Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога - [31]
Крупные горные системы, такие как Гималаи, могут оказывать влияние даже на глобальный климат. В меловом периоде, до столкновения Индии и Азии, Земля была похожа на парник с очень теплым климатом, без ледников и ледяных шапок на полюсах. Регион Великих равнин в Северной Америке покрывало внутреннее море, доходившее до западной Миннесоты. Ученые объясняют это необычайно быстрым спредингом океанического дна на протяжении примерно 40 млн лет, что привело к всплеску вулканической активности и, как следствие, к значительному повышению концентрации вулканического углекислого газа (СО>2) в атмосфере. Некоторые виды динозавров населяли даже высокие арктические широты. Но в раннем кайнозое, примерно в то же время, когда началось образование Гималаев, климат Земли вступил в длительный период похолодания, который продолжался последующие 50 млн лет. Многие геологи предполагают существование причинно-следственной связи между этим климатическим трендом и формированием высокогорного рельефа Гималаев. В частности, химическое выветривание горных пород под воздействием дождевой воды в геологическом масштабе времени является важным механизмом поглощения углекислого газа (CO>2) — самого распространенного парникового газа — из земной атмосферы (рис. 9). Об этом мы подробнее поговорим в следующих главах.
В отсутствие человеческой деятельности главным источником CO>2 являются вулканические эксгаляции. Попадая в атмосферу, CO>2 соединяется с водяным паром и образует слабую кислоту — углекислоту (H>2CO>3), которая, выпадая в виде осадков, постепенно растворяет горные породы. Многие коровые породы содержат кальций, который затем в растворенном виде переносится реками в Мировой океан. В океане многочисленные морские организмы, от кораллов и морских звезд до одноклеточного зоопланктона, используют этот кальций и бикарбонат (HCO>3>—) для строительства кальцитовых раковин и экзоскелетов (CaCO>3). Весь процесс в упрощенном виде можно описать как последовательность химических реакций:
Ключевым с точки зрения долгосрочного влияния на климат является следующий этап, когда секретирующие кальцит организмы умирают: их минеральные остатки оседают на морское дно и образуют известняк, где атмосферный углекислый газ запирается в твердой форме на десятки миллионов лет.
Это долгосрочная планетарная программа по улавливанию и хранению углерода, одна из наиболее недооцененных экосистемных услуг, интенсифицируется в те периоды, когда для химического выветривания становятся доступными обширные поверхности новых пород, как, например, при образовании горной системы масштаба Гималаев. Таким образом, рост Гималайских гор оказал влияние не только на локальные и региональные погодные условия, но и на климат и даже на топографию в глобальном масштабе, в конечном итоге способствуя наступлению ледникового периода, когда ледники и ледяные шапки изменили рельеф на всей планете.
Бурные потрясения
Еще более тонкая и парадоксальная связь между эрозией и горообразованием проистекает из того, как горная система взаимодействует с нижележащей земной мантией. По мере того как горы образуются в результате столкновения плит и утолщения коры, огромная масса пород, нагроможденных в одном месте, вызывает вытеснение твердого, но относительно пластичного верхнего слоя земной мантии, называемого астеносферой, — как это происходит с водой под тяжело груженным кораблем. Но, когда горы перестают расти (как в случае c молодыми, но уже тектонически неактивными Альпами), эрозия берет верх и постепенно уменьшает вес коры. В результате этого перемещенная верхняя мантия возвращается к своему исходному состоянию, а горы поднимаются вверх подобно кораблю, освобожденному от груза. Это явление, известное как изостатический отскок, также наблюдается в областях, которые прежде были покрыты толстым слоем ледника[42]. Так эрозия, как это ни поразительно, способствует поднятию гор[43].
Таким образом, на протяжении всей жизни гор дружный ансамбль танцоров: коровые деформации, климат, эрозия и мантийные дислокации — исполняют неспешный, слаженный танец, в котором каждый участник влияет на движения других. Однако порой их замедленная хореография может прерываться внезапными прыжками и жете. Чарльз Дарвин, переживший мощное землетрясение в Чили во время экспедиции на «Бигле», одним из первых предположил, что эти разрушительные события могут приводить к образованию гор, хотя причина землетрясений — резкие смещения по разломам — в то время была не вполне понятна. Обнаружив пласт «разлагающихся двустворчатых моллюсков», поднятый землетрясением на высоту более 3 м над линией прилива, Дарвин предположил, что старые раковины, найденные им на высотах до 180 м, попали туда точно таким же образом — «в результате последовательных небольших поднятий, подобных тому, какое сопровождало (или вызвало) землетрясение в этом году»[44]. Как всегда, Дарвин оказался прав.
В отличие от большинства геологических процессов, которые трудно изучать из-за очень медленной скорости их протекания, землетрясения происходят быстро, но их очаги возникают на недоступных для наблюдения глубинах. Никто никогда не видел, что происходит на поверхности разлома глубоко в земной коре при землетрясении. Тем не менее проводившиеся на протяжении столетия сейсмологические исследования, объединившие теорию упругих волн, экспериментальную геомеханику и анализ современных и древних зон разломов, позволяют извлекать количественную информацию из неровных линий сейсмограмм, на основе которой можно получить достаточно точную картину происходящего глубоко в коре Земли. Самые мощные землетрясения, называемые мегаземлетрясениями (или землетрясениями
