Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед

Магдугалл Дж. Д.

ВЕЛИКИЙ РАСКОЛ: ОБРАЗОВАНИЕ АППАЛАЧСКИХ ГОР

Осадки, которые отлагались в западной части Северо-Американского континента, верно и более или менее непрерывно фиксируя подъемы и опускания уровня океана, накапливались вдоль так называемого пассивного края, то есть окраины континента, которая полностью лежит в пределах большой плиты, в стороне от области столкновения континентов, субдукции или вулканизма. Таково состояние восточного берега Северной Америки сегодня. Что касается западной части этого континента, то есть данные о том, что в конце палеозоя здесь происходили столкновения с небольшими фрагментами вулканической коры, представлявшими собой нечто вроде островных дуг, которые характеризуют западную часть современного Тихого Океана; в то же время нет признаков крупных столкновений между континентами. На противоположной стороне континента ситуация была резко отличной. В восточной части Северной Америки сохранилось много признаков вулканизма, столкновения

континентов и горообразования, происходивших в течение всего палеозоя — часть процесса, соединившего все существовавшие тогда континенты в один сверхконтинент Пангею.

Записью в каменной летописи об этом процессе является Аппалачский горный пояс. Эта геологическая провинция простирается от острова Ньюфаундленд на севере до штата Алабама на юге, и это только та часть пояса, которая теперь обнажена (рис. 4.3). Большая часть первоначального горного пояса в наше время погребена под покровом позднейших отложений. Как можно ожидать от такой грандиозной структуры, Аппалачские горы имеют довольно различное продольное строение, что

является результатом различий в деталях геологической истории их частей. Но если отвлечься от деталей, то укрупненные черты строения Аппалачей говорят о том, что этот горный пояс фиксирует в каменной летописи этап закрытия древнего океанического бассейна и склеивание, или слипание, трех крупных континентальных плит — Северной Америки, Европы и Африки — в единый материк. Хотя эти события происходили сотни миллионов лет назад, тщательное сопоставление сохранившихся пород Аппалачей с более молодыми горными цепями типа Альп, которые тоже сформировались в результате столкновения континентов, обнаруживает много сходных черт.

Сегодня Аппалачи представляют собой отнюдь не могучий горный хребет с зазубренными, покрытыми снегом вершинами, а скорее ряд приятных глазу сглаженных холмов и долин. В Аппалачскую геологическую провинцию входят прекрасный Голубой хребет штата Вирджиния, Большие Скалистые горы Северной Каролины и Зеленые горы штата Вермонт. Современный рельеф этого края имеет мало общего с первоначальными горами, которые были снесены эрозией уже к середине мезозойской эры. В южной части эта провинция по крайней мере на половину ширины эродированного хребта покрыта осадками береговой равнины. Современные горы образовались в результате довольно мягкого поднятия древних, смятых в складки пород в геологически совершенно недавнем прошлом, за которым последовала неоднородная эрозия различных типов пород и формирование типичного для древних хребтов рельефа из чередующихся долин и покатых гор.

Хотя Аппалачские горы имеют сложное геологическое строение, они весьма подробно изучались американскими и канадскими геологами на протяжении более чем столетия; их физические особенности хорошо известны. Все же теории их образования и эволюции, которые были выдвинуты до появления в 1960-е годы теории тектоники плит, оказались неубедительными. В частности, в этих первых сценариях отсутствовали механизмы, которые могли бы объяснить вулканизм, расколы и сильный метаморфизм, проявления которых обнаруживаются в современных породах этих гор. По мере осознания того, что и континенты, и океаны не являются неподвижными элементами строения Земли, стали выдвигаться более приемлемые гипотезы. В самом общем виде наиболее общепринятый взгляд на образование Аппалачских гор описывается ниже. Однако вы должны понимать, что в действительности это был процесс гораздо более сложный и что последовательность событий сильно изменялась в деталях от места к месту вдоль обширного протяжения образующейся Аппалачской горной цепи.

По мере подъема уровня моря в течение кембрия и в начале ордовика береговая линия восточной части Северной Америки постепенно перемещалась на запад. Вдоль восточного края этого континента откладывались мощные толщи морских осадков, особенно карбонатных пород типа известняка. В это время восточное побережье, как и западное, все еще оставалось пассивной окраиной. Но к середине ордовикского периода океан на востоке начал закрываться из-за субдукции морского дна (рис. 8.2.). Вскоре произошел первый из трех эпизодов горообразования, которые были выделены в истории Аппалачских гор, когда последний из участков морского дна поднырнул под наступавшую с востока плиту. Северо-Американский континент столкнулся с несколькими фрагментами коры, в результате чего большая платформа карбонатных осадков, накопившихся вдоль окраины, была смята и части ее были отодвинуты далеко на запад в сторону внутренней части континента.

Рис. 8.2. Упрощенная реконструкция некоторых важнейших эпизодов истории южной части Аппалачских гор. Буквы на разных блоках коры означают: А — Северная Америка, С — Гондвана, Р и А — различные островные дуги или микроконтиненты, которые сталкивались с Северной Америкой. Расшифрованные шовные зоны (S) отделяют эти блоки друг от друга. Составлено по рисунку 13.28 из книги: Р. X. Дотт, мл., и Д. Р. Протэро. «Эволюция Земли», изд. 5-е, изд-во «Мак-Гроо-Хилл», 1994. Печатается с разрешения.

На востоке на конвейерной ленте тектоники плит все еще оставался остаток океана, который продолжал закрываться по мере дальнейшей субдукции. В конце концов, вероятно, около 380-390 миллионов лет назад этот

процесс полностью поглотил океан, и то, что сейчас называется Скандинавией, вместе с частями нынешней Великобритании столкнулось с Северной Америкой. Этот второй эпизод Аппалачского горообразования проявился подобным образом и в Европе — типы пород, ископаемые остатки организмов и геологические структуры этого времени по обеим сторонам Атлантического океана очень схожи. Спустя приблизительно 70-80 миллионов лет еще один большой континент — Северо-восточная Африка (вероятно, вместе с Южной Америкой). — столкнулся с южной частью Северной Америки, что послужило началом последнего из трех главных периодов Аппалачского горообразования. Это столкновение, вероятно, послужило причиной образования гор Вуачита в Оклахоме и Арканзасе, являющихся по существу продолжением Аппалачских гор вокруг южного края Северной Америки. В очень упрощенном виде ряс. 8.2 показывает ряд кадров, иллюстрирующих последовательность этих столкновений. Имейте в виду, что этот схематический рисунок относится главным образом к событиям, протекавшим в южной части Аппалачских гор, и показывает столкновение с островной дугой (А), а не с Северной Европой на второй стадии Аппалачского горообразования.

Последний импульс Аппалачского горообразования спаял вместе гигантский южный континент, Гондвану, частью которого являлась Африка, и северную американско-европейскую массу суши, что явилось одним из последних шагов в сборке огромного, от полюса до полюса, мегаконтинента Пангеи (рис. 8.4). Как мы увидим далее, гораздо позднее этот гигантский континент снова раскололся, и на месте этого разлома возник современный Атлантический океан.

Процесс, сформировавший Аппалачские горы, является типичным примером образования и более молодых горных поясов, таких, например, как Альпы. И хотя детали этих процессов части остаются неопределенными, многие из гораздо более древних геологических провинций, как, например, провинция Гренвиль, рассмотренная в главе 4, являются, вероятно, результатом сходных процессов. По существу и провинция Гренвиль, и Аппалачская представляют собой параллельные и рядом лежащие пояса (рис. 4.3); обе они возникли в результате столкновений вдоль восточной окраины Северной Америки; обе присоединили новые части коры к окраине континента. Возрастное строение Северо-Американского континента с приблизительно концентрическими полосами все более молодой коры, окружающими древние континентальные ядра, привели многих геологов к точке зрения, согласно которой рост континентов происходит путем наращивания новой коры на окраинах.

Аппалачские горы не единственные, которые образовались в течение палеозоя. Уральские горы в центральной России также являются результатом столкновения двух континентов ближе к концу этой эры — еще один шаг в сборке гигантского массива суши, называемого Пангеей. Очевидно, что современный Урал не располагается больше параллельно континентальному краю в отличие от Аппалачского горного пояса. Этот шов еще крепок; Евразийский континент еще не распался снова. В течение палеозоя большая часть восточной Австралии была присоединена к остальной части этого континента в результате ряда горообразующих событий, которые также воздействовали и на Антарктиду. Здесь процесс представлял собой не столкновение двух крупных континентов, а скорее налипание островных дуг и окраинных осадочных толщ, что весьма напоминает первый из трех этапов образования Аппалачской горной цепи.

ЖИЗНЬ В ПАЛЕОЗОЕ

По мере того как в течение палеозоя процессы тектоники плит строили и перестраивали континенты на земной поверхности, достигнув своей кульминации в сборке Пангеи, продолжалась быстрая эволюция форм жизни — почти несомненно под сильным влиянием изменений взаимного расположения суши и моря. Повторяющиеся вымирания и радиация (распространение во все стороны) трилобитов имеют параллели в ископаемой летописи многих других групп организмов палеозоя.

Позвоночные — то есть животные, обладающие позвоночником, вроде нас — не встречаются среди окаменелостей в Берджесских сланцах или в их подобиях в других частях света. Тем не менее они эволюционировали довольно рано. Их первыми представителями в геологической летописи являются рыбы. Фрагментарные окаменелости, которые считаются частями рыб, найдены в осадках, относящихся приблизительно к концу кембрийского периода, а также из ордовика. Эти первые рыбы были хорошо защищенными существами: многие из их окаменелых остатков представляют собой внешние костные пластины. По-видимому, это были обитатели дна, питавшиеся путем фильтрации воды, а не хищники, подобно современным рыбам; у них не было хватательно-кусательных челюстей. К числу немногих потомков этих бесчелюстных рыб, доживших до наших дней, относится минога.

Хотя окаменелые остатки древнейших рыб найдены в океанических осадках, значительная часть остатков из силурийского периода и далее к нашему времени, начиная с 440 миллионов лет назад, происходит, скорее, из пресноводных, а не морских отложений. Признаемся, что до сих пор идут довольно жаркие споры о том, развились ли позвоночные первоначально в пресной воде или же в океанах. К сожалению, каменная летопись озер и рек еще менее полна, чем органические остатки из морских сред, и пока нет убедительных данных для решения этого вопроса.