землей и попал в конечном итоге в осадки, в том числе и в донные.

Однако космическая катастрофа, если она была на самом деле, должна была вызвать не только рассеяние иридия. Облако пыли и газов, поднятое от падения небесного тела и горения его в атмосфере, могло быть настолько большим, что наступило бы длительное (несколько месяцев) помутнение воздуха, когда солнечные лучи не могли бы пробиться на землю. По мнению Л. Альвареса, если удар болида пришелся на сушу, это должно было вызвать значительное похолодание. Если же остатки небесного тела упали в океан, то, напротив, усилился бы парниковый эффект, т. е. на короткое время значительно потеплело бы. Выпавшие горячие азотнокислые дожди способны были растворять карбонатные остатки и скелеты животных.

У. Уолбач, изучавшая в Чикагском университете образцы отложений, обогащенных иридием, в поле электронного сканирующего микроскопа, обнаружила в них частички сажи. Ее находка может свидетельствовать о гигантском пожаре на поверхности Земли после падения небесного тела. По мнению У. Уолбач, в результате гигантского пожара, полыхавшего на суше 66 млн лет назад, сгорело до 90 % всей наземной растительности. Руководитель удачливой аспирантки Э. Андерс полагает, что падение небесного тела диаметром более 10 км, эквивалентное взрыву всех запасов ядерного оружия, помноженному во много тысяч раз, должно было вырыть кратер диаметром до 300 км. «Огромный огненный шар уплотнил атмосферу, – считает он. – Его радиус составил тысячу километров. Ветры со скоростью сотен километров в час охватили всю планету в течение считанных часов, высушивая деревья, как волосы, гигантским феном. Температура в 2000° вызывала испарение горных пород, которое распространилось очень быстро. Вероятно, происходили их конденсация и выпадение в раскаленном виде, что было причиной вторичных пожаров» [Гор, 1989].

Такой сценарий, подобный апокалипсису, вряд ли реален. Ведь при катастрофе подобных масштабов должны были погибнуть не только динозавры, но и все другие животные, да и большинство растений, прежде всего высших. Вода бы в океанах закипела, и все живое в его верхнем слое должно было свариться. Это не только бы не ускорило эволюцию органического мира, но отбросило бы ее на многие десятки миллионов лет назад. Между тем иридиевый горизонт и перекрывающие его слои отнюдь не обогащены скелетными остатками или органическим веществом, хотя после описанного выше катаклизма земля и моря неминуемо превратились бы в гигантское кладбище. Да и скелеты погибших динозавров не были обнаружены ни в самом иридиевом слое, ни в соседних с ним пластах. Таким образом, если и было столкновение с крупным космическим телом, то не оно (во всяком случае, не только оно) стало причиной драматических перемен в животном и растительном царстве на рубеже мела и палеогена. Последние, кстати сказать, произошли постепенно, как бы исподволь. Так, млекопитающие уже доминировали 70 млн лет назад, т. е. за 4 млн лет до катастрофы, и за это время смогли значительно потеснить архаичных своих предшественников. Окончательное же их вымирание могло произойти вследствие существенных изменений климата и ландшафтных обстановок на суше, а также трансформаций существовавшей до того системы океанических течений. Что же подготовило эти изменения? Чтобы дать ответ, попробуем сначала представить себе климаты прошлого.