О великих оледенениях, слоистой глине и космическом пути Солнца

 

Попытки исчисления геологического времени на основании периодической смены систематических групп древних орга­низмов предпринимались уже давно. Еще в прошлом веке высказывались соображения о том, что можно найти еди­ницу измерения времени, использовав биостратиграфические подразделения, установленные в отложениях наиболее хорошо изученных геологических систем.

В 1889 г. Мельхиор Неймайр в работе «Племена жи­вотного царства» утверждал, что интервалы времени, в ко­торые происходило развитие каждого из видов наиболее распространенных морских животных, можно считать прибли­зительно одинаковыми по их продолжительности. Значит, и отрезки геологических разрезов, охарактеризованные равно­ценными в стратиграфическом отношении комплексами ви­дов ископаемых организмов, можно принять за единицу шка­лы, отражающей протяженность геологической истории.

Подобные отрезки геологических разрезов, в пределах которых древние морские животные продолжали оставаться в большинстве своем одинаковыми, были названы зонами. Продолжительность геологических периодов и эпох должна была, по предположению Неймайра, измеряться количеством зон, наблюдаемых в составе тех или иных отложений.

Действительно, еще за 20 лет до выхода в свет труда Неймайра известный немецкий палеонтолог Вильгельм Вааген развивал гипотезу о том, что мутации видов головоногих моллюсков — аммонитов — возникают через определенные и приблизительно равные интервалы времени.

Но хронологическая единица Ваагена и Неймайра, соот­ветствующая времени образования зоны (ее называют зональ­ным моментом), есть величина относительная. Какова же ее абсолютная протяженность? И можно ли утверждать, что смена комплексов животного мира всегда происходит через равные промежутки времени? Палеонтологический ма­териал не мог предоставить достаточных оснований для от­вета.

Пришлось обратиться к изучению сил, способных вызывать изменение внешних условий, в которых протекает жизнь органического мира. Исследования географической обста­новки минувших времен показали, что наряду с признаками, присущими той или иной эпохе, существует множество ха­рактерных черт, проходящих через всю доступную для изу­чения земную историю.

Одной из таких черт, оставивших свои следы в отложе­ниях всех геологических периодов, являются свидетельства изменения климатических условий на земном шаре. Мимо внимания геологов не могло пройти крайне интересное явле­ние: во всех осадочных образованиях — от кембрия и до­ныне — упорно повторяется некая единообразная последо­вательность процессов.

Начали систематизировать наблюдения, обрабатывать их, и оказалось, что эта циклическая повторяемость усло­вий формирования осадков подчинена хорошо выдержанным во времени ритмам, характер которых напоминает периодич­ность изменения климата в современную эпоху. Общая за­кономерность была такая же: малые ритмы объединялись в более крупные, а те в свою очередь оказывались подчи­ненными следующим, еще более грандиозным циклам. Вста­вал вопрос: можно ли измерить в абсолютных единицах протяженность этих этапов развития земной коры? Казалось, что историческая геология и абсолютная геохронология еще не располагают достаточным количеством сведений, чтобы решить эту сложную проблему. Остановились перед нею в нерешительности и астрономы.

Выяснилось, что далеко не все ритмы, нашедшие отра­жение в слоистых толщах, могут быть использованы для воссоздания хода древних климатических процессов. Очень часто слоистость пород бывает обусловлена действием внут­ренних геологических сил, проявляющихся на сравнительно ограниченной территории. Она может порождаться особыми колебаниями дна бассейна, где происходит накопление осад­ков.

В древних вулканических областях, например на Алтае и Южном Урале, можно встретить иной вид слоистости, возникший в результате деятельности нагретых вод. Своеоб­разную слоистость можно наблюдать в отложениях, связан­ных с извержениями некоторых вулканов. Во всех этих образованиях тоже наблюдается ритмичность. Но это явле­ния местного порядка. В лучшем случае они составляют особенность той или иной геологической провинции. Поэтому геологи обратились к слоистости другого типа, имеющей более широкое, возможно даже планетарное, распростра­нение.

Самые короткие по продолжительности периодические ко­лебания погоды проявляются в ежедневном изменении темпе­ратуры земной поверхности и воздуха. Геологическое влияние этих суточных изменений может увидеть каждый. Если взгля­нуть на разрез свежеобразованных наносов в устье оврага, нельзя не заметить чередования простейших осадочных циклов, вызванных бурной деятельностью водотока в дневное время и сменяющим ее спокойным течением в ночные часы.

Подобные суточные ритмы хорошо известны в отложе­ниях временных потоков пустынных предгорий и в солевых осадках мелких озер засушливой зоны. Некоторые минераль­ные источники также подчиняют свою жизнь размеренной смене дня и ночи. Примеров таких можно привести мно­жество. И значение суточных ритмов в формировании лика планеты огромно. Но в отложениях геологического прошлого суточная цикличность почти неизвестна.

Значительно чаще геологи встречаются с проявлением ритмов слоистости, обусловленным чередованием времен года. Количество выпадающих осадков, интенсивность засух, ветры и ливни — все эти сезонные изменения метеорологических условий сказываются на характере слоистости.

Уже давно было замечено, что слоистость такого типа наиболее отчетлива в солевых и ледниковых образованиях. Классическим объектом изучения годичной смены слоев стали ленточные глины — осадки приледниковых озер. Эти глины состоят из чередующихся слоев песчаных и глинистых частиц.

В летнее время ледниковые воды приносили в озеро много обломочного материала и на дне осаждался светлый слой песка. Зимой озеро покрывалось льдом, песчаные части­цы не поступали, взмученная за лето вода постепенно отстаи­валась и на дно ложился тонкий темный слой глинистого осадка. Каждый летний слой постепенно переходит в зимний, образуя двухцветный пласт. Эти пары сменяющих друг друга слоев похожи на ленты, отсюда и название породы «лен­точная глина». Переход же от зимнего слоя к очередному летнему всегда выражен очень резко. На поверхности ве­сенней границы зимних лент нередко можно увидеть отпе­чатки кристаллов льда либо сложный рисунок мерзлотного растрескивания породы.

Поскольку осадки каждого года разделены отчетливо выраженным рубежом, можно подсчитать, сколько лет потре­бовалось для образования всей толщи ленточных глин. А сравнив результаты подсчета числа лент в отложениях раз­личных районов, можно установить скорость движения лед­ника. Было выяснено, например, что с начала формирова­ния ленточных глин под Ленинградом прошло 16,5 тыс. лет; приблизительно в это же время ледник находился на терри­тории Финляндии и Дании, а 15 тыс. лет назад он коснулся южного побережья Швеции.

Но палеоклиматологи не успокоились на достигнутом. Измеряя толщину ежегодного прироста осадочных отложе­ний, они заметили, что количество вещества, выпадающего на дно водоемов, в разные годы неодинаково. В ход было пущено простое, но действенное оружие — ритмограммы.

Ритмограмма представляет собой несложный график. По его горизонтальной оси откладывают равные отрезки, соот­ветствующие годам, а по вертикальной — годичный прирост осадков. Этот прирост можно фиксировать для каждого года в целом, а можно строить и отдельные графики для летнего и зимнего сезонов. Полученные таким способом спектры кривых вскрывают интересные подробности. Теперь вместо общих соображений о наличии цикличности нескольких по­рядков можно установить достоверность существования таких циклов и измерить их продолжительность с точностью до одного года.

Циклы первого порядка, как уже говорилось, представлены чередованием зимнего и летнего накопления осадков. В по­исках более длительных периодических изменений климата геологи прежде всего продолжили изучение древних леднико­вых образований.

Известно, что ледниковые отложения присутствуют во всех (вернее, почти во всех) геологических системах. Пред­стояло сравнить между собой ледниковые толщи различных континентов и выяснить, действительно ли все эти оледене­ния имели планетарное распространение. Задача была не из легких. При попытке очертить площади, захваченные в былые времена ледниками, надо было учитывать условия, регули­рующие характер проявления и сохранности ледниковых обра­зований. А условия эти существенно зависят от взаимного расположения морей и материков, которое в ходе геологи­ческой истории многократно менялось и не всегда может быть установлено бесспорно.

Тем не менее усилиями геологов многих стран была выполнена огромная работа, позволившая собрать воедино разрозненные факты и восстановить общую картину. Теперь мы знаем, что крупные материковые оледенения оставили свои следы лишь в отложениях на границе докембрия и палео­зоя, в верхнепалеозойских и четвертичных. Обычно же геологи встречаются с ледниковыми образованиями, формировавши­мися на стыке суши и моря — в области так называемого шельфа. Такие ледниково-морские отложения известны, на­пример, в Боливийских Андах, а в Советском Союзе — на Патомском нагорье.

Оледенения же палеогенового, юрского, триасового, девон­ского и кембрийского периодов, по-видимому, были местными; они не дают возможности говорить о наступлении холодных эпох планетарного масштаба. Свидетельств подобных местных оледенений множество. Их находят почти повсюду: от окрест­ностей Красноярска в СССР до горных хребтов Колорадо в США.

Ритмограммы ледниковых отложений различного возраста имеют много общего.

Сказать о том, каковы были изменения климата в древ­нейшую — архейскую — эру, трудно. Можно лишь утверж­дать, что и в это время тонкослоистые ленточные отложе­ния имели правильный сезонный характер.

Но в зеленоватых сланцевых породах, так называемых филлитах, образовавшихся в конце архейской эры, уже обна­руживаются климатические ритмы. В классическом обнаже­нии этих пород, расположенном на берегу оз. Нисаярви на юго-западе Финляндии, была изучена серия сланцев, отлагавшаяся на протяжении 40 тыс. лет. В течение всего этого времени накопление осадков подчинялось постоянным циклам, сменявшим друг друга каждые три года. А на фоне трехлетних циклов достаточно отчетливо заметна периодич­ность, повторявшаяся через 10 или 11 лет.

В нижнепротерозойских ленточных сланцах Енисейского кряжа выступает ритмичность несколько иной длительности. Если от устья Подкаменной Тунгуски подняться вверх по Енисею до оз. Монастырского, можно увидеть наряду с трехлетними циклами ритмы пяти- и шестилетней продолжи­тельности.

В еще более молодых отложениях на западных склонах Южного Урала заметны трех- и одиннадцатилетние циклы. Кроме того, в распространенных здесь озерно-морских лен­точных породах верхнего докембрия намечается менее четкая тридцати- или тридцатипятилетняя периодичность.

Правильная повторяемость трех- и одиннадцатилетних циклов прослеживается в докембрийских отложениях из мно­гих мест земного шара. Тридцатилетние циклы тоже наблю­даются достаточно часто. А в бассейне Ангары к ним присо­единяются ритмы продолжительностью 70 лет.

Сквозь весь фанерозой проходит трехлетняя смена циклов, и столь же постоянны одиннадцатилетние колебания климата. Их можно наблюдать и в нижнем кембрии бассейна Лены, и в ордовике Центральной Сибири, и в каменноугольных отложениях Тянь-Шаня, и в эоценовых сланцах Северной Америки.

А диаграммы слоистости четвертичных отложений с за­вершающей полнотой подчеркивают общую закономерность. И здесь протяженность планетарных колебаний климата со­храняется прежней: 3, 11 и 25 — 35 лет.

Проявление трехлетних ритмов можно проследить в коле­баниях уровня замкнутых морей (например, Каспийского) и в современном изменении количества ежегодно выпадаю­щих атмосферных осадков. Одиннадцатилетний период соот­ветствует появлению солнечных пятен. Не исключено, что и другие циклы также отражают влияние на климат Земли каких-либо изменений солнечной активности, природа которых сегодня еще не установлена.

Можно только отметить, что если трехлетние циклы соот­ветствуют некоторому «нормальному» состоянию климата, то ритмы более высоких порядков связаны с процессами, вызы­вающими периодическое понижение среднегодовой темпера­туры и общее ухудшение климатических условий. Такую же роль, по-видимому, играют и семидесятилетние климатические периоды, которые можно проследить и в четвертичное время, например, в дюнных отложениях Средней Азии. Однако циклы более высоких порядков изучены пока еще недостаточно.

В 30-х годах нынешнего века в Берлине была опублико­вана любопытная работа. Ее автор сербский физик Милютин Миланкович предлагал вниманию специалистов построенную им кривую солнечной радиации. Такие кривые и раньше вычерчивались астрономами, но новое построение отличалось от всех предшествующих: оно охватывало интервал времени протяженностью 600 тыс. лет.

На кривой Миланковича хорошо заметны периоды, прибли­жающиеся к 21 тыс. лет, т. е. отвечающие солнечному циклу предварения равноденствий. Возможно, что отражением этих периодов в геологической истории является чередование лед­никовых и межледниковых эпох.

Из анализа фактов, собранных геологами и палеоклимато­логами, напрашивается вывод о планетарном значении и постоянстве крупных климатических циклов на протяжении всего доступного изучению геологического времени начиная с архея или, во всяком случае, с протерозоя. А это в свою очередь заставляет предположить, что существуют некие формирующие климат силы, действующие на планету извне. На передний план снова выступают признаки похолоданий и связанных с ними оледенений. Особенно интересны в этом отношении оледенения, сказавшиеся на флоре и фауне всей или почти всей планеты.

Последнее оледенение произошло в четвертичном периоде. Ему предшествовало повсеместное похолодание. Более 2 млн. лет назад появились первые признаки понижения темпера­туры. Они оставили слабые следы в плиоценовых отложе­ниях Черноморского бассейна. Но во второй половине плиоце­новой эпохи новые волны холода залили Землю. Горные области покрылись ледниками.

На территории нынешних Испании, Франции, Северной Италии, Австрии и Украины развивались в это время отложе­ния, свидетельствующие об изменении климата. Сходная обстановка наблюдалась и в Азии: на Алтае, на севере Патомского нагорья, в Западном Приверхоянье и в приураль­ской части Западно-Сибирской низменности. Влияние насту­пивших холодов сказалось и на температурном режиме мор­ских бассейнов. Беднее и однообразнее стал органический мир морей, далеко на юг проникли водные животные арктического облика. Затем волна холодов ненадолго отхлынула, чтобы вернуться с удвоенной силой.

Около 500 тыс. лет назад началось настоящее материко­вое оледенение. Оно охватило Европу, Сибирь и Канаду. Временами ослабевая, холод продолжал натиск и около 230 тыс. лет до наших дней достиг своего максимума. После этого оледенение стало отступать. Заметное похолодание коснулось Земли в меловом периоде. Последний раз ледники пытались возобновить свою атаку 25 тыс. лет назад.

Мощное оледенение произошло на грани каменноуголь­ного и пермского периодов. Оно продолжалось несколько миллионов лет. Основное поле его действия располагалось в Южном полушарии, где, по мнению многих геологов, прости­ралась.в это время обширная, ныне не существующая про­винция Гондвана.

В Северном полушарии следы этого оледенения изучены недостаточно. Может быть, его свидетелями являются не­слоистые, мелкозернистые, наполненные валунами породы — тиллиты, найденные близ Бостона в Северной Америке. Не исключена возможность, что к ледниковым относятся также родственные им породы, открытые на р. Сакмаре (Южный Урал). Правда, надо оговориться, что некоторые видные геологи не разделяют этого мнения. Зато можно считать установленным, что на западе Сибирской платформы в это время был прохладный климат с отчетливо выраженной много­летней цикличностью.

Значительное материковое оледенение происходило и в ордовикском периоде. На территории Англии, Тюрингии, на крайнем севере Европы, в бассейне р. Святого Лаврентия (Канада), в Боливийских Андах и Южной Африке встре­чаются ледниковые отложения этого возраста. Имеются они и на Среднем Урале в бассейнах рек Вишеры и Косьвы.

Куда более сильный холод охватывал Землю еще раньше — на границе позднего протерозоя и кембрия. Нет на земном шаре ни одной значительной области распространения верхне-докембрийских отложений, где не были бы встречены следы этого грандиозного понижения температуры.

Радиологические методы позволили установить абсолют­ный возраст эпох, в которые наша планета подвергалась нашествию холода. Оказалось, что эти критические моменты истории Земли располагаются через приблизительно равные промежутки времени.

Факты планетарных похолоданий известны и в докембрий-ских образованиях. 700 или 800 млн. лет назад, очевидно, произошли какие-то серьезные изменения в химическом со­ставе газовой оболочки Земли. По всей вероятности, они были тесно связаны с изменением климата.

1 млрд. лет до наших дней имело место крупное оледене­ние, получившее название гуронского. А рубеж в 1,2 млрд.

лет охарактеризован еще одним — тимискаминским — на­ступлением ледника. Таким образом, на протяжении около 1 млрд. лет великие оледенения, по-видимому, повторяются через каждые 190 — 200 млн. лет. Эти цифры, конечно, весьма приблизительны и требуют уточнения, но общая закономер­ность отражает действительное положение вещей.

Для более древних отложений имеется значительно меньше данных о времени, характере и площадях распространения оледенений. Но сколь ни скудны эти сведения, обращает на себя внимание интересное совпадение: среди оценок аб­солютного возраста предполагаемых ледниковых образований часто фигурируют даты 1200, 1650, 2000 и 2650 млн. лет. Создается впечатление, что и здесь временные интервалы кратны 200 млн. лет.

Интересно, что протяженность вычисленного ныне проме­жутка между великими оледенениями совпадает с очень важной величиной, которая совершенно независимо от гео­логов была установлена астрономами. Эта величина — про­должительность космического, или галактического, года, т. е. то время, за которое Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Галактики. Она тоже составляет 190 — 200 млн. лет. Едва ли такое совпадение может быть слу­чайным.

Движение Солнечной системы из внутренних, изобилую­щих звездными мирами областей Галактики в ее разреженные периферические участки (а также обратное перемещение), по всей вероятности, не может не оказывать влияния на нашу планету. Такое перемещение неизбежно должно ска­заться на скорости движения Земли, а следовательно, должно отразиться и на характере энергетических процессов, проте­кающих в атмосфере, гидросфере и твердых оболочках пла­неты.