Данные, подтверждающие дрейф континентов

 

1. Кажется, что континенты соответствуют друг другу почти так же, как кусочки разрезанной картинки, — как будто они составляли когда-то единый суперконтинент, называемый Пангеей.

2. Нанося на карту характеристики древнего климата различных частей континентов, мы можем показать, что эти континенты соответствуют друг другу не только по “форме”. На составленных вместе материках вырисовываются логично расположенные зоны оледенения и тропиков Пангеи; наука, занимающаяся древними климатами, называется палеоклиматологией.

3. Когда горные породы затвердевают из расплавленного состояния, в них сохраняются следы магнитного поля Земли, существовавшего в то время. Построив карту такой остаточной намагниченности по многим формациям древних пород, ученые должны были сделать вывод, что либо магнитные полюсы перемещались по поверхности Земли с течением геологического времени, либо сами континенты, на которых затвердевали породы, после этого сдвигались с места.

4. Сходство групп окаменелостей в угольных пластах и терригенных осадочных породах по обе стороны Атлантики, на севере и на юге, заставляет предположить, что эти стратифицированные породы образовались в сходных условиях и, возможно, в одном и том же регионе и что впоследствии они разделились, так как соответствующие континенты разошлись в разные стороны. Наука, занимающаяся этими вопросами, называется палеобиогеографией.

5. Установление абсолютного возраста формирования таких геологических структур, как, например, горные цепи, найденного путем измерения характеристик радиоактивного распада веществ, изначально заключенных в таких структурах, доказывает, что комплексы горных пород, находящиеся теперь на удаленных друг от друга континентах, образовались в одно и то же время, а значит, возможно, в одном и том же регионе.

Данные, подтверждающие разрастание океанического дна.Несмотря на накопленные фактические данные, многие специалисты отвергали теорию континентального дрейфа, потому что не находилось правдоподобного источника энергии для таких крупных перемещений в земной коре. Следующая фаза в разработке теории тектоники литосферных плит принесла свидетельства того, что дно каждого океанического бассейна само находится в движении и это движение направлено в стороны от зон срединно-океанических хребтов. Это следующие свидетельства.

1. Нигде экспедиции не подняли с океанического дна породы древнее чем примерно 150 млн. лет. Куда исчезла более древняя океаническая кора?

2. Открытие полосовых магнитных аномалий в океанической коре позволило сделать вывод, что эта кора движется в стороны от осевых зон срединно-океанических хребтов. В этом состоит главное свидетельство спрединга. Впервые появилось логичное, взаимно согласованное объяснение не только срединно-океанических хребтов, но и зон разломов, пересекающих эти хребты, и эпицентров землетрясений, происходящих как вдоль хребтов, так и в зонах разломов. Эта наука называется палеомагнетизмом.

3. Если срединно-океанические хребты были “источником” новой океанической коры, то поступающее оттуда вещество должно было образоваться в глубине литосферы и, следовательно, быть горячее, чем более древняя океаническая кора, отодвинувшаяся далеко от хребтов. Ученые сконструировали приборы, позволяющие измерить направленный вверх от океанического дна тепловой поток, и использовали их для проверки этой гипотезы.

4. Далее, если пластиноподобная океаническая кора остывала, удаляясь от места своего образования в осевой зоне срединно-океанического хребта, она должна была одновременно сокращаться в объеме. В итоге дно океана должно быть глубже там, где оно дальше от источника разрастания (“центра спрединга”), и это хорошо подтверждается многочисленными замерами глубин. Идея сокращения океанического дна была подтверждена еще двумя фактами: во-первых, с удалением от хребта рельеф дна становится все более гладким, чего и следовало ожидать, потому что депрессии в дне заполняются осадками, мощность которых возрастает с удалением от хребта, а, во-вторых, самые древние из вулканов в цепочках вулканических островов типа Гавайской со временем опускаются на глубину.

5. Развитие химии радиоактивных элементов привело к разработке теоретических представлений о радиоактивном распаде веществ глубоко в мантии Земли. Это и был “правдоподобный" источник энергии, который так долго искали. Тепло от радиоактивного распада могло привести в движение конвективные потоки в глубинах мантии. Следовательно, конвективное движение и служит, возможно, тем механизмом, посредством которого затвердевшая кора “оттягивается” от срединно-океанических хребтов, чем и объясняется разрастание океанического дна.

Данные, подтверждающие тектонику литосферных плит.Остается проблема: как объяснить исчезновение океанической коры древнее 150 млн. лет, а также множество вопросов о том, как именно движется в настоящее время материал океанической коры. За два десятилетия — с 1955 по 1975 г. — произошел подлинный взрыв сейсмических и магнитных исследований океанической коры вместе с крупномасштабными работами по глубоководному бурению, позволившими получить керны осадков из всех океанов. Полученные данные свидетельствуют о том, что земная кора — как континентальный сиаль, так и океаническая сима — состоит из нескольких крупных масс, называемых плитами (число их, возможно, равно 14), что эти плиты движутся относительно пластичной мантии, подстилающей литосферу Земли, и что границы, где разные плиты соприкасаются друг с другом, представляют собой в то же время зоны сильной сейсмической активности.

1. По накопленным к 1960 г. данным об очагах землетрясений были установлены особенности поля напряжений в земной коре, но только глубоко внутри коры. Эти данные рассматривались как доказательство того, что всюду, где разрастающаяся океаническая кора сталкивается с участком коры, несущим континент, океаническая кора с усилием под- двигается под континент (см. рис. на с. 358). Этот процесс называется субдукцией, и он помог объяснить исчезновение древней океанической коры. Испытавшие субдукцию участки коры снова плавятся, попадая в конце концов опять в горячее пластичное вещество мантии.

2.Если процесс субдукции со всеми его модификациями типичен для столкновения океанической и континентальной плит, то столкновение двух континентальных плит должно вызывать обширное воздымание и надвигание масс в горизонтальном направлении, так как ни одна из плит не может испытывать поддвиг. Гималаи как раз и представляют собой такой надвиг, возникший в результате столкновения Индийского и Азиатского континентов.

3. Цепочки вулканов, такие как Гавайские острова, свидетельствуют о том, что океаническая кора непрерывно движется над находящейся еще глубже в мантии “горячей точкой”. Если активность горячей точки проявляется эпизодически, то в результате отдельных прорывов магмы через вышележащую литосферную плиту должны возникать отдельные вулканические острова.

4. Все данные, которые подтверждают промежуточные теории дрейфа континентов и разрастания океанического дна, служат также составными частями фундамента теории тектоники плит.

Дрейф континентов

 

“Совпадение" очертаний континентов.На рис. 21.1, а воспроизведена карта из вышедшего в 1929 г. английского перевода книги А. Вегенера “Происхождение континентов и океанов” [21].

Все современные материки когда-то были объединены в один суперконтинент Пангею. Карта Вегенера была составлена для периода около 280 млн. лет назад, проведенные на ней жирными линиями границы не совпадают в точности с очертаниями современных континентов. Однако, за несколькими исключениями, реконструкция Вегенера до сих пор не утратила значения. Например, он показал Индию уже в соединении с более крупным Азиатским континентом. Современные тектонисты считают, что Индия в то время представляла собой часть южной подгруппы континентов, называемой Гондваной, которая состояла из Южной Америки, Африки, Индии, Австралии и Антарктиды, а Азию от Гондваны отделял обширный океан Тетис.

К раннечетвертичному времени, 2—3 млн. лет назад, континенты расположились в основном там, где они находятся сейчас (рис. 21.1,б). Антарктида уже “оседлала” Южный полюс, а Северная Атлантика — хотя не такая широкая, как теперь, и, возможно, не такая глубокая — уже обладала всеми своими главными особенностями.

Палеоклимат, уровень моря и океанические течения во время дрейфа континентов.Интересно, что в одной из своих ранних работ Вегенер исследовал древний климат и возможную связь климатических изменений с дрейфом континентов. Кёппен и Вегенер [11] собрали данные о расположении материковых ледников в течение каменноугольного периода и установили, что ледники были сосредоточены в Гондване вблизи того места, где теперь находится южная оконечность Африки. Этот центр оледенения рассматривался ими как место, где в то время мог располагаться Южный полюс; внутренняя окружность, изображенная на рис. 21.1, в справа, отстояла от этого полюса на 30°. Большинство следов оледенения той эпохи (обозначенных буквой Е) попадает в пределы этой области, точно так же как современное оледенение сосредоточено либо вокруг Южного, либо вокруг Северного полюса. Вегенер объединил эти данные со сведениями о современном размещении угольных пластов в Северном полушарии — в Аппалачах, на Ньюфаундленде, в Ирландии, Шотландии, Польше и Средней Азии — и сделал вывод о возможном расположении экватора в течение каменноугольного периода (периода образования углей). Положение этого экватора показано на рис. 21.1,в самой жирной линией, соединяющей выходы угольных пластов, обозначенные буквой К. Исходя из положения экватора и Южного полюса было установлено, где в то время находился Северный полюс: на рис. 21.1,в — в северной части Тихого океана.

Если принять, что только что приведенный сценарий верен, то сильное оледенение вокруг Южного полюса (поскольку весь его тридцатиградусный круг находился на суше) должно было связывать большое количество воды в виде льда. Прямым следствием этого было бы понижение уровня моря.

Однако геологические данные свидетельствуют о том, что ледовый щит вокруг Южного полюса в то (каменноугольное. — Ред.) время был сравнительно тонким — гораздо тоньше, чем очень мощный слой льда (3 км), наблюдаемый сейчас в Антарктиде, когда географический полюс окружен сушей. В это же время происходила обширная трансгрессия мелководных морей на сушу, как показано на рис. 21.1,в (покрытые крапом площади). Максимальная трансгрессия имела место около 75 млн. лет назад, когда было затоплено примерно 40% всей суши [20]. Она к тому же была продолжительной. Раньше, в течение каменноугольного периода (около 280 млн. лет назад), мелководный океан Тетис протягивался от восточного побережья Азии до западных берегов обеих Америк.

Нельзя ли предположить, что чрезвычайно “низкий” уровень моря 75 млн. лет назад был прямым следствием существования в то время ледового щита? В самое последнее время мы определенно установили прямую связь между таянием полярных ледяных шапок и повышением уровня моря (рис. 4.12). И прежде чем наступило последнее оледенение, в течение последних 10—15 млн. лет происходил ряд наступаний (оледенений) и отступаний льда (межледниковых эпох), но они не сопровождались обширными трансгрессиями, подобными трансгрессии океана Тетис. Даже сейчас, когда ледяная шапка имеет очень большую мощность и, следовательно, уровень моря должен быть низким, при таянии всего льда Гренландии и Антарктиды уровень моря, вероятно, поднялся бы всего метров на 60. Этого недостаточно, чтобы повторить затопление огромной площади суши, которую занимал океан Тетис (рис. 21.1,а). Короче говоря, геофизикам надо было найти другое объяснение феномену океана Тетис. Это объяснение было найдено, и оно подробно рассматривается в следующем разделе как одно из свидетельств, подтверждающих теорию разрастания морского дна.

То, что в каменноугольный период на Земле существовали маломощные шапки полярных льдов и происходило затопление больших территорий суши, не объясняет мягкость климата. Сами эти явления были результатом мягкого и однородного на всей Земле климата. Теперь мы считаем, что однородный умеренный климат в ту эпоху могла создать система океанических течений. На рис. 21.2 показан один из вариантов интерпретации того, как единый континент Пангея мог влиять на циркуляцию океанских вод и, следовательно, на распределение тепла от экваториальных областей до высоких широт.

В целом схемы циркуляции просты, и предполагаемый перенос тепла происходил гораздо проще, чем при нынешней сложной системе циркуляции океанских вод. Главные течения несли теплые воды прямо в оба полярных региона. Еще важнее то, что поверхностные воды охлаждались у полюсов гораздо меньшее время, чем нагревались у экватора, откуда мы можем сделать вывод, что поверхность океана в течение каменноугольного периода была намного теплее. Кроме того, незначительное охлаждение в полярных широтах, вероятно, не могло вызвать такое же опускание крупных масс поверхностных вод (так как именно охлаждение увеличивает плотность воды), какое происходит в современных океанах. Следовательно, даже более глубокие слои воды в древних океанах по нынешним меркам могли быть теплее.

Остаточная намагниченность пород: дрейф полюсов или дрейф континентов?Прежде всего вспомним, что положение полюсов и экватора в приведенном выше описании были определены на основе данных о древнем климате. Есть еще один способ узнать, где раньше находились полюсы, — изучить ключевые данные, “запечатленные” в породах при их формировании. Когда расплавленная лава изливается на земную поверхность и начинает застывать, часть молекул окислов железа “выстраивается” вдоль силовых линий магнитного поля Земли, поскольку сами молекулы окислов железа обладают “магнитной полярностью” наподобие мельчайших компасов. После затвердевания порода сохраняет “память” о том, где во время ее образования находились магнитные полюсы, — о направлении вектора остаточной намагниченности.

На рис. 21.3 показано, что силовые линии геомагнитного поля вблизи полюсов почти вертикальны, а у магнитного экватора почти горизонтальны.

Следовательно, магнитное наклонение вектора остаточной намагниченности, т. е. угол, образуемый им с горизонтальной плоскостью, дает как на,- правление на магнитный полюс, существовавший во время затвердевания породы, так и широту того места, где извергалась лава. Если теперь предположить, что магнитный и географический полюсы совпадают или по крайней мере располагаются поблизости друг от друга, то магнитную “широту” можно также интерпретировать как географическую широту, на которой произошло излияние лавы.

Геофизики стали широко применять данные об остаточной намагниченности пород, но только после того, как появилась возможность сочетать их с методом “датировки", при помощи которого удается определять возраст породы, т. е. то, как давно она затвердела. Тщательно отбирая образцы пород различного возраста, но из одного и того же места, например из одного вулкана, они установили, что векторы остаточной намагниченности для пород разного возраста часто бывают разного направления, что указывает на последовательно изменяющееся положение магнитных полюсов. В результате этого открытия в дальнейшем появился термин “блуждание полюсов”. Если предполагать, что сам континент не движется, то единственным правдоподобным объяснением изменяющегося положения магнитного полюса относительно данного континента будет смешение полюса. Сначала это и было рабочей гипотезой, так как невозможно было точно объяснить первоначальное положение магнитного полюса, а факт его последующего смещения уже нельзя было отрицать. Пример блуждания полюса приведен на рис. 21.4, а.

Однако на этом рисунке показано также, что извилистая траектория миграции Северного магнитного полюса, определенная по породам Южной Америки, сильно отличается от траектории, полученной по породам Африки. Время, соответствующее последовательным периодам перемещения полюсов, указано в миллионах лет назад. Заметим, что по форме эти две траектории почти одинаковы в интервале времени от 400 до 250—300 млн. лет назад [18], но становятся различными в более поздние геологические эпохи. В итоге, как показано на рис. 21.4,б, если эти два континента сдвинуть и чуть-чуть повернуть, то пути миграции полюсов для промежутка времени от 400 до 250 млн. лет назад с большой точностью совпадут. Этот ошеломляющий результат впервые был получен в 1950-е годы. Он по существу подтвердил гипотезу Вегенера о том, что примерно 200 млн. лет назад континенты стали отдаляться друг от друга. Подобные исследования были проведены и для других групп континентов — результаты оказались сходными.

Сходство ассоциаций ископаемых организмов: сухопутные мосты или дрейф континентов?Осадочные породы, включающие пласты угля, содержат ископаемые остатки организмов, живших в то время, когда формировались породы или когда отлагалось органическое вещество, которое в конце концов превратилось в уголь. Теперь палеонтологи могут расположить породы в хронологическом порядке на основании содержащихся в них окаменелостей — от настоящего времени примерно до 570 млн. лет назад, когда появились беспозвоночные животные, которые строили раковины, способные на долгое время оставить следы в уплотненном осадке. Поскольку палеонтологическая летопись складывалась из образцов, собранных по всему миру, стало очевидно, что вполне определенные сочетания окаменелостей могут быть связаны только с совершенно определенным моментом геологического времени, т. е. они отражают эволюцию самих видов, и что породы с одинаковыми ассоциациями окаменелостей должны иметь один и тот же возраст независимо от того, на каком континенте развиты эти породы. Данный способ определения возраста имеет важнейшее значение как для геологов, так и для биологов.

К началу 1900-х годов стало ясно, что такие идентичные ассоциации ископаемых организмов встречаются на различных “парах” континентов: в Южной Америке — Африке, в Индии — Австралии и в паре Африка — Австралия и Антарктида. При отсутствии других гипотез о том, каким образом сходные сообщества живых организмов могли одновременно существовать на континентах, разделенных тысячами километров, биологи и зоологи выдвинули идею о “сухопутных мостах”. Предполагалось, что каждую пару континентов, на которых были развиты похожие сообщества организмов, в какой-то период времени в прошлом связывали участки суши, но впоследствии эти “мосты” погрузились в море. Если потом отдельные ветви первоначального сообщества стали резко различаться, это считалось просто свидетельством эволюции или естественного отбора видов в ходе развития существовавшего раньше сообщества.

Гипотеза Вегенера поразила “в самое сердце” гипотезу о сухопутных мостах, предложив более логичное объяснение тех же самых биологических данных. Иначе говоря, большая часть аргументов в поддержку сухопутных мостов, связывающих континенты, с тем же успехом подходила и для дрейфа континентов: Или еще другими словами: те границы, которые разделили первичный массив Пангеи, не были биогеографическими границами. Например, районы пустынь не отделились от тропических джунглей; вместо этого пустыни раскололись на две части, джунгли и горные хребты тоже разделились. Как ни странно, Вегенер не получил существенной поддержки от биологов, хотя ко времени выхода его работы (1929 г.) геофизические возражения против концепции сухопутных мостов, основанные на различных плотностях сиаля и симы, были уже хорошо известны.

Определение абсолютного возраста по радиоактивности: теория дрейфа подтверждается.Большинство пород во время своего формирования содержит следы радиоактивных элементов, таких как уран, торий, рубидий или калий. С тех пор как в 1896 г. Анри Беккерель открыл явление радиоактивности, было детально изучено, как происходят процессы радиоактивного распада этих элементов и превращения их в другие элементы. Для каждого элемента, образующегося в процессе распада, характерен свой период полураспада (рис. 19.23). Распад урана-235, превращающегося в свинец-207 с периодом полураспада 700 тыс. лет, — один из таких процессов, широко используемых геофизиками для определения возраста породы (находим отношение атомов этой пары и умножаем его на 700 000). Точно так же можно использовать многие другие пары элементов, например распад калия-40 до аргона-40 с периодом полураспада 11 850 лет. Возраст породы, определяемый этим способом, называется радиоизотопным или абсолютным.

Один из классических примеров того, как радиоизотопные возрасты пород подтверждают теорию дрейфа континентов, — открытие, что возрастная граница в породах Западной Африки продолжается в Южную Америку (рис. 21.5).

Эту границу впервые закартировали в Африке между породами с возрастом 2 млрд, лет (Эбурнейская провинция) и с возрастом всего 550 млн. лет в Панафриканской орогенической провинции. Позднее геологи, составлявшие карту Атлантического побережья Бразилии, обнаружили формации пород тех же возрастов и типов, что и в Западной Африке. И еще важнее то, что граница между этими формациями, как оказалось, точно совпадает по направлению с продолжением африканской границы, если эти два континента сблизить, как показано на рис. 21.5, т. е. если вернуть их в то положение относительно друг друга, какое они, вероятно, занимали в древней Пангее.

Таким образом, к середине 1960-х годов наука накопила огромное множество доказательств того, что современные континенты действительно образовались в результате раскола более крупного и более древнего массива. Однако широкое признание теории дрейфа континентов в наше время стало возможным только благодаря развитию новой глобальной геологической теории в течение одного десятилетия: с 1955 по 1965 г. Параллельно с конкретным изучением географии дрейфа развивалась новая теория — разрастания морского дна. Она дала первое правдоподобное объяснение того, почему континенты должны были разделиться в течение геологической эпохи, начавшейся 200 млн. лет назад и продолжавшейся до настоящего времени. Но еще важнее, что новая теория позволила определить скорости, с которыми происходил дрейф континентов, и доказала, что континенты движутся и сегодня.





Дата добавления: 2020-03-22; просмотров: 185;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.015 сек.