Осадочные породы. Чтобы понять, как геологи оценивают возраст Земли, мы вкратце опишем те способы, которыми это делается

Чтобы понять, как геологи оценивают возраст Земли, мы вкратце опишем те способы, которыми это делается. Один из них основан на том, как образуются породы, особенно осадочные. (Обзор путей образования различных пород см. в гл. 5, табл. 5.2) Некоторые типы пород формируются очень быстро – например, вулканические породы, отложившиеся при извержении горы Сент-Хеленс. Однако другие породы, такие как осадочные, образуются очень медленно. Осадочные породы формируются посредством затвердевания отложений, таких как грязь, песок или известь в ходе процесса уплотнения и цементации. Когда отложения оказываются погребёнными под другими отложениями, они под давлением затвердевают. В конечном итоге среди частиц отложений растут минералы, цементирующие отложения в твёрдую породу. Таким образом глиняные отложения превращаются в породу под названием сланец, песочные отложения – в песчаник, а известково-ракушечные отложения – в известняк.

Сколько времени уходит на формирование осадочных пород? Требуются сотни тысяч лет на то, чтобы частицы породы выветрились и оторвались от гор, чтобы ручьи и реки сбили и истёрли их в округлые песчинки и частицы ила, а в конечном итоге принесли их в море, где они сбрасываются в качестве отложений в устьях рек. Даже через десятки тысяч лет такие отложения могут лежать всего в нескольких метрах под морским дном. Пример погребения прибрежных отложений мы видим в огромной дельте Миссисипи в Мексиканском заливе. Глубокие нефтяные скважины проходят через более, чем 6-километровую толщу отложений в Заливе, и, если на накопление всего лишь нескольких метров отложений ушли десятки тысяч лет, представьте себе те миллионы лет, которые потребовались на накопление там 6 км отложений. Лайелл, как оказывается, был слишком сдержанным в своих оценках времени накопления отложений в Мексиканском заливе, потому что он не знал, на какую глубину эти отложений уходят под Заливом.

Тектоника литосферных плит (дрейф материков)

Признание тектоники литосферных плит было крупнейшим достижением геологических наук во второй половине ХХ в. Тектоника плит успешно объясняет происхождение континентов, океанских впадин, горных поясов, зон вулканической и сейсмической активности и много других геологических особенностей Земли. Исходным положением теории тектоники плит является то, что литосфера Земли (её твёрдая кора и верхняя часть мантии) – это не единый, непрерывный слой. Литосфера разбита на неправильные «плиты», как если бы внешняя скорлупа Земли была треснувшей (рис. 3.5). Эти литосферные плиты очерчены границами, совпадающими с наиболее активными вулканическими и сейсмическими зонами, и с течением времени двигались относительно друг друга.

Рисунок 3.5. Шесть основных литосферных «плит» и несколько меньших покрывают поверхность Земли и с течением времени движутся в направлении, указанном стрелками. Края плит бывают трёх видов: 1) центры расширения, очер-ченные срединно-океаническими хребтами; 2) зо-ны субдукции, очерченные глубоководными впа-динами; 3) трансформные разломы (края плит, показанные зигзагами). Обратите внимание на то, как «рог» Южной Америки «вошёл» бы в «нишу» в контуре Африки, если бы Южноамериканская и Африканская плиты не расходились, а сходились.[69]

Теория тектоники литосферных плит была разработана на базе более ранней идеи, известной как дрейф материков. С тех пор, как были сделаны первые карты Атлантического океана, было видно, что материки Южной Америки и Африки можно совместить как элементы гигантской мозаики (рис. 3.5). Немецкий учёный Альфред Вегенер в 1915-1930 гг. отстаивал идею о том, что материки разъехались и, если их снова соединить, они образуют древний суперконтинент, который он назвал Пангея. Вегенер собрал в обоснование своей модели дрейфующих материков соответствующие данные по породам и окаменелостям на материках вокруг южной части Атлантического и Индийского океанов. Однако в его время геологи не приняли гипотезы Вегенера о дрейфе материков, потому что у него не было механизма, приводящего континенты в движение.

Гипотеза Вегенера о дрейфе материков была подтверждена только в 60-х гг. ХХ в., когда геологи начали сосредоточивать свои исследования на морском дне. Эти новые исследования выявили высокие горные цепи (срединно-океанические хребты), поднимающиеся с плоских участков районов (абиссальные равнины), длинные трещины (трансформные разломы) в океанском дне, расходящиеся от этих подводных гор под прямыми углами, и глубокие океанские впадины по краям материков (рис. 3.5). Всё более древний возраст пород по мере удаления от срединно-океанических хребтов подтвердил, что вдоль этих хребтов выступает на поверхность новый материал, и расширение морского дна постоянно отодвигает материки от хребтов.

Почему геологи так уверены, что континентальные плиты движутся, а морское дно расширяется? Потому что они могут измерить это движение. Скорость движения плит измеряется с помощью спутниковых систем глобального позиционирования (GPS), а также изощрённых измерений расстояний между станциями радиотелескопов на Земле относительно положения звёзд. Теперь известно, что атлантическое побережье США отодвигается от Европы со скоростью около 1,2 см в год и что побережье Калифорнии движется на север вдоль разлома Сан-Андреас со скоростью около 2,5 см в год относительно остальной части Северной Америки. 9-балльное землетрясение, вызвавшее в декабре 2004 г. катастрофическое цунами в Индонезии, было обусловлено тем, что Индийская плита со средней скоростью субдукции около 6,2 см в год заталкивалась под Бирманскую плиту. Некоторые части Тихоокеанской плиты там, где она дрейфует к Восточной Азии, движутся со скоростью до 7,5 см в год (это примерно скорость роста ногтей).

Важно, что все эти современные данные, подтверждающие движение плит, совмещаются с данными о древних породах. Возраст океанической коры прямо под восточным краем континента Северная Америка определён радиометрически как приблизительно 150 млн. лет, хотя возраст пород рядом со Срединно-Атлантическим хребтом – менее 1 млн. лет (рис. 3.6). Среднее расстояние между этими двумя точками в западной части Атлантического океана – около 4800 км. Разделив это расстояние на время, мы получим скорость расширения, равную примерно 1,2 см в год, что приблизительно равно той средней скорости расширения морского дна, которую мы можем измерить сегодня. Таким образом, тектоника плит – это ещё одно доказательство, что формы земного рельефа намного древнее 6000 лет.