учебники / Гаврилов В.П. «Путешествия в прошлое Земли»
.pdfЮжной Америкой и Африкой. В 1915 г. он завершает и
пуб.ли::кует свой труд <<Происхождение материков и океа
нов», гипотеза дрейфа материков становиrся известной
всему научному миру. Эта гипотеза вызвала бурную ре
акцию среди геологов и геофизиков: одни ее приветсrво
вали, другие ожесточенно на нее нападали.
А Вегепер доказывал, что существовал единый ги гантский материк Пангея (Всеобщая Земля), объединя
ющий все известные нам континенты. Эrот праматери:к
был окружен безбрежным океаном, который по анало гии называют Паиталассом (Всеобщий Океан). По мне нию А Вегенера, Панrея, сложенная гранитной корой,
под влиянием сил вращения Земли на рубеже палеозойс
кой и мезозойской эр (250-200 млн. лет назад) расколо
лась на отдельные блоки - современные материки. Ро
тационные силы расталкивали эти материки, которые как
бы плыли по более плотным породам мантии.
В гипотезе дрейфа материков бьmо много недоказан
ного: не бьmо зафиксировано перемещение континен
тальных масс, не установлены причины дрейфа и пере
мещающие силы. Противники А. Вегепера активно выс
тупали против него, и умело использовали слабые сторо |
|
ны гипотезы. В конце 20-х годов некоторые геофизики |
|
называли эту гипотезу дикой фантазией. |
~ |
В 1930 г. А. Вегепер в третий раз отравляется в Грен- |
~ |
ландию с надеждой найти там доказательство своей ги- |
LLJ |
потезы. Он рассчитывал повторно измерить координаты |
2 |
э |
|
острова. Если окажется, что они изменились, то он прав. |
о |
@- |
|
К сожалению, это была последняя экспедиция ученого. |
CD |
Первого ноября 1930 г. в день своего пятидесятилетия А. |
~ |
|
CD |
Вегепер погиб в одном из маршрутов. |
g |
Позднее его сестра Эльза Вегепер писала: <<Он лежит |
а |
теперь во лддах Гренландии, исследованию которой он |
~ |
посвятил многие годы. Эта страна всегда притягивала его |
|
величием своей природы и связанными с ней научными |
8 |
71
проблемами. Он вышел в Зимнюю Ночь и не устоял пе
ред ее натиском, но его высокие Идеалы освятили траги
ческую кончину)>. С гибелью АВегенера гипотеза пре
дается забвенmо и, казалось бы, навсегда. Однако через
40 лет на Токийской объединенной океанографической
ассамблее большинство геологов и геофизиков вновь ре шительно выеказались в пользу Идеи дрейфа континен
тов.
Основные доказательства перемещения материков сво
дятся следующему.
1. Удивительное сходство очертаний атлантических побережий Северной и Южной Америк, Европы, Афри
ки. Наиболее удачную их реконструкцию осуществил ан
глийский геофизик Е. Буллард со своими коллегами в
1965 г. На ЭВМ бьш произведен расчет наилучшего со
впадения очертаний материков, разделенных Атланти
кой. Бъuю установлено, что наиболее точное совпадение
достигается в том случае, если за rрающу материков при
нять изобату в 2000 м.
2.Сходство ископаемой фауны и флоры, населявшей
впалеозойскую и мезозойскую эры континенты, разде ленные ныне Атлантическим океаном.
3.Сходство горных пород и тектонических структур
атлантических побережий материков.
4. Общие палеогеоrрафические условия Южной Аме рики, Африки, Индии, Австралии, Антарктиды в палео
зое и в начале мезозоя.
5. Миграция во времени и в пространстве магнитного а::~ полюса Земли (поскольку считается, что магнитный по
~ люс не менял своего положения, то делается вьшод о
:s:
g. дрейфе материков).
~6. Современные данные о перемещении материков
~относительно друг друга, полученные с помощью но-
вейшей геофизической и геодезической аппаратуры.
8 Следуя этим доводам, можно допустить, что после за-
72
вершения раинекарельской эпохи складчатости древние
платформы действительно образовывали единый моно
лиrный маrерик: ПашеЮ. Соотношение суши и водытогда,
возможно, бьmо несколько иное, чем сейчас. Основную
массу их составляли только что возникшие древние плат
формы, по окраинам которых располаrались rеосинкли нальные пояса. Панrея бьmа окружена древними океа
нами. Возможно, что уже существовал Тихий океан, яв
лявшийся основным водным бассейном Земли. Клином
между континентами северного и южного полушарий
вдавался гипотетический океан Тетис, названный в честь
греческой богини моря. По мнению профессора Иохан
несбурrского университета Дю Тойта, этот океан разде
лял континенты северного и южного полушарий. Пер вые объединялисъ в суперконтинент Лавразию, а вторые
-в суперконтинент Гондвану (рис. 8).
Рис. 8. Реконструированное положение континентов и океанов
перед началом позднего протерозоя.
Штриховка - древние эпикарельские платформы, объединяющиеся
в два суперкоiПИНента Лавразию (1) и Гондвану (11).
На месrе современного Северного Ледовитого океана
ш
~
о
Q.
1::
CD
ш
s
~
ш
3
ш
>-
с
располагалось небольтое внуrриконтинентальное море;
Атлантический и Индийский океаны еще не зародились. •
СОЛОНОВАТЫЕ ОКЕАНЫ И АТМОСФЕРА БЕЗ КИСЛОРОДА Молодость нашей IШанеты поражает не только чрез
вычайно активными тектоническими движениями, гран
диозностъю..геологичес:ких преобразоваюfЙ. Неповтори
мость того времени проявилась также в специфике гид
росферы и атмосферы.
Непривычную обстановку застали бы мы на Земле 3,5- 3 млрд. лет назад. Первое, что бросилось бы в глаза, -
это обширные океанические пространства, разделенные
архипелагами островов. Тут и там над архейскими океа нами возвышались конусы вулканических гор. Привыч
ные континенты - крупные массивы cyurn - нам вряд
ли удалось бы обнаружить. Они появляются только в са
мом конце архея, после проявления кеноранской эпохи
диастрофизма, и разрастаются уже в протерозое. Круп
ные размеры--континенты приобретают лишь в позднем протерозое, после образования древних IШатформ, объе
динившихся в Лавразию и Гондвану. Эго были голые,
гористые пустыни с довольно разветвленными речными
артериями.
Необычно быстро в то далекое время происходила сме
на суток. Как считает австралийский ученый Б.Хант на
основании изучения известковых скелетов коралловых
полипов, многие сотни миллионов лет назад скорость
вращения Земли вокруг оси бьmа намного больше со временной. Соответственно укорачивалась продолжитель ность суток до 9 часов, а земной год длился около 900
суток. Замедление вращения земного шара явилось след-
а::~ ствием влияния лунных приливно-отливных сил. В ар
~ хее Луна располагалась значительно ближе к нашей пла
CDа.. нете, и ее притяжение оказывало сильное воздействие на
~Землю. В краткие ночные часы того времени огромная
~Луна занимала половину небосвода, озаряя ярким се
ребристым светом безжизненную сушу и воду.
•Вода архейских океанов была, вероятно, слабо соло-
74
новатая. По мнеmпо академика Н.М. Страхова, кшщен
трация солей в них не ~ревышала 2,5 %, тогда как соле
ность современных океанических вод в среднем состав
ляет 3,5 %. В химическом составе вод преобладали такие соединения, как Si02, Fe, Mn, НС03, С02, выносимые
из гранитного слоя коры. Отсутствие океанической рас
тительности и организмов, усваивавiШIХ кремнезем (та
ких, например, как современные диатомовые водорос
ли, радиолярии, rубки), приводило к накоплеmпо его в морской воде и осаждеmпо. Поэтому в древних толшах
много кремнистых пород типа кварцита.
Необычной была и атмосфера. В архее и в первой по
ловине протерозоя она бьша практически бескислород
ной. Заметное количество кислорода появилось позже, в
конце протерозоя, как результат фотосинтеза растений, тогда же преобладали углекислота, водород, аммиак, со
держался 1акже азот, сероводород, редкие газы. Атмос фера обладала восстановительным характером и гора:що меньшей плотностью, чем современная. Естественно
возникает вопрос: на основании чего можно делать та-
кие выводы? Оказывается, что, изучая реликтовые газы в минеральных включениях кварцевых пород, образо
вавшихся в океанах архея и протерозоя, можно устано
вить содержание газов в морской воде и состав атмосфе-
ры того времени. Такие исследования бьmи проведены
сибирскими учеными. Ю.П. Казанский, например, до казал, что в обломках кварцитов архейского возраста кон
ценrрация углекислоть1 равна 44,2 %, а кислорода 5,5 %.
Впородах протерозоя эти значения соответственно рав
ны 34,5 и 13,7 %, в палеозойских породах- 7,6 и 18,0 %.
Всовременной же морской воде углекислоть1 содержит-
ся 3,2 %, кислорода 34,1 %. Отсюда следует, что от архея
до наших дней в гидросфере и атмосфере происходит
неуклонное увеличение кислорода и уменьшение угле
кислоты. Считается, что рост доли кислорода в атмосфе-
~
м
.....
2
3
о
Q.
с:
!S!
ID
u
.....
3
~
•
75
ре происходил неравномерно. Так, например, резкое по
вьШiение произошло в девонекарбоне (350-300 МJПI.
лет назад). Затем содержание кислорода уменьшилось, и
в триасе (примерно 200 млн. лет назад) его бьmо в три
раза меньше современного. В середине мезозойской эры (около 150 МJПI. лет назад) произошло новое повьШiение
массы кислорода, достигшей современного значения.
Специфика гидросферы и атмосферы архея и раннего протерозоя определила и своеобразный комrтекс осадков
и полезных ископаемых того времени: широкое развитие
получили кремнистые породы (кварциты и джеспилиты).
Джеспилиты, представляющие собой железистые кварци
ты, встречаются в колоссальном изобилии в древних тол
щах, но практически отсуrствуют в позднем протерозое, в
палеозойских и более молодых отложениях. Часто джес
пилиты образуют высококачественные железные руды.
Месторождения железа такого типа известны в районах Курской магнитной аномалии (КМА), Кривого Рога, в
Северной Америке, в Африке. Содержание железа дости гает при этом 62 %. О масштабах железонакопления архея
и раннего протерозоя можно судить по установленньiМ
запасам железных руд: запасы древних руд оцениваются в
3 000 млрд. т, тогда как запасы железных руд последую
щих эр не превьШiюот 135 млрд. т.
Среди осадочных пород раннего протерозоя сравни
тельно широко развиты известняки и доломиты, образо
ванию которых способствовало широкое распростране
ние в атмосфере и гидросфере со2 и нсоз.
а:~ Интересно, что в древних толщах отсутствуют камеи
~ ная соль, ангидриды, гипс, фосфориты. Причины этого s
а. полностью не выяснены. Остается добавить, что все оса-
~ дочныепородыархеяираннегопротерозояобломочного
~ или химического происхождения.
Несмотря на большие масштабы развития осадочных
8 отложений в древних океанах (имеются в виду и те ме-
76
таморфические породы, коrорые образовзлись из осадоч ных), они состаШIЯЮТ ЛШIIЬ 40% от общего объема по
род архея (по данным А.И. Тугаринова). В середине про
терозоя их удельный вес уже достиг 80 %. К позднему
протерозою интенсивность маrматических процессов рез ко уменьшилась, о чем можно судить по сокращению
объема магматических пород с 60 до 20 %.
КЛИМАТ АРХЕЯ
Начиная с архейской эры, когда уже возникли гидро сфера и атмосфера, ведуЩуЮ роль в распределении тепла
на поверхности планеты играет энергия Солнца. Если
это так, то на Земле уже в архейскую эру должна была
бы существовать КJШМатическая зональность, поскольку
количество СОJm:ечного тепла зависит от широты местно
сти.
Наличие КJШМатических зон в архее может быть под
твер:жцено некоторыми, хотя и единичными, фактами.
К ним относятся, в частности, находки древних мета
морфизованньrх ледниковых отложений - тиллитов. Ос
татки их установлены, например, в Северной Америке,
вЦентральной и Южной Африке, в Южной Австралии,
вСибири. Центр древних оледенений определить пока
s;
не удается. Для Северной Америки известно, что следы ~
ледников и пуrи их движения прослеживаются в широт- |
~ |
ном направлении почти на 1850 км к северу от 42° с.ш. |
2 |
Установлено также, что мощность тиллитов раннего про- |
3 |
терозоя достигает 160-180 м. Толща состоит из переела- |
о |
§- |
|
ивающихся ТИJUIИТовьrх горизонтов и глинистых слан- |
!D |
дев, накопление коrорьrх происходило уже в озерньrх или |
ш |
ffi |
|
речньrх условиях. Следовательно, эпохи оледенения че- |
g |
редовались с межледниковыми эпохами, когда размеры |
а |
ледника сокращались и на его месте возникали озералед- |
с§ |
никового происхождения. |
|
По мнению Н.М. Страхова, древнее оледенение носи- |
8 |
77
ло горный характер. Таких ледников, какие мы видим
сейчас в Анrарктиде площадью до 13 МJШ. км2, в архейс
кую и протерозойскую эры, верояnю, не бьmо, так как не
бьто еще обширных кшrrинентальных массивов. Скорее
всего, ледники покрывали вершины отдельных гор или
горных массивов и языками спускались к подножиям.
Наряду с ледниковыми отложеiШЯМИ в древних тол
щах встречаются и метаморфизованные органические ос татки, очевидно, растительного происхоЖдения (скорее всего, водоросли)- это различные графитовые сла1щы,
включения графита в другие породы. Косвенно развитие
примитивной растительности в древних океанах указыва
ет на сравнительно теплый климат, существовавший в от дельных зонах земного шара. Возможно, что теплый кли
матический пояс располагался по побережью океана Те тис. На основании этих скудных данных можно сделать
вывод лишь о наличии климатической зональности, су
ществовавшей на Земле 2-3 млрд. лет назад. Как прохо
дили климатические пояса и какие именно пояса суще
ствовали - об этом пока ничего не известно.
В последнее время распространяются уrверЖдения: о необычайно высоких температурных условиях в древней
атмосфере и гидросфере нашей планеты. В частности,
доказывается, что примерно 3,8 млрд. лет назад темnера
тура океанических вод достигала 100 ос; 3 млрд. лет на
зад темпера1)1Jа атмосферы и гидросферы на Земле в сред
нем составляла уже 70 ос. Почти два миллиарда лет по
надобилось, чтобы она понизилась до 30 ос. Как вИдим,
палеогеография архея еще во многом противоречива и
~ оченьдалека от своей окончательной расшифровки.
а.
3 САМЫЕ ПЕРВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
~Породы архея и раннего протерозоя дошли до нас в
сильно измененном состоянии. Высокие давления и тем-
•пературы иреобразовали первоначальный облик породы,
78
уничтожив всякие следы древней жизни. Поэтому изуче
ние древнейшего животного и растительного мира связа
но с огромными трудностями. Однако за последнее время с помощью современных приборов удалось кое-что про
ненить и в облике самых первых организмов на Земле. Изучая с помощью электронного микроскопа, хими
ческих и изотопных анализов сланцы свиты Онвервахт,
возраст которых превышает 3,2 млрд. лет, ученые Ари
зонского университета обнаружили в них тысячи мель чайших образований сферической, нитеобразной и скор луповидной формы. Размеры частиц не превышали 0,01 мм. Исследования проводились в специально оборудо
ванной лаборатории, исключавшей возможность загряз нения образцов посторонними организмами. Найденные образования представляют собой окаменевшие остатки одноклеточных морских водорослей. Однако другие ис
следователи критически относятся к этим выводам, по
лагая, что эти образования могут имеп. небиологическое
происхождение. В еще более древних породах Западной Австралии (разрез Пилбара, возраст 3,5 млрд. лет) обна ружены строматолитыособые формы структур, свя занные с деятельностью синезеленых водорослей.
Подобные остатки водорослей и бактерий в породах с изотопным возрастом 2,7-3,1 млрд. лет обнаружены в кремнистых и железистых сланцах Северной Америки,
Центральной Африки и Австралии. Эти находки дают
основание полагать, что к началу архейской эры закон-
чилась химическая эволюция и началась биологическая. Возможным подтверждением этого является недавно еде-
ланное открытие учеными ФРГ, Дании и Швеции, которые обнаружили в горячих сернистых источниках Исландии неизвестные ранее науке термостойкие бактерии.
:s:
~
м
~
3
о
а. t:::
ID
~
g
~
Эги организмы преспокойно живут в кипятке, а серу они ~
используют в качестве ежедневного рациона. Еще более
сенсационное открытие бьшо сделано при исследовании •
79
горячих струй, бьющих со дна Тихого океана в районе
Воеточно-Тихоокеанского хребта (21° с.ш.). Эrо так на
зываемые «черные гейзеры~> (или <<Черные курильщики~>).
Давление воды в районе их действия 25 МПа, а темпера
тура поднимается вьШiе 350 ас. И в этих условиях были
обнаружены термостойкие бактерии. Мнение ученых: от
крыты реликrовые бактерии, обитавшие на Земле 4 млрд.
лет назад!
На основании изложенного можно с большой долей
достоверности предполагать, что уже в океанах архея и
раннего протерозоя господствовали простейшие однокле
точные организмы: бактерии, водоросли, грибы, простей
шие животные. Нельзя исключать и возможность засе
ления бактериями и лишайниками древней суши. Орга
ническая жизнь могла тогда развиваться непосредствен
но в горных породах, которые служили своеобразным
щитом, укрывавшим древние организмы от губительно
го космического излучения. Интересные находКИ, дока
зывающие возможность жизни внутри камня, бьmи сде
ланы биологом Фридманном в 1974 г. Им бьша обнару
жена в Антарктиде колония микроскопических лишай
ников, живущих в глыбах песчаника, причем они нико
им образом не выдают своего присутствия на поверхнос
ти камня.
В архее происходило приспособление первых организ
мов к различньiМ формам питания. Одни организмы ус ваивали в процессе фотосинтеза питательные вещества
из воды, углекислотыинеорганических солей (автотро-
СD фы); другие либо жили за счет автотрофов (rетеротро
~фы), либо питались разлагающимися органическими oc-
g. татками (сапрофаги). Происходило деление органичес-
~кого мира на царство растенииu и царство животньrх.
~В протерозое, по-видимому, появились первые мно-
гоклеточные организмы. Эrо наиболее примитивные фор-
•мы без четко дифференцированных тканей. К ним от-
80