Дрейф континентов. Остаточная намагниченность пород

“Совпадение" очертаний континентов. На рис. 21.1, а воспроизведена карта из вышедшего в 1929 г. английского перевода книги А. Вегенера “Происхождение континентов и океанов” [21].

Все современные материки когда-то были объединены в один суперконтинент Пангею. Карта Вегенера была составлена для периода около 280 млн. лет назад, проведенные на ней жирными линиями границы не совпадают в точности с очертаниями современных континентов. Однако, за несколькими исключениями, реконструкция Вегенера до сих пор не утратила значения. Например, он показал Индию уже в соединении с более крупным Азиатским континентом. Современные тектонисты считают, что Индия в то время представляла собой часть южной подгруппы континентов, называемой Гондваной, которая состояла из Южной Америки, Африки, Индии, Австралии и Антарктиды, а Азию от Гондваны отделял обширный океан Тетис.

К раннечетвертичному времени, 2—3 млн. лет назад, континенты расположились в основном там, где они находятся сейчас (рис. 21.1,б). Антарктида уже “оседлала” Южный полюс, а Северная Атлантика — хотя не такая широкая, как теперь, и, возможно, не такая глубокая — уже обладала всеми своими главными особенностями.

Палеоклимат, уровень моря и океанические течения во время дрейфа континентов. Интересно, что в одной из своих ранних работ Вегенер исследовал древний климат и возможную связь климатических изменений с дрейфом континентов. Кёппен и Вегенер [11] собрали данные о расположении материковых ледников в течение каменноугольного периода и установили, что ледники были сосредоточены в Гондване вблизи того места, где теперь находится южная оконечность Африки. Этот центр оледенения рассматривался ими как место, где в то время мог располагаться Южный полюс; внутренняя окружность, изображенная на рис. 21.1, в справа, отстояла от этого полюса на 30°.

Большинство следов оледенения той эпохи (обозначенных буквой Е) попадает в пределы этой области, точно так же как современное оледенение сосредоточено либо вокруг Южного, либо вокруг Северного полюса. Вегенер объединил эти данные со сведениями о современном размещении угольных пластов в Северном полушарии — в Аппалачах, на Ньюфаундленде, в Ирландии, Шотландии, Польше и Средней Азии — и сделал вывод о возможном расположении экватора в течение каменноугольного периода (периода образования углей). Положение этого экватора показано на рис. 21.1,в самой жирной линией, соединяющей выходы угольных пластов, обозначенные буквой К. Исходя из положения экватора и Южного полюса было установлено, где в то время находился Северный полюс: на рис. 21.1,в — в северной части Тихого океана.

Если принять, что только что приведенный сценарий верен, то сильное оледенение вокруг Южного полюса (поскольку весь его тридцатиградусный круг находился на суше) должно было связывать большое количество воды в виде льда. Прямым следствием этого было бы понижение уровня моря.

Однако геологические данные свидетельствуют о том, что ледовый щит вокруг Южного полюса в то (каменноугольное. — Ред.) время был сравнительно тонким — гораздо тоньше, чем очень мощный слой льда (3 км), наблюдаемый сейчас в Антарктиде, когда географический полюс окружен сушей. В это же время происходила обширная трансгрессия мелководных морей на сушу, как показано на рис. 21.1,в (покрытые крапом площади). Максимальная трансгрессия имела место около 75 млн. лет назад, когда было затоплено примерно 40% всей суши [20]. Она к тому же была продолжительной. Раньше, в течение каменноугольного периода (около 280 млн. лет назад), мелководный океан Тетис протягивался от восточного побережья Азии до западных берегов обеих Америк.

Нельзя ли предположить, что чрезвычайно “низкий” уровень моря 75 млн. лет назад был прямым следствием существования в то время ледового щита? В самое последнее время мы определенно установили прямую связь между таянием полярных ледяных шапок и повышением уровня моря (рис. 4.12). И прежде чем наступило последнее оледенение, в течение последних 10—15 млн. лет происходил ряд наступаний (оледенений) и отступаний льда (межледниковых эпох), но они не сопровождались обширными трансгрессиями, подобными трансгрессии океана Тетис. Даже сейчас, когда ледяная шапка имеет очень большую мощность и, следовательно, уровень моря должен быть низким, при таянии всего льда Гренландии и Антарктиды уровень моря, вероятно, поднялся бы всего метров на 60. Этого недостаточно, чтобы повторить затопление огромной площади суши, которую занимал океан Тетис (рис. 21.1,а). Короче говоря, геофизикам надо было найти другое объяснение феномену океана Тетис. Это объяснение было найдено, и оно подробно рассматривается в следующем разделе как одно из свидетельств, подтверждающих теорию разрастания морского дна.

То, что в каменноугольный период на Земле существовали маломощные шапки полярных льдов и происходило затопление больших территорий суши, не объясняет мягкость климата. Сами эти явления были результатом мягкого и однородного на всей Земле климата. Теперь мы считаем, что однородный умеренный климат в ту эпоху могла создать система океанических течений. На рис. 21.2 показан один из вариантов интерпретации того, как единый континент Пангея мог влиять на циркуляцию океанских вод и, следовательно, на распределение тепла от экваториальных областей до высоких широт.

В целом схемы циркуляции просты, и предполагаемый перенос тепла происходил гораздо проще, чем при нынешней сложной системе циркуляции океанских вод. Главные течения несли теплые воды прямо в оба полярных региона. Еще важнее то, что поверхностные воды охлаждались у полюсов гораздо меньшее время, чем нагревались у экватора, откуда мы можем сделать вывод, что поверхность океана в течение каменноугольного периода была намного теплее.

Кроме того, незначительное охлаждение в полярных широтах, вероятно, не могло вызвать такое же опускание крупных масс поверхностных вод (так как именно охлаждение увеличивает плотность воды), какое происходит в современных океанах. Следовательно, даже более глубокие слои воды в древних океанах по нынешним меркам могли быть теплее.

Остаточная намагниченность пород: дрейф полюсов или дрейф континентов? Прежде всего вспомним, что положение полюсов и экватора в приведенном выше описании были определены на основе данных о древнем климате. Есть еще один способ узнать, где раньше находились полюсы, — изучить ключевые данные, “запечатленные” в породах при их формировании. Когда расплавленная лава изливается на земную поверхность и начинает застывать, часть молекул окислов железа “выстраивается” вдоль силовых линий магнитного поля Земли, поскольку сами молекулы окислов железа обладают “магнитной полярностью” наподобие мельчайших компасов. После затвердевания порода сохраняет “память” о том, где во время ее образования находились магнитные полюсы, — о направлении вектора остаточной намагниченности.

На рис. 21.3 показано, что силовые линии геомагнитного поля вблизи полюсов почти вертикальны, а у магнитного экватора почти горизонтальны.

Следовательно, магнитное наклонение вектора остаточной намагниченности, т. е. угол, образуемый им с горизонтальной плоскостью, дает как на,- правление на магнитный полюс, существовавший во время затвердевания породы, так и широту того места, где извергалась лава. Если теперь предположить, что магнитный и географический полюсы совпадают или по крайней мере располагаются поблизости друг от друга, то магнитную “широту” можно также интерпретировать как географическую широту, на которой произошло излияние лавы.

Геофизики стали широко применять данные об остаточной намагниченности пород, но только после того, как появилась возможность сочетать их с методом “датировки", при помощи которого удается определять возраст породы, т. е. то, как давно она затвердела. Тщательно отбирая образцы пород различного возраста, но из одного и того же места, например из одного вулкана, они установили, что векторы остаточной намагниченности для пород разного возраста часто бывают разного направления, что указывает на последовательно изменяющееся положение магнитных полюсов.

В результате этого открытия в дальнейшем появился термин “блуждание полюсов”. Если предполагать, что сам континент не движется, то единственным правдоподобным объяснением изменяющегося положения магнитного полюса относительно данного континента будет смешение полюса. Сначала это и было рабочей гипотезой, так как невозможно было точно объяснить первоначальное положение магнитного полюса, а факт его последующего смещения уже нельзя было отрицать. Пример блуждания полюса приведен на рис. 21.4, а.

Однако на этом рисунке показано также, что извилистая траектория миграции Северного магнитного полюса, определенная по породам Южной Америки, сильно отличается от траектории, полученной по породам Африки. Время, соответствующее последовательным периодам перемещения полюсов, указано в миллионах лет назад. Заметим, что по форме эти две траектории почти одинаковы в интервале времени от 400 до 250—300 млн. лет назад [18], но становятся различными в более поздние геологические эпохи. В итоге, как показано на рис. 21.4,б, если эти два континента сдвинуть и чуть-чуть повернуть, то пути миграции полюсов для промежутка времени от 400 до 250 млн. лет назад с большой точностью совпадут. Этот ошеломляющий результат впервые был получен в 1950-е годы. Он по существу подтвердил гипотезу Вегенера о том, что примерно 200 млн. лет назад континенты стали отдаляться друг от друга. Подобные исследования были проведены и для других групп континентов — результаты оказались сходными.