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

Сколько времени занимает образование гор? В случае с Гималаями магнитограмма океанического дна позволяет пролить свет на историю их происхождения. Итак, в конце мелового периода Индия отделилась от древнего южного континента Гондвана [29] Гипотеза о существовании суперконтинента Гондвана, включавшего Индию, Африку, Южную Америку, Австралию и Антарктиду, была впервые выдвинута в 1880-е гг. австрийским геологом Эдуардом Зюссом (который также придумал название) на основе сходства ископаемых остатков, породных толщ и древних горных хребтов. Позже это название было использовано немецким метеорологом Альфредом Вегенером в опубликованной в 1915 г. научной работе «Происхождение континентов и океанов», в которой были приведены убедительные доказательства дрейфа континентов за полвека до открытия спрединга океанического дна и развития теории тектоники плит. и, под действием спрединга и субдукции океанической коры, начала энергично двигаться в сторону Азии. Преодолев в общей сложности около 2500 км за 30 млн лет — с довольно-таки впечатляющей для такого марафона средней скоростью более 8 см в год, примерно 55 млн лет назад Индия достигла Азии. С тех пор вклинивание северной окраины индийской континентальной плиты под азиатскую привело к вертикальному утолщению обеих континентальных плит посредством разрывных и складчатых деформаций, в результате чего и появилась Гималайская горная система. Поскольку сегодня схождение плит продолжается, от точки первоначального контакта на север и на юг распространяется волна деформации, постепенно расширяя пояс вздыбленной и смятой коры.

До появления в 1960-е гг. теории тектоники плит происхождение горных систем не имело вполне логичного объяснения. Многие геологи признавали, что для образования складчатых поднятий, типичных для горных регионов, требуется горизонтальное сжатие, однако в свете доминировавшей тогда теории фиксизма, отрицавшей перемещение континентов, было непонятно, какая движущая сила может стоять за этим процессом. Еще в XIX в. австрийский геолог Эдуард Зюсс (дед того самого Ганса Зюсса, который доказал, что наблюдаемое снижение концентрации углерода-14 в атмосфере вызвано эмиссией «древнего» углерода от сжигания ископаемого топлива) пришел к выводу, что многие горные породы в Альпах образовались на дне моря и затем каким-то образом были подняты на поверхность. В соответствии с представлениями лорда Кельвина о тепловой эволюции Земли он предположил, что по мере своего остывания наша планета сжимается, и на ее поверхности образуются морщины, подобно тому как гладкая виноградина, высыхая, превращается в морщинистый изюм.

Выдающийся искусствовед, интеллектуал-эрудит и любитель гор Джон Рёскин, современник Зюсса, также высказывал интуитивную догадку, что горы есть не статичные вечные монументы, но живые летописи динамичных событий. В отличие от Зюсса, у Рёскина морфология Альп ассоциировалась не с высохшим фруктом, а с текучей субстанцией: «Можно увидеть действие и единое движение в этих вздымающихся гребнями массах, напоминающих морские волны. Их фантастические, но вместе с тем гармоничные изгибы словно подчиняются движению некоего великого прилива, проходящего через весь массив горной цепи» [30] Ruskin, J., 1860. Modern Painters , vol. 4: Of Mountain Beauty , p. 196–197. Доступно на сайте Проекта Гутенберга: http://www.gutenberg.org/.les/31623/31623-h/31623-h.htm . . Он также пришел к выводу, что эти «гармоничные» формы являются результатом действия противоположных сил — «подъемной силы изнутри гор» и «формирующей силы воды снаружи ». Но возникает вопрос: насколько могущественны эти противостоящие друг другу силы?

Самые высокие вершины Гималаев, поднимающиеся на 9000 м над уровнем моря, расположены в том месте, где некогда находилось побережье. Таким образом, кажется логичным предположить, что скорость роста гор можно рассчитать, разделив их высоту на возраст в 55 млн лет, что дает нам совершенно не впечатляющие 0,015 см в год. Однако эта цифра — грубая недооценка фактической скорости поднятия, поскольку, как только тектонические силы начинают строительство гор, высокоэффективная команда эрозионных агентов тут же принимается их разрушать. Следовательно, чтобы получить адекватное представление о горообразовании, нам нужно найти способ измерить скорость этих двух противоположных процессов по отдельности.

Сегодня, благодаря спутникам высокоточной системы глобального позиционирования (GPS), геологи могут отслеживать поднятие земной поверхности практически в режиме реального времени. По данным GPS, в самой высокой части Гималаев, на Тибетском нагорье, средняя скорость поднятия на протяжении последнего десятилетия составляла около 2 мм в год. Это почти на порядок медленнее, чем скорость конвергенции (сближения) тектонических плит, составляющая около 2 см в год [31] Liang, S., et al., 2013. Three-dimensional velocity field of present-day crustal motion of the Tibetan Plateau derived from GPS measurements. Journal of Geophysical Research: Solid Earth , 118, 5722–5732. doi:10.1002/2013JB010503 , и отражает довольно типичное соотношение вертикальной и горизонтальной деформации в коре. Однако инструментально измеренная скорость роста гор в 100 с лишним раз превышает вышеприведенную долгосрочную оценку (0,015 см в год), не учитывающую эффект эрозии. Как узнать, можно ли экстраполировать современную оценку, полученную на основе спутниковых измерений, на более длительные периоды геологического времени? В горах постоянно протекает процесс так называемой эксгумации : по мере поднятия «крыши мира» верхние этажи горного здания постоянно разрушаются, а нижние этажи, некогда находившиеся на подземных уровнях, постепенно поднимаются на поверхность, пока не становятся новым пентхаусом. Чтобы рассчитать долгосрочную скорость поднятия, нам нужно знать, сколько этажей было разрушено за все время и как быстро.