Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Исследование снесенных с Гималаев отложений показывает, что, несмотря на некоторые вариации в скорости поднятия и эксгумации этого горного сооружения на протяжении длительного времени, в среднем полученные цифры находятся в том же диапазоне, что и оценки, сделанные на основе спутниковых наблюдений и термохронологических методов, таких как датирование по трекам распада. Этот униформистский результат, вероятно, обрадовал бы Лайеля. Гигантские отложения эрозионных осадков заставляют обратить внимание на еще один удивительный факт: скорость тектонических процессов, вызванных внутренним радиоактивным теплом Земли, по счастливому совпадению примерно соответствует [37] Seong, Y., et al., 2008. Rates of fluvial bedrock incision within an actively uplifting orogen: Central Karakoram Mountains, northern Pakistan. Geomorphology , 97, 274–286. doi:10.1016/j.geomorph.2007.08.011 скорости действия внешних агентов эрозии — ветра, дождя, рек, ледников, приводимых в действие силой тяжести и солнечной энергией. Другими словами, возвращаясь к нашей аналогии с парикмахерской, волосы на голове у клиента растут ровно с той же скоростью, с какой его стрижет парикмахер. И хотя рост и эрозия гор происходят очень неспешно, эти процессы все же протекают не настолько медленно, чтобы быть недоступными нашему непосредственному наблюдению.

Такая удивительная соразмерность аддитивных и субтрактивных процессов формирования рельефа является одной из уникальных особенностей Земли. Ландшафты других скалистых планет и спутников выглядят такими чуждыми именно потому, что в этих мирах нет баланса в скорости действия созидательных и разрушительных рельефообразующих агентов. Если бы на Земле тектоника намного опережала эрозию, горные системы были бы гораздо выше и больше по площади, создавая более обширные участки высокогорной среды обитания альпийского типа. Если бы эрозия, наоборот, обгоняла тектонику, континенты были бы ниже, с более изрезанным рельефом, а реки приносили на континентальные шельфы гораздо больше отложений, что значительно изменило бы характер прибрежных регионов. И в том и в другом случае жизнь на суше и в море столкнулась бы с другими факторами естественного отбора, и эволюция вполне могла пойти иными путями. С другой стороны, сама жизнь способна влиять на рельефообразующие процессы: есть весомые доказательства того, что колонизация суши растениями в раннем силуре, около 400 млн лет назад, замедлила глобальные темпы эрозии и привела к появлению рек с четко выраженным руслом [38] Davies, N., and Gibling, M., 2010. Cambrian to Devonian evolution of alluvial systems: The sedimentological impact of the earliest land plants. Earth Science Reviews , 98, 171–200. doi:10.1016/j.earscirev.2009.11.002 . Кстати говоря, людям потребовалось всего несколько веков, чтобы обратить эту тенденцию вспять: по некоторым оценкам, современная скорость антропогенной эрозии — чему способствуют вырубка лесов, сельскохозяйственное использование земель, опустынивание и урбанизация — на несколько порядков превышает средний геологический показатель [39] Brown, A. G., et al., 2013. The Anthropocene: Is there a geomorphological case? Earth Surface Processes and Landforms , 38, 431–434. doi:10.1002/esp.3368 .

Примечательно и то, что темпы биологической эволюции гармонично согласованы со скоростью тектонических и поверхностных процессов в геологическом масштабе времени. Особенно хорошо это видно на примере Гавайских островов, которые формировались в направлении с северо-запада на юго-восток по мере того, как Тихоокеанская плита проходила над «горячей точкой», где мантийная порода поднимается из глубин к поверхности и претерпевает декомпрессионное плавление. Изучение биоразнообразия на каждом острове показывает, что адаптивные радиации — всплески эволюционного образования видов от одного общего предка — совпадали с периодом вулканического роста каждого острова, после чего этот процесс замедлялся по мере того, как эрозия брала верх, уменьшая площадь острова и уровень высот [40] Lim, J., and Marshall, C., 2017. The true tempo of evolutionary radiation and decline revealed on the Hawaiian archipelago. Nature , 543, 710–713. doi:10.1038/nature21675 . То же самое характерно и для таких же юных Галапагосских островов, разнообразие живых видов на которых навело Дарвина на мысль об эволюции. Только представьте, какой была бы наша планета, если бы морфология ее поверхности менялась слишком быстро, опережая способность многоклеточной жизни к эволюционной адаптации, — как оркестр, играющий слишком быстро, так что танцовщики не могут за ним поспеть? К счастью, все участники земного ансамбля — вулканы, дожди, папоротники, вьюрки и все остальные — исполняют свои партии с поразительной синхронностью.

Более внимательный взгляд на протекающие в горах процессы обнаруживает еще более тонкую связь между тектоникой и эрозией — и еще больше усложняет ответ на загадку Геттона — Дилана. Начать с того, что скорость эрозии зависит от погоды и климата, а тектонические формы рельефа способны влиять и на то и на другое. Как известно, через контрольный пункт безопасности авиапассажирам разрешается пронести лишь небольшое количество жидкости — вот так и горные хребты играют роль своего рода барьеров, заставляя воздушные массы сбрасывать содержащуюся в них влагу, чтобы пройти над линией гребня. В результате на наветренных склонах выпадает избыток осадков, а на подветренных склонах создается так называемая область дождевой тени, что приводит к асимметричным темпам эрозии в горной системе. В Индии интенсивность ежегодных муссонов напрямую связана с существованием Гималаев и, в свою очередь, муссоны являются причиной интенсивной эрозии в их высоких предгорьях. Тибетское нагорье отчасти обязано своей высотой засушливым условиям, созданным самими же горами. В то же время засушливость приводит к недостатку растительности, что делает склоны более уязвимыми к гравитационному разрушению через оползни. Таким образом, по мере своего роста горы создают собственные сложные климатические системы, которые, в свою очередь, влияют на их дальнейшую эволюцию [41] Обзор многочисленных механизмов обратной связи между топографией, климатом и эрозией читайте: Brandon, M., and Pinter, N., How erosion builds mountains, Scientific American , July 2005. .

Крупные горные системы, такие как Гималаи, могут оказывать влияние даже на глобальный климат. В меловом периоде, до столкновения Индии и Азии, Земля была похожа на парник с очень теплым климатом, без ледников и ледяных шапок на полюсах. Регион Великих равнин в Северной Америке покрывало внутреннее море, доходившее до западной Миннесоты. Ученые объясняют это необычайно быстрым спредингом океанического дна на протяжении примерно 40 млн лет, что привело к всплеску вулканической активности и, как следствие, к значительному повышению концентрации вулканического углекислого газа (СО 2) в атмосфере. Некоторые виды динозавров населяли даже высокие арктические широты. Но в раннем кайнозое, примерно в то же время, когда началось образование Гималаев, климат Земли вступил в длительный период похолодания, который продолжался последующие 50 млн лет. Многие геологи предполагают существование причинно-следственной связи между этим климатическим трендом и формированием высокогорного рельефа Гималаев. В частности, химическое выветривание горных пород под воздействием дождевой воды в геологическом масштабе времени является важным механизмом поглощения углекислого газа (CO 2) — самого распространенного парникового газа — из земной атмосферы (рис. 9). Об этом мы подробнее поговорим в следующих главах.