Орленок В.В. История океанизации Земли

Подождите немного. Документ загружается.

зывать фазы межледниковья с погружением Фареро-Исландского по-

рога на глубину несколько сот метров в последние сотни и даже де-

сятки тысяч лет (современное потепление началось всего 10 тыс. лет

назад) - мы, естественно, не имеем никаких оснований. Это касается в

еще большей мере глубоководного Фареро-Шетландского желоба. Де-

тальные исследования донных осадков, территории всей этой области,

выполненные автором (Орленок, 1984), свидетельствуют о спокойном

седиментационном режиме и в желобе и на пороге в последние 500 -

700 тыс. лет. В осадках нет следов нарушений и размыва

Итак, Фареро-Исландский порог, возникший в послепалеогеновое

время, в плейстоцене не испытывал значительных погружений и тем

более поднятий. Что же, в таком случае, могло послужить толчком к

началу оледенения Арктического бассейна и последующим периодиче-

ским выступлениям и отступлениям материковых ледниковых покро-

вов в Европе и Северной Америке

Для этого нам надо вспомнить, что в последний миллион лет ско-

рость поступления глубинной воды составляла 0,6 мм в год. Следова-

тельно, 700 тыс лет назад уровень моря теоретически должен был на

420 м быть ниже современного. Даже если эта цифра была на полови-

ну меньше за счет поглощения части воды увеличивающейся вследст-

вие углубления отдельных участков дна океана емкостью его чаши, то

и тогда проливы между Исландией и Гренландией, Гренландией и

Норвегией были значительно мелководней и уже Во многих их местах

располагались острова. Водообмен между Атлантикой и Арктикой

осуществлялся в основном через узкий и глубокий Фареро-Шетланд-

ский желоб.

С другой стороны, если взглянуть на карту Северного Ледовитого

океана, то можно увидеть, что почти половину его площади занимают

шельфы с глубинами менее 200 - 300 м Значит, 700 тыс. лет назад

вследствие более низкого стояния уровня Мирового океана (во всяком

случае, не менее 300 - 200 м) бассейн Северного Ледовитого океана

был более чем наполовину меньше современного Он был соединен

узким глубоким проливом между Фарерами и Шетландскими острова-

ми с Атлантикой

Огромные массы теплой атлантической воды, вливавшиеся в этот

маленький океан через пролив, препятствовали его оледенению. Но

перед проливом есть высокий хребет - подводный порог Уайвила-

Томпсона. Можно предположить, что частичное поднятие этого хреб-

та, происшедшее 700 тыс. лет назад, резко перекрыло доступ в Фаре-

151

ро-Шетландский желоб теплых атлантических вод. Тогда-то они и по-

вернули к югу в первый раз. Это, наряду с другими рассмотренными

выше факторами, и явилось первым толчком к резкому похолоданию в

области Арктического бассейна, установлению ледовитости океана и

появлению первых ледников в горах Европы и Северной Америки

(эпоха Гюнца) Первые ледники занимали небольшие (горные) районы

и поэтому не вышли на равнины Европы Гигантский шельф Арктиче-

ской Евразии еще оставался сушей Поэтому здесь господствовал рез-

ко континентальный климат с малым количеством осадков, чего было

недостаточно для питания мощных ледниковых покровов

Спустя 200 тыс. лет возникло, как мы видели, первое мощное ма-

териковое оледенение Северного полушария - миндельское (окское)

За этот период уровень моря поднялся на 120 м Теплая атлантическая

вода, перехлестнув через порог Уайвила-Томпсона, вновь пошла в

Арктику. Но ее, видимо, было еще недостаточно для восстановления

теплого климата, однако вполне хватило для общего увлажнения ре-

гиона и возрастания количества осадков в виде дождя и снега, посту-

павших теперь со стороны Северной Атлантики и Норвежско-

Гренландского бассейна на прилегающие территории Европы и Се-

верной Америки

Исследования содержания тяжелые и легких изотопов кислорода

(

O и "'О) в раковинах фораминифер, накапливающихся в морских

осадках, показало, что периоды оледенений были гораздо длиннее

межледниковий В среднем продолжительность межледниковий сос-

тавляла 10000 лет, а оледенений - порядка 50 - 100 тыс. лет. Кроме то-

го, отмечается медленное постепенное разрастание покровов льдов до

максимума и затем их быстрое таяние Тем не менее последнее круп-

ное валдайское (вюрмское) оледенение, как мы уже знаем, началось 25

тыс лет назад, достигло максимума 18 тыс. лет назад и почти полно-

стью исчезло 10 тыс лет назад, то есть длительность нарастания оле-

денения здесь оказалась равной времени его деградации. Но, как гово-

рится, нет правил без исключений

Тенденция медленного и длительного накопления ледников и бы-

строй их деградации, видимо, обусловлена механизмом медленного

подъема уровня моря за счет эндогенных поступлений воды и посте-

пенным нарастанием объемов масс теплых атлантических вод, прони-

кающих в Арктику через пороги Ведь уровень моря поднимается

очень медленно (всего 0,6 мм в год). Начавшие таять льды усиливают

скорость подъема уровня, и чем быстрее они тают, тем быстрее под-

152

нимается уровень и тем большие массы теплой воды проникают через

пороги в Арктику. Процесс приобретает лавинный характер. Потепле-

ние нарастает стремительно. Поэтому материковые льды быстро де-

градируют. Наступает фаза межледниковья

Но происходит новое быстрое углубление дна океана Уровень

стремительно падает на несколько метров И если он совпадает с рит-

мом уменьшения солнечной радиации, то наступает общее похоло-

дание. Формирующиеся льды быстро изымают огромные массы воды,

что ускоряет и увеличивает амплитуду общего понижения уровня мо-

ря. Пропускная способность порогов для теплых атлантических вод

уменьшается, и наступает очередная фаза ледникового периода.

Сегодня глубина подводных порогов между Исландией и Норвеги-

ей превышает 500 и 1200 м (последняя цифра соответствует Фареро-

Шетландскому желобу). Со времени начала последнего валдайского

оледенения прошло более 30 тыс. лет В течение этого периода, в том

числе и пока существовали ледники, уровень океана только за счет эн-

догенных вод поднялся на 18 - 20 м, а после дегляциации материковых

покровов еще на 125 м, т.е. общий подъем уровня за последние 30 тыс.

лет составил 145 - 150 м.

Настолько, следовательно, стали глубже и пороги Иными словами,

никогда за всю историю плейстоцена Фареро-Исландский порог и Фа-

реро-Шетландский желоб не лежали на такой большой глубине и не

пропускали так много теплой атлантической воды в арктический бас-

сейн, как в период голоцена, т.е. в последние 10 тыс. лет.

В приведенной схеме необходимо также иметь в виду, что из-за

изъятия огромных масс воды на образование льдов Северный океан в

периоды оледенений мог превращаться в ряд изолированных глубоко-

водных бассейнов, уровень моря в которых мог падать на значительно

более низкие отметки (до 300 - 500 м), чем уровень Мирового океана.

Обширные шельфы Сибири, Европы и Северной Америки были су-

шей.

При продолжающемся в настоящее время повышении уровня Ми-

рового океана и таянии антарктических и гренландских ледников, как

уже отмечалось, весьма высокая вероятность их полной деградации.

Тогда, через 10 тыс. лет уровень океана поднимется на отметку поряд-

ка 65 - 70 м В этих условиях значительного затопления суши климат

планеты станет более теплым и влажным, чем теперь. Следовательно,

возможность наступления нового ледникового периода практически

исключена.

Зак. 13184

153

Все известные теории материковых оледенений исходили из пред-

положения о постоянстве морского уровня, все изменения которого

были вызваны эвстатическим фактором, т е изъятием или обратным

поступлением вод в ходе гляциации и дегляциации Общая масса оке-

анской воды в плейстоцене предполагалась неизменной

Это не позволяло объяснить причину пускового момента оледе-

нения Неясно было также, отчего ледники начинали таять. Одним

фактором Миланковича этот процесс объяснить было нельзя

Лишь с установлением явления океанизации, главным выражением

которого явилось непрерывное возрастание уровня океана, все разно-

образие факторов (оказавшихся необходимыми, не недостаточными)

удалось свести в единую схему, объясняющую причины материковых

оледенений не только плейстоцена, но и более ранних периодов исто-

рии Земли.

Нетрудно понять, что человечество сегодня в состоянии искус-

ственно вызвать ледниковый период. Для этого достаточно перегоро-

дить плотиной Фареро-Исландский порог и Фареро-Шетландский же-

лоб. Технически такая задача нашей цивилизации под силу

При дальнейшем повышении морского уровня и сопровождающем

его потеплении и деградации существующих ледников к идее такого

проекта в будущем, видимо, придется обратиться, чтобы изъять и об-

ратить в ледники избытки воды и задержать на несколько сот или ты-

сяч лет затопление центров цивилизации и больших прибрежных тер-

риторий

Регулируя с помощью плотины поступление в Арктический бас-

сейн теплых вод Гольфстрима, можно будет удержать климат Север-

ного полушария и уровень моря в оптимальном режиме, близком к

современному. Для более отдаленного будущего предпочтительнее

«складирование» океанской воды на более изолированном континенте

- Антарктиде - путем наращивания его ледяного щита. Технически

осуществить этот проект будет значительно сложнее, так как необхо-

димо будет организовать подачу огромных масс океанской воды в

центральные засушливые области ледяного континента.

5.3. Ледники и человек

Древнейшими людьми, встретившими ледники на равнинах Евра-

зии, были, по-видимому, синантропы - существа среднего роста, с

сильно уплощенным черепом и резко выраженным надбровным вали-

154

ком У них отсутствовал подбородочный выступ и на многих реконст-

рукциях облик их во многом сходен с обликом гориллы. Но это уже

были люди У них была прямая походка, а тело лишено густого расти-

тельного покрова Они умели добывать огонь, делать различные охот-

ничьи орудия и даже строить жилища В середине плейстоцена в Евра-

зии появляется новый вид хомо - неандертальский человек Это было

существо крупнее синантропа с большим черепом и соответственно

большим объемом мозга Неандерталец успешно противостоял пред-

последнему рисскому оледенению и вымер около 35 тыс. лет назад.

Последнее вюрмское (валдайское) оледенение встретил уже хомо са-

пиенс - кроманьонец, человек, физический облик которого не отли-

чался от современного Быстрая и многократная смена климатических

условий плейстоцена, несомненно, оказывала большое влияние на

эволюцию человека как в физическом, так и в социальном плане Со-

вершенствовались также орудия труда и охоты, жилище, одежда. Лед-

никовые периоды стали своего рода катализаторами развития челове-

чества

В области Средиземноморья и Юго-Восточной Азии такими ката-

лизаторами являлись, очевидно, интенсивные здесь геологические

процессы - вулканизм, землетрясения, так как климат здесь не претер-

певал таких же значительных изменений, как в Евразии.

Реалистическую картину жизни первобытных людей того периода

дал в своей поэме «О природе вещей» древнеримский поэт и философ

Тит Лукреций, на девятнадцать столетий предвосхитив открытия со-

временной археологии:

Жизнь проводил человек, скитаясь как дикие звери...

Люди еще не умели с огнем обращаться, и шкуры.

Снятые с диких зверей, не служили одеждой их телу;

В рощах, в лесах или в горных они обитали пещерах

И укрывали в кустах свои заскорузлые члены.

Ежели их застигали дожди или ветра порывы...

На несказанную мощь в руках и в ногах полагаясь.

Диких породы зверей по лесам они гнали и били

Крепким, тяжелым дубьем и бросали в них меткие камни;

Многих сражали они. от иных же старались укрыться

Древним оружьем людей были руки, ногти и зубы.

Камни, а также лесных деревьев обломки и сучья.

Пламя затем и огонь, как только узнали их люди

Силы железа потом и меди были открыты.

Но применение меди скорей, чем железа узнали

Легче ее обработка, а также количество больше

155

В период последнего оледенения уровень моря стоял ниже совре-

менного более чем на 130 м. В результате возник обширный сухо-

путный мост между Азией и Северной Америкой, и Берингов пролив

еще не существовал. На месте островов Индонезийского архипелага

лежал обширный материк, соединявший Австралию с Индией и Юго-

Восточной Азией. Эти мосты и явились путями миграции человека в

Австралию и Северную, а затем и в Южную Америку Лишь 3-4 тыс

лет назад человек заселил острова Океании. Замечательно, что ни си-

нантроп, ни неандерталец не предприняли этого рискованного путе-

шествия в неведомые земли, хотя в их время эти мосты были более

обширны, так как уровень моря стоял еще ниже. Впервые подобный

переход сделал человек современного физического облика, что еще

раз определяет его как наиболее активный и жизнеспособный вид. За-

селив Северную и Южную Америку и Австралию, он оказался на 15 -

20 тыс. лет отрезанным от своей прародины возникшими проливами -

Беринговым и Фареро-Исландским. К моменту открытия Америки Ко-

лумбом в 1492 г. здесь жило более 100 млн. человек и существовала

самобытная, возникшая независимо от европейской, цивилизация

6. ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ЭВОЛЮЦИИ ПЛАНЕТ И ЗВЕЗД

6.1. С "сейсмическим фонарем" в глубь Земли

Итак, мы проследили эволюцию земной поверхности в течение

длительного времени и пришли к заключению, что она полностью оп-

ределялась объемом и скоростью поступления свободной воды из недр

планеты Полученные выводы не укладываются в рамки ни одной из

существующих гипотез образования континентов и океанов, так как в

них проблема воды, по существу, оставалась вне рассмотрения

Возникает вопрос: какие же причины стимулировали резкое воз-

растание выноса на поверхность масс эндогенной воды в последние

десятки миллионов лет и почему этого не могло произойти на более

ранних этапах развития Земли

Для того чтобы разобраться в этом, нам необходимо заглянуть в

глубокие недра планеты. Это нам помогут сделать, прежде всего,

сейсмические волны, образующиеся при сильных землетрясениях. По

образному выражению русского академика Б Б Голицына, землетрясе-

ния, подобно фонарю, зажигаются на краткий миг и освещают нам не-

дра Земли, что позволяет разглядеть их строение.

Если бы планета состояла из однородного вещества, то сейсми-

ческие волны, представляющие собой упругие продольные и попереч-

ные колебания, беспрепятственно проходили бы внутри Земли, затра-

тив при этом одинаковое время на единицу пути во всех направлениях.

Однако на самом деле этого не наблюдается. По мере увеличения глу-

бины волны распространяются с различной скоростью. При этом наи-

более резкие изменения упругих свойств происходят на глубинах по-

рядка 30 - 40 и 2900 км В первом случае скорость увеличивается скач-

ком от 6,5 - 7,0 до 8,2 км/с, во втором резко уменьшается с 13,3 до 8,5

км/с Верхняя граница, как мы уже видели, была впервые обнаружена

югославским сейсмологом Андреем Мохоровичичем в 1909 году. Эта

граница условно была принята за подошву земной коры. Она получила

название "граница Мохоровичича", или сокращенно - "граница М".

157

Нижняя граница была впервые установлена немецким геофизиком Бе-

но Гутенбергом в 1914 году при изучении записей удаленных и силь-

ных землетрясений. Граница Гутенберга, как оказалось, характеризует

переход от оболочки к ядру (рис. 23).

Рис. 23 Внутреннее строение Земли согласно модели Буллена:

А - земная кора; В - область астеносферы; С - верхняя мантия;

D - оболочка, E - внешнее жидкое ядро; F - внутреннее твердое ядро

Дальнейшие исследования показали, что в диапазоне глубин 1500 -

2900 км происходит не только значительное уменьшение скорости

продольных волн, но их затухание. Через эту зону совершенно не про-

ходят поперечные (сдвиговые) волны Но поскольку было известно,

что эти волны не возникают в жидких средах, то был сделан вывод о

наличии у Земли мощного жидкого ядра и твердого внутреннего субъ-

158

ядра диаметром 1500 км (рис. 23). Вслед за выделенными границами

были установлены еще две зоны изменения упругих свойств: в ин-

тервале глубин 50 - 250 км и на глубине порядка 900 км. В первом

слое, лежащем под подошвой каменной оболочки, было отмечено за-

метное (с 8,2 до 7,8 км/с) уменьшение скорости, которое местами рас-

пространялось на глубину до 250 - 400 км Этот слой пониженных

скоростей получил название "волновод Гутенберга", или "астеносфе-

ра" Глубже астеносферы скорость быстро возрастает до глубины 900

км, достигая 11,5 км/с, и далее вплоть до границы с жидким ядром это

возрастание продолжается, но уже менее быстро

Так как скорость упругих волн зависит от плотности (чем больше

скорость, тем выше плотность среды, и наоборот), то данные сейс-

мологии ясно показали, что Земля имеет существенно неоднородное

строение, а границы изменения скоростей и, следовательно, плотности

отражают либо различный состав планетного вещества, либо какие-то

вариации его физико-химического состояния

Установление оболочечного строения Земли принадлежит к выда-

ющимся достижениям классической сейсмологии Оно позволило по-

дойти к решению фундаментальной проблемы планетологии - уста-

новлению состава и природы земных оболочек.

Наличие жидкого ядра у Земли позднее было подтверждено об-

наружением колебаний земного шара, возникающих после сильней-

ших, например, Чилийского (1960 г.) и Аляскинского (1964 г.) земле-

трясений, а также суточных лунных приливов

Дело в том, что в случае полностью твердой Земли частота ее ко-

лебаний будет выше, чем частота колебаний шара с жидким ядром

«Болтание» твердого субъядра относительно покрывающей его жид-

кой оболочки внешнего ядра увеличивает период колебания всей сис-

темы и усложняет его. Гигантские океанские волны суточных и полу-

суточных лунных приливов, имеющих фронт протяженностью во мно-

гие тысячи километров, накатываясь на побережья материков, также

сотрясают земной шар Анализ возникающих при этом колебаний под-

тверждает наличие жидкого и твердого ядра.

Неоднородность строения недр обнаруживается и по данным спут-

никовых наблюдений за моментом инерции вращения Земли В случае

однородной Земли момент инерции был бы равен 0,4 В действи-

тельности же он оказался меньше - 0,33089, что соответствует зна-

чительной концентрации массы в центре планеты, т.е. подтверждается

вывод о наличии твердого и плотного субъядра. В связи с этим инте-

159

ресно сравнить момент инерции для Луны: он равен 0,402. Отсюда

видно, что Луну с хорошим приближением можно рассматривать как

однородное тело

Средняя плотность слагающего Землю вещества легко определя-

ется из закона всемирного тяготения Ньютона: она равна 5,517 г/см\

Следовательно, недра Земли сложены более плотным материалом, чем

ее поверхность

Приведенные данные убедительно показывают, что наша планета

расслоена на концентрические оболочки, среди которых выделяются

твердое субъядро, жидкое внешнее ядро, облекаемое твердой оболоч-

кой, и внешняя каменная оболочка - периферийная сфера Земли Ее

мы сокращенно назвали перисферой. Под подошвой перисферы, на

глубине от 50 до 100 км, располагается зона повышенных температур -

астеносфера Наибольшую толщину она имеет под тектонически ак-

тивными областями, наименьшую - под древними докембрийскими

щитами, континентальными и океаническими платформами Таково

внутреннее строение Земли, обнаруживаемое различными инструмен-

тальными наблюдениями

Австралийский сейсмолог K E Буллен обозначил выделенные гео-

сферы латинскими буквами алфавита, определил массы и плотность

сконцентрированного в них вещества. Приведенная ниже таблица дает

представления о структуре земных недр

Таблица 6

Распределение массы вещества по геосферам Земли (Буллен, 1966)

Гео- Обозна- Глубина.

Плотность. Доля объема Масса.

Доля пол-

сфера

чение

г/см

Земли, %

хЮ

ной массы

Кора

А 0-33

2.7 - 3.0 1.55 5

0.8

Мантия В 33 - 400

3.3-3.6 16.67 62

10.4

400 - 1000

3.6-4.6

21.31

16.4

1000 -2900 4.6 - 5.6 44.28 245

41.0

Ядро

2900 - 5000 9.4- 11.5

15.16

5000 -5100

11,5 - 12,0

0.28

188 31.5

5100-6371

12.0- 12,3

0.76

6.2. Состав и эволюция геосфер

На поверхности Земли мы наблюдаем большое разнообразие пород

и минералов Но все они являются продуктом эволюции протопланет-

160