Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Кратоны – это ключи к ранней истории Земли, как розетские камни для археологов. Океанов недостаточно, чтобы расшифровать письмена ранней эпохи земной истории. Благодаря безостановочному конвейеру глобальной тектоники, порождающей, в частности, базальтовую океаническую кору в центрально-океанических хребтах и снова поглощающей ее в зонах столкновения, возраст древнейшего океанского дна не превышает 200 млн лет. Все, что старше, можно обнаружить лишь на континентах, если оно вообще сохранилось.

Странствующие кратоны отличаются удивительно сложной историей. Приводимые в действие движением тектонических плит, они перемещаются, сталкиваясь друг с другом и образуя составные кратоны и суперкратоны, которые, в свою очередь, сбиваются в гигантские пространства суши – континенты или суперконтиненты. Каждое столкновение порождает новую горную гряду вдоль линии соединения кратонов; каждая гряда содержит интереснейшие данные о древней сборке участков суши. Суперконтиненты, в свою очередь, раскалываются и разделяются на самостоятельные материки или острова, омываемые со всех сторон океанами. Каждый раз, когда происходит раскол континента, между расходящимися частями расширяется полоса океана и формируются характерные отложения: сначала песчаники и известняки на мелководье, затем глубоководные глины и глинистый сланец. Именно такая последовательность осадочных пород указывает на раскол континентов. Суперконтиненты соединялись и расходились вновь и вновь. Это напоминает гигантский пазл, и картинка, которую надо сложить, неизвестна, к тому же ее части постоянно меняют свои формы и местоположение.

Что здесь общего со скучным миллиардом? Все. Чтобы представить себе этот период, лишенный явных признаков активности, – без крупных катастроф, без растительности, поскольку разнообразная флора и фауна появятся позднее, – нам следует обратиться к специалистам по палеогеографии. Пытаясь разобраться в деталях головоломки кратонов, перемещавшихся по планете в течение миллиардов лет, эти неутомимые труженики забираются в самые отдаленные уголки планеты, картируют горные породы, собирают образцы, а затем подвергают их мыслимым и немыслимым лабораторным испытаниям.

Ядро каждого кратона составляют древнейшие породы, старше 3 млрд лет. Эти фрагментарные свидетельства древнейшей земной коры в целом составляют скромную долю в общей материковой массе. Они непрестанно подвергаются воздействию тепловой энергии и давления, меняют свой состав, растворяясь в приповерхностных водах, и деформируются при напряжении земной коры. Даже при таких условиях природу первоначальных пород, будь то гранитные вкрапления или осадочные слои, чаще всего можно определить. Более того, нам помогает даже то, что кратоны не остаются в покое. Вся история их существования отмечена пульсацией магмы, когда ее новые всплески расплавляют старые структуры, формируя жилы и гнезда вулканических пород. Новые осадочные месторождения возникают как внутри материка, в реках и озерах, так и вдоль мелководья на песчаных морских побережьях. Отличительные типы и структуры горных пород формируются и во время столкновения или раскола кратонов – событий, для которых характерно движение крупных массивов суши. Тщательное исследование этих более молодых формаций позволяет выделить последовательность формирования горных пород в истории существования кратона. Здесь-то и начинается самое интересное.

Более молодые породы дают подсказку для определения хронологии перемещений кратона. Вулканические породы содержат мелкие кристаллы магнетиков, которые в процессе отвердевания ориентируются по магнитному полю Земли. Тщательные палеомагнитные исследования помогают определить не только направление предшествующих магнитных полюсов севера и юга, но и примерную широту, на которой произошло остывание пород. Эти данные, конечно, не сравнить с координатами GPS, но они позволяют относительно точно фиксировать положение кратонов на временной оси. Исследование осадочных пород позволяет узнать многое о климате и экологии. Осадочные отложения, возникшие в условиях тропиков, значительно отличаются от пород, сформировавшихся в умеренных или ледниковых зонах более высоких широт. Некоторые осадочные породы также включают кристаллы магнетиков, по которым можно определить расположение полюсов.

Чтобы сформировалось даже самое приблизительное представление о меняющемся облике Земли, целые армии геологов тщательно обследуют каждый из трех дюжин кратонов. На это уходят десятилетия трудоемких полевых экспедиций и лабораторных исследований. Данные, собранные по всей планете, сводятся вместе. Затем все кратоны составляются, и получается воображаемый фильм об их странствиях, начиная с географии современного мира и постепенно уходя вглубь прошлого. Чем глубже мы погружаемся в прошлое, тем общая картина неминуемо становится все более расплывчатой и умозрительной. Тем не менее даже то, что удается восстановить, поражает воображение. Согласно современным представлениям, за три последних миллиарда лет Земля претерпела цикл по меньшей мере пяти слияний и расколов суперконтинентов.

Наши познания об истории древнейшей земной суши пока не очень глубоки, и существующие подходы к этому предмету сопровождаются многочисленными разногласиями. Никто не рискует, по крайней мере пока, предложить даже приблизительный набросок карты земной поверхности 3 млрд лет назад, но в одной достаточно обоснованной модели предполагается, что первый в истории Земли континент, называемый Уром, сформировался около 3,1 млрд лет назад из ранее рассеянных частей, сейчас известных как Южная Африка, Австралия, Индия и Мадагаскар. Существует предположение, что еще до того, примерно 3,3 млрд лет назад, существовал суперконтинент Ваальбара, но достаточных доказательств этому нет. Согласно сравнительным палеомагнитным данным, полученным из всех регионов, предположительно составлявших древний Ур, современные отдельные кратоны большую часть древней истории Земли были единой сушей – их перемещения по планете выглядят практически параллельными, а потому, возможно, связанными. Магнитные данные позволяют считать, что суперконтинент Ур оставался целым почти 3 млрд лет и начал разделяться только около 200 млн лет назад.

Древнейший гипотетический суперконтинет Кенорленд, или Сьюпириор (по названию горных местностей в Северной Америке), как полагают, сформировался около 2,7 млрд лет назад из Ура и соединившихся с ним множества мелких разрозненных кратонов. Столкновение одного кратона с другим всегда сопровождается образованием шва, соединительной линии, где под воздействием гигантских сил сжатия образуется новый горный хребет. Множество признаков этого можно обнаружить в породах возрастом от 2,7 до 2,5 млрд лет, что подтверждает последовательный рост суперконтинента. Палеомагнитные данные показывают, что Кенорленд большую часть своего сравнительно недолгого существования располагался в низких широтах, возможно, пересекая экватор.