Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции
Шрифт:
Теория "дрейфа континентов", как она раньше называлась, была впервые выдвинута немецким климатологом Альфредом Вегенером (1880-1930). Вегенер не был первым, кто, глядя на карту мира, заметил, что форма континента или острова часто соответствует береговой линии, находящейся напротив, как будто эти два массива суши были частями пазла, даже когда расположенная напротив береговая линия далеко. Я не говорю о небольших частных примерах, таких как аккуратная увязка острова Уайт с Гэмпширским побережьем, почти как будто бы Солента не было вовсе. Вегенер и его предшественники заметили, что нечто подобное, казалось, было справедливо в отношении целых противолежащих сторон гигантских континентов Африки и Америки. Бразильское побережье выглядит точно скроенным под выпуклость Западной Африки, в то время как северная часть африканского выступа хорошо соответствует североамериканскому побережью от Флориды до Канады. Мало того, что формы приблизительно подходят: Вегенер также указал на совпадение геологических формаций повсюду в восточной части Южной Америки и в соответствующей части западной стороны Африки. Немного менее очевидно, западное побережье Мадагаскара формирует довольно хорошее соответствие с восточным побережьем Африки (не участку южноафриканского побережья, который лежит напротив него сейчас, а побережью Танзании и Кении дальше на север), в то время как длинная, прямая линия восточной стороны Мадагаскара сопоставима с прямой кромкой западной Индии. Вегенер также указал, что древние ископаемые, найденные в Африке и Южной Америке, более схожи, чем можно было бы ожидать, если бы карта мира всегда была такой как сегодня. Как это могло быть, учитывая ширину южной части Атлантического океана? Были ли эти два континента когда-то намного ближе, или даже соединялись? Идея была волнующей, но опережающей свое время. Вегенер также заметил соответствие между ископаемыми Мадагаскара и Индии. И есть в равной степени красноречивые сходства между ископаемыми севера Северной Америки и Европы.
Такие наблюдения заставили Вегенера предложить свою смелую еретическую гипотезу дрейфа континентов. Он предположил, что все большие континенты мира были когда-то соединены в гигантском суперконтиненте, который он назвал Пангея. Учитывая огромный промежуток геологического времени, он предположил, что Пангея постепенно раскололась, сформировав континенты, известные сегодня, которые затем медленно дрейфовали в их нынешние положения и продолжают дрейфовать до сих пор.
Можно почти слышать скептических современников Вегенера, задающихся вопросом, используя сегодняшнюю уличную лексику, чем он обкурился. И все же мы теперь знаем, что он был прав. Или почти прав. Каким бы дальновидным и наделенным воображением не был Вегенер, я должен пояснить, что его гипотеза дрейфа континентов значительно отличалась от нашей современной теории тектоники плит. Вегенер думал, что континенты бороздили океаны как гигантские суда, не совсем плавая в воде, как полый остров Попсипетл доктора Дулитла, а плавая на полужидкой мантии планеты. Достаточно резонно другие ученые воздвигли крепость скептицизма. Какие колоссальные силы могли бы сдвинуть объект размером с Южную Америку или Африку на тысячи миль? Я объясню, чем современная теория тектоники плит отличается от теории Вегенера, прежде чем дойду до свидетельств в ее поддержку.
Карикатура о теории «дрейфа континентов» Вегенера
В теории тектоники плит поверхность всей Земли, включая дно различных океанов, состоит из ряда перекрывающихся скальных плит, как доспехи. Континенты, которые мы видим, являются утолщениями этих плит, поднимающимися над уровнем моря. Большая часть площади каждой плиты находится ниже уровня моря. В отличие от континентов Вегенера, плиты не плывут через море и не бороздят поверхность Земли, они и есть поверхность Земли. Не думайте, как Вегенер, о самих континентах как о пазлах, собирающихся вместе или растягиваемых в стороны друг от друга; это не так. Вместо этого подумайте о плитах как о непрерывно изготавливаемых на растущем краю в замечательном процессе, названном спредингом [расширением океанического дна], который я объясню через мгновение. На других краях плита может подвергаться "субдукции" [нырянию] под соседнюю плиту. Или соседние плиты могут скользить друг вдоль друга. Рисунок на цветной странице 17 показывает часть разлома Сан-Андреас в Калифорнии, который является местом, где края Тихоокеанской и Североамериканской плиты сдвигаются друг вдоль друга. Сочетание спрединга океанического дна и субдукции означает, что между плитами нет зазоров. Вся поверхность планеты покрыта плитами, каждая как правило исчезает за счет субдукции под соседней плитой с одной стороны, или скользит мимо другой плиты и в то же время вырастает из океанического дна в зоне спрединга в другом месте.
Вдохновляет мысль об огромной рифтовой долине, которая должна была когда-то змеиться на юг по континенту Гондвана между будущей Африкой и будущей Южной Америкой. Без сомнения, она была сначала усеяна озерами, как нынешняя рифтовая долина в Восточной Африке. Позже она заполнилось морской водой, по мере того как Южная Америка отодвигалась, отрываемая в тектонической агонии. Представьте себе вид, который открылся какому-нибудь отважному динозаврийскому Кортесу, когда он пристально глядел через длинные, узкие проливы на медленно отступающую "Западную Гондвану". Вегенер был прав, что пазловая взаимодополняемость их форм не случайна. Но он был неправ, представляя себе континенты как гигантские плоты, бороздящие просторы океанов между ними. Южная Америка и Африка, и их континентальные шельфы, являются всего лишь утолщенными областями двух плит, большая часть скалистой поверхности которых находится под водой. Плиты составляют твердую литосферу - буквально, " сферу камня" - которая плавает над горячей, полурасплавленной астеносферой - "сферой слабости". Астеносфера слаба в том смысле, что она не является твердой и хрупкой, как скальные плиты литосферы, а ведет себя отчасти подобно жидкости: растекаясь, как замазка или ириска, хотя и не обязательно жидкая. Немного сбивает с толку, что это различие между двумя концентрическими сферами не вполне соответствует более знакомому различию (основанному на химическом составе, а не физической прочности) между "корой" и "мантией".
Большинство плит состоит из двух различных видов литосферных пород. Глубокое океаническое дно покрыто довольно однородным слоем очень плотной магматической породы, приблизительно 10 километров толщиной. Над этим вулканическим слоем лежит наносной слой осадочных пород и грязи. Континент, повторю, является областью плиты, видимой над уровнем моря, возвышающейся до этой высоты, там где плита утолщена дополнительными слоями менее плотной породы. Подводные части плит непрерывно создаются на их краях - восточный край в случае южноамериканской плиты, западный - в случае африканской. Эти два края включают в себя Срединно-Атлантический хребет, который змеится посредине Атлантики от Исландии (действительно являющейся единственной существенной частью горного хребта, достигающей поверхности) до мест далеко на юге.
Подобные подводные горные хребты выкатывают другие плиты в других частях мира (см. цветные страницы 18-19). Эти подводные горные хребты работают как вытянутые родники (в медленном геологическом масштабе времени), изливающие расплавленную породу в процессе, как я уже упомянул, названном спредингом океанического дна. Горный хребет расширяющегося океанского дна в центральной Атлантике, похоже, толкает африканскую плиту в восточном направлении, а южноамериканскую плиту на запад. Был предложен образ пары шведских бюро, разворачивающихся в противоположных направлениях, и он передает идею, если помнить, что все это происходит в масштабе времени слишком медленном, чтобы люди могли его видеть. Действительно, скорость, с которой растаскиваются Южная Америка и Африка, была памятно уподоблена - настолько памятно, что это стало почти клише -скорости, с которой растут ногти. Факт, что они теперь на расстоянии тысячи миль друг от друга, является дополнительным свидетельством огромного и небиблейского возраста Земли, сопоставимым со свидетельством от радиоактивности, которое мы встретили в Главе 4.
Я только что использовал фразу, "похоже, толкает" и должен поспешить отступиться. Заманчиво представить себе эти поднимающиеся из глубин "шведские бюро" как подталкиваемые сзади своими соответствующими континентальными плитами. Это нереально; не тот масштаб. Тектонические плиты слишком массивны, чтобы быть подталкиваемыми сзади поднимающимися из глубин вулканическими силами вдоль серединно-океанического хребта. Плавающий головастик мог бы с тем же успехом попытаться подвинуть супертанкер. Но теперь, ключевой момент. В астеносфере, с ее качествами квазижидкости, есть потоки конвекции, которые простираются всюду по всей ее поверхности, под всей площадью плит. В любой зоне астеносфера медленно перемещается в соответствующем направлении, а затем по кругу в противоположном направлении вниз, в свои более глубокие слои. Верхний слой астеносферы под южноамериканской плитой, например, непреклонно перемещается на запад. И в то время как немыслимо, чтобы у поднимающегося из глубин "шведского бюро" могла быть сила, чтобы толкать целую южноамериканскую плиту перед собой, отнюдь не столь немыслимо, чтобы поток конвекции медленно и неуклонно перемещаясь в соответствующем направлении под всей нижней поверхностью плиты, мог нести с собой свой "плавучий" груз континентов. Мы теперь не говорим о головастиках. Супертанкер в течении Гумбольдта с выключенными двигателями действительно будет плыть по течению.
Такова, вкратце, современная теория тектоники плит. Я должен теперь обратиться к свидетельству того, что она верна. Фактически, как обычно бывает с установленными научными фактами, есть много различных видов свидетельств, но я собираюсь говорить только о наиболее удивительно изящной их разновидности. Это -свидетельства от возраста пород, и в частности от магнитных полос в них. Они почти слишком хороши, чтобы быть правдой, прекрасная иллюстрация моего "детектива, появляющегося позже на месте преступления", и неумолимо приводящие лишь к одному заключению. У нас даже есть нечто выглядящее в точности как отпечатки пальцев: гигантские магнитные отпечатки пальцев в породах.
Мы будем сопровождать своего метафорического детектива в путешествии через Южную Атлантику в построенной на заказ субмарине, способной противостоять ошеломительному давлению морских глубин. Субмарина оборудована, чтобы бурить скалы для взятия образцов через поверхностные отложения морского дна, в глубины, непосредственно к вулканическим породам литосферы, и на ней также есть бортовая лаборатория для того, чтобы радиометрически датировать горные образцы (см. Главу 4). Детектив устанавливает курс прямо на восток от бразильского порта Масейо на 10 градусе широты к югу от экватора. Пропутешествовав на 50 километров или около того через мелкие воды континентального шельфа (который для данной задачи считаем частью Южной Америки), мы задраиваем люки высокого давления и погружаемся (какое сдержанное высказывание!), погружаемся вниз, в глубины, где обычно единственный видимый свет является случайной искрой зеленоватой люминесценции гротескных существ, населяющих этот чуждый мир.
Когда мы достигаем дна почти на 20 000 футов (3 000 полных морских саженей), мы бурим до вулканической литосферы и берем пробу скальной породы. Бортовая радиационная лаборатория датирования приступает к работе и докладывает возраст нижнего Мелового периода, приблизительно 140 миллионов лет. Субмарина упорно продолжает двигаться в восточном направлении вдоль десятой параллели, беря образцы пород через короткие интервалы. Возраст каждого образца тщательно измеряется, и детектив детально изучает датировки, ища систему. Он не должен далеко искать. Даже доктор Ватсон не мог бы пропустить это. По мере нашего путешествия на восток вдоль великих равнин морского дна, породы явно становятся моложе и моложе, постоянно моложе. Приблизительно на 730 километре нашего путешествия образцы пород принадлежат к позднему Меловому периоду, приблизительно 65 миллионов лет, который имел место, когда вымерли последние из динозавров. Тенденция ко все младшим и младшим породам продолжается, когда мы приближаемся к середине Атлантики, и прожекторы субмарины начинают выхватывать предгорья гигантской подводной горной цепи. Это - Срединно-Атлантический хребет (см. цветные страницы 18-19), на который наша субмарина должна теперь начать взбираться. Мы ползем вверх и вверх, все еще беря образцы пород, и все еще замечая, что породы становятся моложе и моложе. К тому времени, когда мы достигаем пиков горного хребта, породы столь молоды, они вполне могли излиться только что как свежая лава из вулканов. Действительно, в значительной степени так и происходило. Остров Вознесения - часть Срединно-Атлантического хребта, который высунулся над уровнем моря в результате недавнего ряда извержений - скажем так, недавнего: возможно 6 миллионов лет назад; это является недавним по меркам тех пород, которые мы брали на пробы вдоль нашего подводного пути.