Северный и Южный полюса кажутся почти незыблемыми ориентирами планеты, но в геологическом прошлом их положение относительно поверхности Земли могло существенно меняться. Причём новое исследование показывает: некоторые такие перестройки происходили гораздо быстрее, чем предполагалось. Необычно то, что обнаружить их удалось не по магнитным минералам, а по следам древних морей, наступавших на континенты и отступавших от них сотни миллионов лет назад.
Речь идёт об истинном смещении полюсов, или TPW. Название легко перепутать с изменением магнитных полюсов, однако это совершенно разные процессы. При TPW не магнитное поле меняет ориентацию и не отдельные тектонические плиты путешествуют по поверхности. Относительно оси вращения переориентируется вся твёрдая оболочка планеты — кора и мантия.
Условно Землю можно представить как вращающийся шар, поверхность которого медленно меняет положение относительно оси вращения. Область, расположенная ближе к полюсу, со временем способна оказаться на более низкой широте, а другая часть поверхности — приблизиться к полярной области. При этом сама ось вращения остаётся ориентиром, относительно которого происходит переориентация твёрдой Земли.
Обычно историю таких перемещений восстанавливают с помощью палеомагнетизма. Некоторые минералы при формировании породы сохраняют информацию о направлении существовавшего тогда магнитного поля. Сопоставляя множество подобных записей разного возраста, геологи реконструируют положение древних континентов и полюсов.
Но у этого метода есть ограничения. Магнитная запись может изменяться после образования породы, а движение отдельных тектонических плит необходимо отделять от переориентации всей планеты. Поэтому независимый способ проверки TPW особенно ценен.
Группа под руководством Мэтью Домейера из Университета Осло нашла такой источник информации в древнем уровне моря. Идея основана на простой физике: вращающаяся Земля не является идеальным шаром. Из-за вращения она немного сплюснута у полюсов и расширена в районе экватора.
Океанская поверхность стремится быстро приспосабливаться к гравитационному и вращательному потенциалу планеты. Твёрдая Земля тоже способна менять форму, но реагирует значительно медленнее. Поэтому при быстром истинном смещении полюсов возникает временное несоответствие между новой конфигурацией океана и ещё не успевшей полностью перестроиться твёрдой планетой.
Следствием становится характерное изменение относительного уровня моря. В некоторых частях планеты вода наступает на сушу, тогда как в других море отступает. Главное здесь не отдельное затопление одного континента, а глобальный пространственный рисунок.
Модель предсказывает особенно характерную структуру: две противоположные области относительного повышения уровня моря и две области понижения. Такой четырёхлепестковый, или квадрупольный, рисунок трудно объяснить простым глобальным увеличением количества океанской воды.
Именно его исследователи попытались найти в геологической летописи. Они использовали цифровые реконструкции континентальных затоплений за последние 320 миллионов лет. Карты показывают, какие участки континентов в различные эпохи находились под водой, а какие оставались сушей.
Временной интервал разделили на отрезки примерно по десять миллионов лет. Сравнивая последовательные реконструкции, исследователи отслеживали, где море наступало, а где отступало. Затем компьютерная модель проверяла, насколько наблюдаемая глобальная картина соответствует ожидаемому эффекту истинного смещения полюсов.
Анализ выявил четыре возможных эпизода быстрого TPW: примерно 200–190 миллионов лет назад, 150–140 миллионов, 100–90 миллионов и 30–20 миллионов лет назад. Однако степень уверенности для этих интервалов различается.
Наиболее убедительные результаты относятся к периоду около границы поздней юры и раннего мела — приблизительно 150–140 миллионов лет назад — и к середине мелового периода, около 100–90 миллионов лет назад. Именно для этих эпох восстановленная картина изменения уровня моря особенно хорошо соответствует прогнозируемой реакции океанов на быстрое истинное смещение полюсов.
Это важный результат, поскольку он получен принципиально другим способом, чем традиционные палеомагнитные реконструкции. Два независимых типа геологической информации способны проверить одну и ту же гипотезу с разных сторон.
При этом слово «быстрое» требует геологического масштаба. Речь не идёт о том, что континенты внезапно перемещались к экватору в течение нескольких лет или столетий. Даже относительно стремительные перестройки планеты разворачиваются на временных масштабах, огромных по человеческим меркам.
Почему вообще вся твёрдая оболочка Земли способна переориентироваться? Причина связана с распределением массы внутри планеты. Конвекция мантии, движение огромных масс пород и другие глубинные процессы постепенно меняют момент инерции Земли. Вращающееся тело стремится расположить свои массы относительно оси наиболее устойчивым образом, и при достаточно крупных внутренних изменениях планета может переориентировать свою внешнюю твёрдую часть.
Можно провести аналогию с вращающимся предметом, внутри которого перераспределили груз. Само вращение не прекращается, но наиболее устойчивое положение тела относительно оси может измениться. Земля, конечно, несравнимо сложнее: её мантия деформируется, литосферные плиты движутся независимо, а поверхность постоянно перестраивается.
Именно поэтому древние уровни моря оказываются неожиданно полезным свидетелем. Океан реагирует на изменение формы гравитационного потенциала быстро и оставляет геологические следы своего наступления на континенты. Миллионы лет спустя эти следы можно использовать как косвенную запись динамики всей планеты.
Но метод не превращает каждое древнее изменение береговой линии в доказательство движения полюсов. Уровень моря меняется по множеству причин: из-за тектоники, изменения объёма океанических бассейнов, климата и других процессов. Сила нового подхода заключается именно в поиске согласованного глобального пространственного рисунка.
Есть и ограничения, связанные с качеством геологической летописи. Чем глубже исследователи уходят в прошлое, тем меньше сохранившихся пород и тем сложнее точно восстановить древнюю географию. Континенты раскалывались, сталкивались и перемещались, океаны открывались и закрывались, а значительная часть старой океанической коры давно поглощена зонами субдукции.
Поэтому два наиболее выраженных эпизода особенно важны. Они показывают, что быстрое истинное смещение полюсов не обязательно было единичной аномалией. Исследователи допускают, что подобные события происходили и в более древней истории Земли, просто обнаружить их значительно труднее.
Работа также меняет взгляд на древний уровень моря. Обычно его используют для изучения климата, тектоники и эволюции океанических бассейнов. Теперь оказывается, что в глобальных наступлениях и отступлениях морей может быть зашифрована информация о том, как вся твёрдая оболочка планеты меняла ориентацию относительно оси вращения.
Земля выглядит стабильной лишь потому, что человеческая жизнь слишком коротка для наблюдения большинства геологических процессов. На масштабах сотен миллионов лет континенты собираются и распадаются, океаны исчезают, горные цепи возникают и разрушаются. А теперь древние береговые линии дают ещё одну подсказку: даже географическое положение полюсов относительно поверхности планеты не было таким постоянным, каким кажется сегодня.
- Понравилось: 18
А затем «Добавить на главный экран». 