Дуг МакДугалл – Зачем нужна геология (страница 9)

Слои вулканического пепла настолько многочисленны, что сегодня являются самым важным материалом для датирования осадочных пород. Самые мощные вулканы, которые дают больше всего пепла, появляются в основном на окраинах океанских бассейнов в результате тектонических процессов. Вспомните вулканы Индонезии или Анд. Даже если отдельные вулканы извергаются лишь время от времени, накапливающиеся в соответствующих регионах осадки пронизаны слоями пепла. Если важно знать возраст конкретного уровня в толще осадков (например, уровня, который означает какую-то геологическую границу), а подходящего слоя пепла в идеально подходящем положении нет, обычно можно провести интерполяцию между близко расположенными слоями.

В качестве примера можно привести последовательность пластов известняка в южном Китае, которая проходит через границу между пермским и триасовым периодом. Окаменелости показывают, что эта граница, которая одновременно разделяет палеозойскую и мезозойскую эру (рисунок 1), отмечает самое массовое вымирание в истории Земли, когда внезапно исчезло более 90 % видов, живших в океанах. Точная датировка такого события крайне важна, однако известняки нельзя датировать напрямую. К счастью, они расположены в районе с высокой вулканической активностью и содержат многочисленные слои пепла. В 1990-х годах группа геохронологов из Массачусетского технологического института (MIT) взяла образцы пепла выше и ниже нужной границы, тщательно выбрала содержащиеся в них кристаллики циркона и измерила возраст циркона с помощью уран-свинцового метода. Результаты показаны на рисунке 2 и говорят о том, что фрагмент отложений толщиной в несколько метров, перекрывающий границу, образовался всего лишь за два миллиона лет. Даты слоев пепла также позволяют точно определить возраст границы — 251,4 миллиона лет. Возможно, не менее важно и то, что с помощью датирования близко расположенных слоев пепла исследователи смогли сделать вывод, что это массовое вымирание происходило в течение короткого промежутка времени — менее миллиона лет.

Я еще ничего не сказал о докембрийской части временной шкалы. Радиоизотопное датирование раскрыло ее истинные масштабы: ученые, создававшие ранние версии шкалы времени по окаменелостям, поразились бы, узнав, что эта часть составляет более 85 % истории планеты. Из-за отсутствия окаменелостей породы докембрия можно поместить в шкалу только с помощью прямого радиоизотопного датирования. На рисунке 1 показано всего несколько основных подразделов этой части шкалы — катархей, архей и протерозой. Границы между этими подразделами частично произвольны, а частично основаны на признанных событиях, которые повлияли на Землю в глобальном масштабе. Несмотря на древность докембрийских пород, они представляют целый гобелен с обширными и временами удивительными сведениями, и в последующих главах мы это увидим. Они показывают мир, который на протяжении миллиардов лет отличался от мира, который известен нам сегодня.

Рисунок 2. Осадочные слои на пермско-триасовой (П-Т) границе в южном Китае. Преобладающий тип горных пород здесь — известняк; слои пепла показаны серыми полосками. Возраст слоев пепла, основанный на уран-свинцовом методе датирования кристаллов циркона, указан в миллионах лет. Слой пепла, расположенный непосредственно ниже официальной П-Т границы, дает ее возраст. Показано расположение пермских (p) и триасовых (t) окаменелостей. Обратите внимание, что непосредственно над П-Т границей есть небольшой интервал со смешанными окаменелостями. Это обычная особенность осадочных пород: роющие организмы и течения перемешивают отложения. Показанная колонка представляет чуть более 18 метров слоев пород. (На основе данных Bowring et al. 1998).

Это краткое введение призвано дать обзор того, каким образом геологи используют различные виды информации, хранящейся в горных породах, чтобы расшифровать события из прошлого нашей планеты и определить их хронологию. Эта работа продолжается, и новые открытия постоянно меняют различные аспекты истории. В последнее время акцент делается на изучении времен и событий в прошлом, которые имеют отношение к тому, что может происходить в будущем. Это особенно важно для понимания проблем, которые повлияют на ближайшее будущее человеческого общества — например, глобального потепления. Но прежде чем обратиться к таким проблемам, в следующей главе мы вернемся в самое начало — на 4,5 миллиарда лет назад — чтобы изучить происхождение планеты и самые первые дни её жизни. На Земле не осталось пород тех времен: их разрушили геологические процессы. Однако у нас есть камни из космоса. Как и земным камням, им есть что рассказать.

Глава 2

Создание нашей планеты

В 1969 году — том самом, когда астрологи предсказывали большое землетрясение в Калифорнии — на другом краю света разворачивались события, которые привлекли внимание геологов, и их последствия оказались весьма значимыми. Японские ученые, работавшие в Антарктиде, наткнулись на небольшие темные камни, рассеянные по поверхности льда. В этом не было ничего необычного — за исключением того, что регион покрыт снегом и льдом, и никакого местного источника камней попросту не имелось. Как выяснилось, источник оказался не местным — камни были метеоритами и прилетели из космоса.

Но возникла новая загадка. Давно известно, что на планету падает много внеземных материалов — большинство оценок дает величину примерно в сто тонн в день. Однако в основном это крошечные частицы, которые сгорают в атмосфере (такие падающие звезды мы видим в ночном небе), и только очень небольшая часть попадает на Землю в виде заметных метеоритов. Две трети нашей планеты покрыто океанами, и большинство метеоритов попадает в море и там остается. Очень мало людей наблюдало падение метеорита, и вы наверняка не видели их лежащими у себя в саду или в местном парке. Поэтому многочисленные метеориты на антарктическом льду вроде бы не поддавались объяснению. Что же такого особенного в южном континенте, что он собрал больше метеоритов, чем есть где бы то ни было еще?

Как нередко бывает с первоначально загадочными явлениями, нашлось вполне рациональное объяснение. Вскоре оказалось, что помог следующий процесс: метеориты падали в Антарктиде десятки тысяч лет, постепенно накапливались, а затем попадали в небольшие области, известные как области «голубого льда». В одной из этих областей работали японские ученые. Голубой лед возникает в тех местах, где толстые ледники, медленно стекающие с внутренней части континента, натыкаются на какой-то скрытый топографический барьер, например, горный хребет, и их выталкивает вверх. Когда слой льды достигают поверхности, постоянные сильные ветры и сухой воздух Антарктиды разрушают и уносят его, а принесенные ледником метеориты остаются лежать на поверхности. Это похоже на случаи отложения камней и гальки в пустынях, когда ветры сдувают мелкие песчинки, оставляя более тяжелый грубый материал. Подобно гигантской конвейерной ленте, антарктический лед переносит метеориты, выпавшие за тысячи лет, в несколько небольших участков, где лед просто исчезает, а космические камни остаются. После 1969 года в области голубого льда регулярно летом устраивают экспедиции для сбора метеоритов. Ученые всего мира приезжают на континент для таких поисков. Всего за несколько десятилетий найдены десятки тысяч новых образцов, что многократно увеличило запасы в мировых коллекциях.

В чем причина такого интереса к метеоритам? В том, скажут вам многие геологи, что они представляют собой ключи к пониманию того, как сформировалась Земля и Солнечная система. На первый взгляд метеориты не особо отличаются от большинства земных пород. Однако детальное их исследование показывает, что отличия очень велики, и в этом обнаруживается ключ к разгадке их возраста и происхождения. Некоторые древние культуры почитали метеориты, поскольку верили, что те были присланы богами; сегодня их почитают ученые, поскольку эти породы приносят информацию о самых первых эпохах истории Солнечной системы. Почти все метеориты, датированные с помощью радиоизотопных методов, описанных в предыдущей главе, имеют возраст, близкий к 4,5 миллиардам лет, что значительно старше самых старых земных пород. Самый распространенный вид метеоритов — «хондриты» — содержит намеки на те типы материалов, которые пошли на строительство нашей планеты. Действительно, минеральные комплексы в некоторых хондритах, вероятно, во многом представляют состав пород, образовавших Землю.

Хондриты — лишь один из типов метеоритов; все они древние, у каждого есть собственная история, и каждый содержит сведения о том, как создавалась и развивалась наша планета. Например, железные метеориты состоят из твердого железа, которое всегда содержит примесь никеля. Это указывает на то, что такие метеориты — аналоги металлических ядер, находящихся в центре планет (о железном ядре Земли мы поговорим далее в этой главе). Если у вас есть возможность посетить Американский музей естественной истории в Нью-Йорке^[11], вы можете прикоснуться к фрагменту одного из таких железных метеоритов, который, вероятно, некогда был частью ядра небольшого астероида. При возрасте в 4,5 миллиарда лет он, несомненно, окажется самым старым предметом, к которому вы когда-либо прикасались. Этот массивный кусок железа массой примерно 34 тонны взят от одного из самых крупных известных метеоритов — метеорита Мыс Йорк, названного (как и все метеориты^[12]) по месту находки — в нашем случае по названию мыса Йорк на северо-западе Гренландии. Он был «открыт» в 1894 году американским исследователем Робертом Пири (инуиты знали его уже много веков и использовали в качестве источника железа). Датирование показывает, что метеорит Мыс Йорк упал на Землю примерно 10 тысяч лет назад, распавшись при пролете через атмосферу на множество частей. Образец в Музее естественной истории — самый крупный из многочисленных фрагментов этого тела, выставленных в музеях мира.