ГОРЫ В ЕВРОПЕ И АЗИИ

Я знаком с несколькими геологами‑альпинистами, но многие люди, которые увлекаются таким времяпрепровождением, не осознают, вероятно, насколько они обязаны своим удовольствием тектонике плит. Такие горы, как Монблан и Эверест – если назвать наудачу всего два знаменитых среди альпинистов пика, – обязаны своим существованием в конечном счете расколу Гондваны, медленному движению с юга на север нескольких обломков континентов и их последующему столкновению с лежащими на севере массивами суши. Эти столкновения, породившие обе эти горные вершины, произошли в кайнозое. Таким образом, кайнозой вполне можно было бы назвать и эрой гор, а не только эрой млекопитающих. На протяжении ее сравнительно короткого – всего 66 миллионов лет – временного промежутка произошло огромное по масштабам горообразование.

^{Рис. 11.6. По мере того как континенты, составлявшие прежнюю Гондвану, двигались на север и сталкивались с Европой и Азией, формировались гигантские горные цепи (показано особым узором на сером фоне), простирающиеся от северо‑западной Африки и Альп до Гималаев и далее до Индонезии. Приводится с изменениями по рисунку 15.29 из книги: Р. X. Дотт, мл., и Д. Р. Протэро, 5‑е изд., изд‑во «Мак‑Гроо‑Хилл», 1994. Использовано с разрешения.}

Карта рельефа земных полушарий показывает, что на Земле имеется практически непрерывная полоса, которая протянулась от Испании и Северной Африки через Европу и Ближний Восток в Индию, Китай и даже в Индонезию. Этот горный пояс в схематизированной форме показан на рис. 11.6. Хотя отдельные части этого огромного горного региона имеют разные названия ‑Пиренеи, Альпы, Кавказ, Памир, Гималаи и другие, – все они возникли, когда континенты древней Гондваны столкнулись с Европой и Азией.

В меловой период, уже в конце мезозойской эры, южнее Европы и Азии располагался океан Тэтис. Берега его омывались теплым биологически продуктивным мелководьем. Осадки, которые здесь накапливались, содержали много органического материала, который сейчас обеспечивает значительную часть мировой потребности в нефти. Но дни этого океана уже были сочтены. В ответ на раздвиг океанского дна в Атлантическом океане и южных океанов вокруг Антарктиды Африка устремилась на север, к Европе. В общем смысле можно сказать, что Альпы и связанные с ними горы всей Европы, Северной Африки и восточной части Средиземноморья образовались в результате столкновения между Африканским блоком и Евразией. Однако в природе редко все бывает просто и ясно, и процесс образования Альп не является исключением. Даже те геологи, которые изучали Альпы всю свою жизнь, были озадачены некоторыми аспектами их геологии. Но если несколько отступить назад и начать мазки широкой кистью, можно понять общую линию.

В регионе, находящемся южнее Европы, Тэтис никогда не был широким морем. Как отмечалось в главе 9, этот океан образовался в течение мезозоя в результате прогрессирующего раскола Пангеи, продвигавшегося с востока на запад. Помимо главной африканской плиты, в то время существовало, по‑видимому, еще несколько микроплит, мелких осколков континентов, в пределах океана Тэтис между Африкой и Европой – осколков процесса, который расколол эти две континентальные массы. Первоначальные стадии образования Альп относятся к началу кайнозойской эры, когда эти микроплиты столкнулись с Европой, сжимаясь и наползая на свои же более северные континентальные части вместе с фрагментами бывшего здесь раньше морского дна и отложениями континентального шельфа. Два из таких микроконтинента образуют регионы, которые мы сейчас знаем как Италию и Испанию.

Формирование Альпийского пояса продолжалось, когда Африканская плита стала непреклонно нажимать на север, в сторону Евразии, закрывая постепенно пролив Тэтис. Поскольку приблизительно в то же время северные части Атлантического океана все больше открывались, благодаря раздвигу морского дна, то между Африканской и Европейской плитами происходило также движение (сдвиг) в широтном направлении, приводя к вращению и дроблению обеих микроплит и окраин континентов и тем самым значительно осложняя задачу геологов, пытающихся раскрыть историю возникающих в результате этих событий горных систем.

Столкновения между континентами обычно происходят в растянутой временной шкале, даже в геологическом смысле. Частично это обусловлено медленностью движения плит, а также тем, что очертания континентального края обычно имеют неправильную форму, и даже если они прямолинейны, то во время столкновения они чаще всего не параллельны. Процесс столкновения, образовавший Альпы и связанные с ними горы Европы, Северной Африки и восточного Средиземноморья, не является исключением. Он продолжался в течение большей части кайнозоя, закончившись меньше десяти миллионов лет назад. Это было сложное, многоаспектное событие, но по причине своей относительной молодости образовавшиеся горы весьма способствовали постижению разнообразных процессов, происходивших раньше во время аналогичных процессов столкновения плит, в результате которых возникли более древние, ныне значительно эродированные горные цепи вроде Аппалачских гор в восточной части Соединенных Штатов.

Одним из наиболее захватывающих аспектов геологии Альп является наличие в них так называемых покровов. Эти структуры являются немыми свидетелями огромных сжимающих сил, действующих в процессе столкновения континентов. Можно предложить хороший способ представить себе, что такое тектонический покров, не наблюдая его непосредственно. Вообразите, что с помощью длинной палки вы приподняли прямоугольный ковер за его центр, так что часть его свисает вертикально, имея двойную толщину, в то время как остальная часть ковра лежит плоско на полу. Затем сдвинем палку в сторону, слегка покачивая ею из стороны в сторону и опрокинув складку на лежащую на полу часть ковра. Большая часть ковра окажется в складках. Покровы представляют собой огромные складки, образованные слоями твердых пород, лежащими сейчас более или менее горизонтально, так что длина их от основания до замка во много раз превышает их толщину. Эти гигантские складки часто протягиваются в направлении поперек их общего простирания на десятки километров поверх толщ пород совершенно иного происхождения. В древних коллизионных (от «коллизия» – столкновение) горных поясах, в которых, вследствие эрозии или метаморфизма, сохранились только фрагменты таких структур, их расположение относительно окружающих пород нередко бывает очень загадочным. Даже в Альпах покровы очень часто являются частично разрушенными эрозией, но обычно их можно проследить от пика до пика через эродированные долины.

И в наши дни в средиземноморском регионе все еще продолжается субдукция как результат общего движения Африки на север и продолжающегося столкновения между Евразийской и Африканской плитами. В этом процессе часть дна Средиземного моря заталкивается под Европу. Отличительным признаком зоны субдукции является череда, или дуга вулканических островов над нею. Активные вулканы островов, лежащих напротив северного берега Сицилии, таких как Стромболи и Вулькано, а также греческие острова в северной части Эгейского моря, – все они обязаны своим существованием тому же процессу, который образует вулканы Алеутских островов, Индонезии и Анд: вода, захваченная погружающейся частью плиты и затягиваемая вместе с последней в глубины Земли, понижает точку плавления уже горячей мантии и вызывает плавление ее.

Если Африканская плита будет продолжать движение на север, то Средиземное море в конце концов ожидает та же судьба, что и его предшественника – океан Тэтис, и когда Африка и Европа далее сблизятся, оно в конце концов исчезнет. И действительно, существуют данные, полученные в результате работ по Проекту глубоководного бурения, что в прошлом уже были периоды, когда Средиземное море переставало существовать, хотя и не вследствие спайки Европы с Африкой. Обнаружены мощные (местами до километра) толщи солевых отложений, погребенные под нормальными осадками морского дна. Возраст этих отложений около шести миллионов лет; очевидно, приблизительно в это время Гибралтарский пролив временно закрылся, заблокировав обмен водой с Атлантическим океаном, и Средиземное море просто испарилось, оставив после себя только соль, которая была растворена в его водах.

Поскольку содержание соли в морской воде хорошо известно, то было простым делом рассчитать, сколько соли должно было отложиться после высыхания Средиземного моря. Однако оказалось, что наблюдаемая мощность толщ соли намного больше той, что должна была образоваться за время этого одного эпизода с высыханием моря. Отсюда можно предположить, что барьер, препятствовавший проникновению вод Атлантического океана в область Средиземноморья, был довольно хрупок и периодически прорывался (образуя грандиозные водопады, низвергавшие массы воды в Средиземноморский бассейн) и что мощные солевые отложения являются результатом неоднократных циклов наполнения и испарения этого бассейна.

Далеко к востоку от Средиземного моря и Альп располагается другая замечательная особенность рельефа Земли – Тибетское плоскогорье и Гималаи. Этот регион является самым крупным и высоким поднятием на нашей планете, родиной «противного снежного человека» и (в лучшие времена) Далай‑Ламы. Он также возник в результате раскола Гондваны и столкновения континента с континентом – в данном случае столкновения между Индией и Азией.,

Индия представляет собой часть той же литосферной плиты, которая несет на себе континент Австралию, как это видно на рис. 5.2, но при расколе Гондваны она отделилась от Антарктиды гораздо раньше, чем Австралия. К тому времени, когда сумчатые переселились сюда из Южной Америки, Индия уже отодвинулась от Антарктиды и на ее территории не было найдено никаких ископаемых остатков сумчатых. В течение десятков миллионов лет Индия буквально мчалась (выражаясь геологически) на северо‑запад, в сторону Азии, со скоростью более десяти сантиметров в год. Но с точки зрения тектоники плит это требует, чтобы находящееся между ними морское дно подверглось субдукции, и действительно, существуют доказательства этого, которые находятся в породах Гималаев. Здесь найдены метаморфизованные, но тем не менее распознаваемые остатки вулканических дуг, красноречивые признаки наличия зоны субдукции вдоль южного края Азии.

Около 55 миллионов лет назад – точное время события является предметом споров – началось великое столкновение. В течение длительного времени еще до него мелкие обломки коры – экзотические территории, если воспользоваться ранее применявшимся жаргоном, – были выдвинуты на Азию или вытолкнуты поверх погружающегося под нее морского дна. (Произошло расщепление надвигающейся с юга плиты: нижняя ее часть была задвинута под Азиатскую плиту, то есть подверглась субдукции, а верхняя часть, разбитая на обломки, была надвинута поверх края Азиатской плиты, образовав несколько «экзотических» блоков. – Прим. переводчика.) Теперь эти экзотические территории являются частью Тибетского плоскогорья. Но первый контакт с Индией произошел, видимо, в той области, которая сейчас образует его северо‑западный угол, после чего этот континент стал медленно поворачиваться против часовой стрелки, закрыв оставшееся пространство океана Тэтис, подобно гигантской челюсти. В ходе этого процесса мелкие куски морского дна, которые не подверглись субдукции, были надвинуты на сушу и сейчас их можно найти в Тибете. Некоторые из высочайших вершин Гималаев частично сложены океанскими осадками, происходящими из окраин пролива Тэтис, которые во время столкновения плит были оторваны и надвинуты на материк Азию.

Хотя хронология столкновения плит и может быть в какой‑то степени установлена с помощью абсолютного датирования образцов горных пород из Гималаев с помощью методов, основывающихся на радиоактивном распаде, как это описано в главе 6, все же не всегда можно определить, были ли эти породы образованы во время столкновения или же определенный их возраст фактически отражает более ранние события, а может быть и то, что геологические часы были заново заведены метаморфизмом. К счастью, существуют и дополнительные ключи к определению времени событий. Поскольку Индия с конца мезозойской эры была островным континентом, то есть еще до наступления века млекопитающих, то прибытие разнообразных групп континентальных млекопитающих, развившихся в Азии, представляет собой четкую границу в ископаемой летописи Индии. Это произошло 45 миллионов лет назад, что указывает на то, что в это время уже был установлен подходящий миграционный путь по суше между Азией и Индией.

Несмотря на тот факт, что столкновение между Индией и Азией началось более 50 миллионов лет назад, поднятие, которое привело к возникновению современных Гималаев, произошло гораздо позже. Как уже упоминалось, столкновение континентов – это событие, растянутое во времени, и долгое время Индия вращалась своей северной частью на северо‑восток, заперев моря вдоль всего своего северного края, прежде чем завершилась спайка континентов. Первые указания на развитие больших горных цепей получены из осадков, отложенных в Аравийском море, Бенгальском заливе и на самом Индийском континенте. Горы создают весьма своеобразные осадки. Независимо от типов встречающихся пород крутые горные склоны и быстрые сбегающие вниз потоки означают, что эродированные остатки пород, отлагаемые ими, будут, как правило, грубозернистыми. Такие осадки вначале появились в океане напротив устьев Ганга и Инда – главных рек, собирающих воду с Гималаев, – приблизительно в середине миоцена, около 20 миллионов лет назад. Аналогичные осадки появляются примерно в это же время в отложениях мелководных морей, которые в то время покрывали часть Индийского континента.

Скорость перемещения Индии на север резко снизилась, когда началось ее столкновение с Азией, но сжатие между этими континентами продолжается и по сей день. Силы, участвующие в таком столкновении, невообразимо велики. Кора Индии, состоящая из типичных континентальных пород с низкой плотностью, не может погрузиться глубоко в мантию – она слишком плавучая. Но по мере того как она дробилась об Азию, она все же попыталась следовать движению морского дна, которое погружалось в зону субдукции. При этом часть ее проскользнула под Азию, образовав там континентальную кору вдвое более мощную, чем где‑либо еще в мире. Сопровождавшие этот процесс огромные напряжения неизбежно вызвали раскол и растрескивание коры. Большая часть поднятия Гималаев за последние несколько миллионов лет происходила в форме выпячивания отщепов коры, которые в условиях двустороннего бокового сжатия были выжаты кверху вдоль круто падающих сбросов, когда Индия безжалостно нажимала в северном направлении в сторону Азии. Этот процесс был спорадическим, но непрерывным, шел внезапными рывками и сопровождался сильными землетрясениями: он включается, когда напряжения, действующие в трещинной зоне, становятся слишком большими и два соседних блока проскальзывают мимо друг друга.

Ближайшие окрестности Гималаев не являются единственным местом, где происходят разрушительные землетрясения, связанные со столкновением между Индией и Азией. По мере того как Индия продвигалась на север, кора утолщалась, части ее были задвинуты под кору Азии, а другие части вытеснены вверх вдоль плоскостей взбросов. Но это не могло погасить продолжающееся движение плит. Кроме того, части Азии были сжаты и повернуты к востоку, в сторону от направления все еще продолжавшегося движения Индийского континента. Большая часть этого движения происходила вдоль сбросов широтного направления, и оно все еще продолжается, поскольку Индия все еще продолжает свое движение на север. Последствия этих движений ощущаются за тысячи километров от этого района. Землетрясения, погубившие сотни тысяч жизней в Китае, произошли вдоль линий сбросов, связанных с этим столкновением. Также и озеро Байкал в южной Сибири, самое большое пресноводное озеро в мире, лежит в рифте, который образовался, вероятно, когда Азия подверглась сжатию со стороны Индии и повернулась под этим нажимом.

Прежде чем оставить тему горообразования в кайнозое, стоит вкратце коснуться воздействия таких событий на климат Земли. Мы уже видели, что движение континентов, изменяя пути циркуляции воды в океанах, может влиять на климат, как произошло, когда после раскола Гондваны Антарктида оказалась изолированной околополярным течением и на ней образовалась ледяная шапка. С другой стороны, на циркуляцию атмосферы влияют горы. Иногда они действуют как барьеры для приповерхностных потоков воздуха и могут сильно влиять на распределение атмосферных осадков. Это наблюдается вдоль западного берега Северной Америки, где влажный тихоокеанский воздух направляется вверх через хребты, подобные горам Сьерра‑Невада в Калифорнии, заставляющие его терять большую часть своей влаги. В результате этого к востоку от лыжного региона, где обычно зимние снега толщиной до 3‑4 метров, лежит сухая пустыня Долина Смерти. Гималаи и Тибетское плоскогорье оказывают еще более драматическое воздействие, поскольку они играют огромную роль в распределении индийских муссонов – части системы мировой циркуляции воздуха, которая влияет на распределение климата на всей планете. При приближении лета солнце нагревает высокое Тибетское плоскогорье и воздух над ним, вызывая изменения в общей схеме атмосферной циркуляции, которые притягивают влажный тропический воздух и способствуют выпадению осадков с юга на запад в сторону Индийского субконтинента. Тщательное изучение ископаемой летописи из этого района показало, что сильные сезонные муссоны, которые отличают современный климат этой области, появились только после поднятия Гималаев и Тибетского плоскогорья.