Дрейф материков и климат Земли

Изучая историю Земли и ее климат, геологу каждый раз приходится решать сложные задачи, расшифровывая страницы каменной летописи, по крупицам собирать разрозненные факты. На первый взгляд кажется верным, что материки, на которых мы живем, достаточно стабильны, прочны и неподвижны. Однако вот уже несколько десятилетий все большее число фактов свидетельствует о том, что материки хотя и очень медленно, но перемещаются один относительно другого. Например, в далеком прошлом, в палеозойскую эру, около 300-400 млн. лет назад, Северная Америка, Западная, Восточная Европа и Сибирь находились в тропических широтах, а современные материки Южного полушария составляли единый крупный материк, названный Гондваной. Часть этого материка находилась в тропических широтах, но значительные территории располагались в высоких широтах, вокруг Южного полюса.

Людям, привыкшим считать, что окружающий мир незыблем и практически не меняется, в это трудно поверить. Но многие природные процессы протекают настолько медленно, что их просто невозможно уловить. Медленно разрушаются горы, поднимаются возвышенности, образуются глубокие ущелья, появляются и исчезают реки, моря наступают на континенты.

А как нам быть с дрейфом материков? Движутся ли они или неподвижно стоят на своих местах? Да и почему возникло такое - дрейф материков и климат Земли? Есть ли что-нибудь у них общее? На протяжении долгого времени в науке безраздельно господствовала гипотеза о неизменном положении континентов и океанов. Считалось, что материки, возникшие сотни миллионов и миллиарды лет назад, никогда не меняли своего положения. Да и климат Земли если и менялся, то не так сильно.

Идея о движении материков приобрела широкую известность и популярность благодаря исследованиям немецкого геофизика и метеоролога, крупного полярного исследователя А. Вегенера. В начале XX в. А. Вегенер обосновал идею, согласно которой 250 млн. лет назад все современные материки были сгруппированы в один гигантский сверхматерик. Его он назвал Пангеей, т. е. всеобщая Земля. До Пангеи существовали два крупных материка. В Северном полушарии располагалась Лавразия, которая состояла из Евразии, но без Индостана и Северной Америки. В Южном полушарии располагался другой материк, названный Гондваной. Его составляли Южная Америка, Африка, Австралия, Антарктида и Индостан. Между Лавразией и Гондваной находился океан.

Такая реконструкция основывалась не только на наблюдаемом внешнем сходстве материков, но главным образом на сходстве органического мира и палеоклиматических данных. Обнаруженные на разных материках многие наземные позвоночные, пресноводные рыбы и земноводные, не говоря уже о растительности, не моглиперемещаться на значительные расстояния и тем более преодолевать океаны. Фауна и флора по обе стороны океана оказались практически одинаковыми, но с течением времени различие увеличивалось. Трудно объяснить их расселение, если не предположить, что когда-то материки были сближены.

Особенно убедительные данные о существовании Пангеи, Лавразии и Гондваны были получены А. Вегенером и его сторонниками после обобщения палеоклиматических данных. Многочисленные признаки или индикаторы холодного, полярного климата в виде тиллитов - сохранившихся форм ледникового рельефа имеются в Южной Америке, в южной части Африки, Индии, Австралии и Антарктиде. Трудно себе представить, каким образом могло возникнуть обширное покровное оледенение. Ведь абсолютное большинство материков ныне находится в экваториальных и тропических широтах.

Климатическая широтная поясность, столь характерная для современной эпохи вследствие шарообразности Земли, должна была существовать и в далеком прошлом. Но если представить, что материки во второй половине каменноугольного периода располагались бы так, как и ныне, то ни о какой широтной зональности говорить не приходится. Климатические зоны и области на каждом отдельно взятом материке никак не объединяются в пояса и располагаются мозаично. Имеются и парадоксальные случаи. Холодные климатические пояса, выделенные на картах современного положения материков, соседствуют с тропическими, а умеренные - с экваториальными. Но ведь такого в природе не должно быть.

Сторонники неизменного положения материков (их называют фиксистами, в отличие от мобилистов, которые доказывают перемещение материков) для объяснения этого парадоксального явления выставляли ряд аргументов. В частности, они говорили, что все материки, располагавшиеся в экваториальных и тропических широтах, могли обладать гористым рельефом. Именно большая высота обусловила появление ледниковых отложений. Значит, ледники были горными? Оказалось, что факты противоречат даже этому предположению. Нигде не были обнаружены признаки горного оледенения. Горные ледники ведь очень сильно отличаются от равнинных. Кроме того, как можно себе представить, чтобы обширные территории Южной Америки и южной части Африки, Индии и Австралии, расположенные в тропических широтах, имели бы высоты свыше 3500 м над уровнем моря, в то время как в высоких широтах должны были располагаться только низменности. Да и к тому же климат на этих территориях должен был быть сравнительно теплым. Гипотеза А. Вегенера давала вполне логичное, хотя и несколько фантастическое объяснение.

Однако, как иногда бывает в истории науки, после большой критики, причем довольно серьезной, так как при своей внешней простоте и наглядности гипотеза неверно объясняла механизм перемещения материков, интерес к ней быстро охладел. Казалось, что мобилизм был каким-то эфемерным эпизодом в геологическом прошлом и полностью обречен на бесплодие. Но многоплановое изучение дна Мирового океана привело к неожиданным открытиям, которые заставили вспомнить о гипотезе дрейфа материков и возвратиться к некоторым ее положениям.

Исследования показали, что земная кора неоднородна и слагается из нескольких крупных литосферных плит. Шесть из них составляют наши континенты: Евразийский, Североамериканский, Южноамериканский, Африканский, Австралийский и Антарктический. Две плиты находятся в пределах Тихого океана.

Возрожденная на новой основе гипотеза А. Вегенера получила название тектоники литосферных плит. Они не находятся в состоянии покоя, а медленно перемещаются с разной скоростью: от 0,5 до 14-18 см/год. Большой скоростью обладает Австралия, которая отплывает от Антарктиды на север.

Литосферные плиты, раскалываясь, отходят одна ст другой, и на месте возникшей трещины, а затем и впадины образуется океан. В его центральной части располагается протяженное поднятие - срединно-океанический хребет. Это место былого соединения двух соседних материков, а в настоящее время там периодически происходят раскалывание и внедрение в рифтовую долину расплавленного глубинного вещества. Так, в свое время образовался Атлантический океан, так произойдет через десятки миллионов лет с Красным морем. Аравийский полуостров вместе с Евразией «отплывает» от Африки и на этом месте возникнет обширный океан.

В других местах, дрейфуя, континенты сближаются и сталкиваются. Разделяющие их океаны исчезают и на месте столкновения возникают горные сооружения. Так образовались Альпы и Кавказ, Урал и Гималаи, Аппалачи и Карпаты. Кстати, Гималайские горы возникли на месте столкновения Индостанского полуострова (плиты) с Азией. Начав свой длительный дрейф, Индостан из Южного полушария переместился в Северное и около 20 млн. лет назад столкнулся с Азией. Движение Индостана на север продолжается и теперь, поэтому высота горных сооружений увеличивается.

На протяжении нескольких десятков миллионов лет сокращается Средиземное море. На этом месте ранее существовал крупный океан, названный Тетис. В результате последовательного сближения Африки и Евразии океан Тетис стал сокращаться в размерах, пока не превратился в известное нам Средиземное море. Столкновение Африканской и Евразиатской литосферных плит привело к образованию горных систем - Альп, Карпат, Крыма, Кавказа, Памира и гор Малой Азии.

В том случае когда сталкиваются океанские и континентальные плиты, как это в настоящее время происходит на востоке Евразии, более легкая океанская плита как бы ныряет под континентальную. В этом месте развивается вулканизм, возникают крупнейшие землетрясения, а горные породы, составляющие поверхность плит, попадая в глубинные зоны Земли, переплавляются.

Работами специалистов многих направлений было определено местонахождение всех известных нам континентов в тот или иной отрезок времени в геологическом прошлом. Но довольно непривычно увидеть на земной сфере перевернутую вверх ногами Южную Америку пли Индостан рядом с Африкой, как нынешний Мадагаскар, или соединенные воедино Антарктиду и Австралию, которые к тому же находились в экваториальных широтах. Все это интересно и важно. Но нас все-таки беспокоит вопрос о связи дрейфа материков и климата. Оказывается, что палеоклиматические исследования дают науке очень много. Во-первых, устанавливается причина климатических изменений в геологическом прошлом. Во-вторых, реконструкции древних климатических условий подтверждают или, наоборот, отрицают мобилистские построения. И в-третьих, создается основа для прогнозирования месторождений полезных ископаемых.

Допустим, что за все обозримое время величина солнечной радиации оставалась постоянной (предполагается,что она менялась не более чем на 1-5 %). Количество энергий, затраченное на нагревание нижней части атмосферы и поверхности нашей планеты, зависит от отражательной способности земной поверхности, называемой альбедо. Наименьшим значением альбедо обладает водная поверхность - Мировой океан, а альбедо суши изменяется от 0,15 (поверхность озер и лесов) до 0,9 (поверхность льда и снега). Это означает, что, допустим, от земной поверхности, покрытой льдом, 90 % солнечных лучей отражается обратно в атмосферу.

Моря и океаны, благодаря низкой величине альбедо и большой теплоемкости (вода медленно нагревается, но и также медленно отдает тепло, а солнечные лучи, многократно преломляясь, нагревают воду), способны долго удерживать приобретенное тепло. Они являются как бы естественным тепловым резервуаром нашей планеты, своеобразным аккумулятором тепла. Крупные области суши, наоборот, поглощают тепло, быстро нагреваются и также быстро охлаждаются. Но в отличие от Мирового океана поверхность суши отражает в несколько раз больше солнечных лучей. Поэтому, находясь в высоких широтах, области суши являются своего рода глобальными холодильниками.

По мере перемещения литосферных плит из экваториальных в полярные районы исходя из уменьшающегося радиационного баланса и высокой отражательной способности происходит похолодание. Поэтому на поверхности суши, находящейся в высоких широтах, формируются ледниковые покровы.

Наиболее динамичные климаты и резко выраженная климатическая зональность существовали в те периоды геологического прошлого, когда литосферные плиты, представляющие собой массивы суши, располагались в высоких широтах. Если в приполярных районах находились обширные морские бассейны, будь то эпиконтинентальные моря или океаны, а материки в это время располагались в низких широтах, то на планете устанавливался теплый климат. В такие периоды разница между приземными температурами на полюсах и на экваторе оказывалась минимальной и обычно не превышала 3-5°. В связи с этим скорость воздушных потоков и морских течений резко ослабевала.

Проведем несложный эксперимент. Нанесем на современную географическую карту различные индикаторы древнего климата и на, их основании проведем границы климатических поясов. Получится серия древних климатических карт, каждая из которых характеризует климат какой-то определенной геологической эпохи. Наблюдается довольно интересная картина. Широтная климатическая зональность, подобная той, которая вырисовывается в настоящее время более или менее удовлетворительно, намечается только для времени, отстоящего от современного не более чем на 40-50 млн. лет. Чем дальше в глубь истории, тем меньше сходства с современным климатом. На современной географической карте климатическая зональность, существовавшая 50-60 млн. лет назад, будет располагаться под углом 10-15 ° по отношению к современным широтам. Для времени 100- 150 млн. лет назад этот угол увеличивается до 30-50°, а для палеозоя границы климатических поясов простираются уже меридионально. Оказывается, что на каждом континенте климатическая зональность располагается своеобразно и соединить климатические границы двух соседних континентов не представляется возможным.

Стоит перенести реконструированную климатическую зональность на соответствующие по возрасту карты положения материков, составленные согласно теории тектоники литосферных плит, оказывается, что все климатические пояса и зоны простираются параллельно древним широтам, т. е. закон географической зональности полностью соблюдается. А это, в свою очередь, свидетельствует о достоверности научных положений теории тектоники литосферных плит.