Эта книга — об известных современной науке и предполагаемых крупных катастрофах, в результате которых менялись очертания морей и континентов, рельеф и климат нашей планеты. Грозные события, происходившие в разные периоды истории Земли, возможно, оказали определенное влияние на ее геологическое развитие. Характеризуя причины возникновения катастроф, автор обращается к вопросам современной геологии, геофизики, метеорологии, биологии, истории. Настоящее издание переработано и дополнено новыми материалами.
Резанов И.А
Великие катастрофы в истории Земли
Предисловие
Наша планета существует уже 4,5 млрд. лет. За этот огромный интервал времени на ее поверхности постоянно происходили сложные физико-химические процессы, возникла жизнь, сформировалась атмосфера, содержащая кислород, развились сложно организованные животные и растения. Все эти изменения происходили очень медленно, растягиваясь на сотни миллионов лет.
Но на фоне постепенных (эволюционных) процессов случались и явления катастрофического характера, вызванные силами, таившимися в глубинах Земли или действовавшими из космоса. Игнорировать сам факт существования и роль таких событий в истории Земли было бы в наше время величайшей ошибкой. Следы катастроф тем труднее установить, чем они древнее. С течением времени «залечиваются» раны на теле Земли, появившиеся в результате гигантских землетрясений, стираются следы упавших метеоритов. Поэтому большинство катастроф в истории Земли, в частности гибель Атлантиды, остаются гипотетическими. В настоящее издание автор счел целесообразным включить некоторые материалы об этом событии из его книги «Атлантида: фантазия или реальность?» (М., «Наука», 1975).
Изучение катастрофических явлений позволяет объяснить некоторые особенности эволюции нашей планеты. В настоящее время паука и техника достигли такого высокого уровня, что мы уже можем предугадывать многие природные катастрофы, а в скором времени, несомненно, научимся и предупреждать их.
Описывая наиболее впечатляющие события из жизни пашей планеты, мы познакомим читателя с геологической историей Земли, расскажем об увлекательной профессии геолога, геофизика и географа — специалистов, изучающих природные процессы и разрабатывающих методы их предсказания.
Образование и эволюция Земли
Согласно современной теории происхождения планет, разработанной академиком О.Ю. Шмидтом, Земля образовалась путем аккумуляции твердого рассеянного вещества в виде частиц и тел различных размеров. Постепенно мельчайшие частицы и метеориты различных размеров объединялись в более крупные тела — астероиды, которые затем падали на образующуюся Землю. Советский астроном В.С. Сафронов рассчитал возможные размеры и массы тел, падавших на Землю. Оказалось, что значительная часть нашей планеты образовалась за счет крупных тел.
Массы наибольших тел, падавших на Землю, были оценены по наблюдаемому сейчас наклону оси вращения Земли. Как известно, вращение планет состоит из двух компонентов разной природы: регулярного прямого вращения, связанного с вращением всей системы, и нерегулярного, случайного, возникшего в результате падения на планету крупных тел. Последнее определяет наклон оси ее вращения. В.С. Сафронов показал, что при существующем сейчас угле наклона земной оси 23,5° массы наибольших тел, падавших на Землю при ее образовании, достигали 1/1000 массы Земли. Следовательно, поперечник их мог быть до 1000 км. Трудно вообразить масштабы катастрофы, если тело весом 1 000 000 000 млрд. т, падающее со скоростью 11 км/с, столкнется с Землей. Очень отдаленное представление о масштабе этого явления дают лунные кратеры и моря. Заметим, что лунные моря образовались в результате падения тел с поперечником всего несколько десятков километров, т. е. по массе в десятки тысяч раз меньше тех, которые падали на Землю. Выделившейся при ударе энергии достаточно, чтобы нагреть на сотни градусов слой толщиной больше поперечника упавшего тела. Следовательно, при диаметре астероида 1000 км глубина разогрева достигала 1000 км. В.С. Сафронов полагает, что заметная часть энергии падения больших тел оставалась внутри Земли и могла нагреть верхние ее слои более чем на 1000 °C.
Случайные явления сыграли огромную роль в жизни нашей планеты. Будь у крупнейших астероидов, падавших на Землю, другие размеры, скорость или угол падения, паша планета имела бы иной наклон оси, а значит, ширина тропического и умеренных поясов и полярных кругов была бы иной.
Формирование Земли как планеты, сопровождавшееся падением астероидов и метеоритов, продолжалось около 100 млн. лет. По сравнению с длительностью жизни человека срок этот огромен. Но если мы вспомним, что возраст Земли равен 4,5–5 млрд. лет, то получается, что образование ее из астероидов и метеоритов заняло лишь 2 % времени от всей жизни нашей планеты.
Рой астероидов, окружавших Землю, за 100 млн. лет рассеялся. Падения метеоритов стали реже. Масса планеты достигла примерно тех размеров, какие она имеет сейчас. Первая фаза ее развития закончилась, наступила следующая, о которой мы знаем еще очень мало. По теории О.Ю. Шмидта, Земля образовалась в результате падения холодных частиц и метеоритов. Следовательно, в этот начальный период развития она не была раскаленной. Но вот новейшие результаты изучения Луны заставили усомниться в таком выводе. Исследование лунных пород показало, что в начальный период своего развития Луна прошла через состояние общего плавления. Если сравнительно небольшое по размерам небесное тело — Луна — было сильно разогрето 5–4 млрд. лет назад, то есть основания считать, что и планета Земля, которая значительно больше Луны по размерам и потому медленнее отдает тепло, также была разогретой. Это подтверждают исследования древнейших пород с возрастом 4–3 млрд. лет, обнажающихся на земной поверхности в Гренландии, Южной Сибири и в ряде других мест. И хотя они сильно изменены более поздними геологическими процессами, все же до некоторой степени удается восстановить их химический состав и условия образования. Оказывается, что первоначально это были вулканические породы, возникшие в результате излияния на земную поверхность базальтовых лав.
Метеоритные кратеры
Некоторое представление о древних космических катастрофах дает обследование наиболее крупных метеоритных кратеров, сохранившихся до наших дней.
Следами падения крупных метеоритов на земной поверхности являются необычные кольцевые геологические структуры, получившие название «астроблемы» — звездные раны. Внутри астроблем наблюдаются радиальная деформация пластов раздробленных пород, необычные минералы и другие признаки, свидетельствующие о мощном ударном взрыве. Сейчас на Земле обнаружено более 100 таких кольцевых структур — мест падения гипотетических гигантских метеоритов. Но следует заметить, что кольцевые структуры во многом сходны с нарушениями земной поверхности, возникающими после некоторых вулканических извержений, — вулканическими кальдерами.
Поэтому вопрос о том, является ли данная кольцевая геологическая структура результатом падения метеорита или вулканического извержения, в каждом отдельном случае специально изучается. Происхождение некоторых из них остается дискуссионным на протяжении многих десятков лет. Причем сомнительны наиболее крупные кольца, которые образовались десятки и сотни миллионов лет назад. Так, существует предположение, что залив Св. Лаврентия в Канаде — часть гигантского ударного кратера диаметром около 290 км и глубиной порядка 6 км.
Метеоритные кратеры подразделяются на два типа.
Первый тип — ударные кратеры диаметром не более 100 м. Они образуются при частичном дроблении и выбрасывании горных пород и возникли вследствие падения относительно небольших метеоритов, летевших со скоростью не более 2,5 км/с.
Космос и жизнь
Возникновение жизни и катастрофы
Согласно наиболее разработанной в наше время гипотезе академика А.И. Опарина, выдвинутой впервые в 1924 г., жизнь возникла в определенный момент эволюции Земли как планеты. В тот период в насыщенной водяными парами атмосфере находились кислородные производные углеводородов, аммиак, циан и другие первичные органические соединения, обладающие высокой химической энергией и способные к дальнейшим превращениям. Их появление было возможно лишь при очень высоких температурах. По мере охлаждения Земли температура ее верхних слоев понизилась до 100°. С этого момента на земную поверхность устремились горячие ливни, образовавшие первородный кипящий океан. Вместе с водой упали на Землю и первичные органические вещества. В океане продолжался процесс взаимного присоединения этих веществ, приводивший к появлению все более крупных и сложных частиц. В результате, после того как подобные превращения длились многие тысячи лет, в первичной водной оболочке Земли возникли коллоидные растворы, из которых образовались сгустки студенистых кусков органических веществ, свободно плававших по поверхности океана. Эти сгустки геля в какой-то степени представляли собой первичные организмы (сложная структура, способность к поглощению веществ из внешней среды).
В результате последовавшей затем длительной и сложной эволюции, обусловившей совершенствование физико-химической структуры гелей, из них образовались уже настоящие первичные организмы со всеми присущими им функциями.
Гипотеза академика А.И. Опарина, как и большинство других, предполагает длительное эволюционное развитие органического вещества, прежде чем оно приобрело особенности живой материи. Но могла ли появиться жизнь в одно мгновение?
Существует гипотеза, ныне мало упоминаемая, которая связывает возникновение жизни на Земле с гигантской катастрофой — грандиозным столкновением сил космоса с силами Земли. Такое столкновение, блестяще иллюстрируя законы диалектического развития природы через борьбу противоположностей, прервало безжизненную эволюцию земной коры и внесло в нее те элементы и противоречия, которые, может быть, только и могли породить жизнь. Гипотеза эта принадлежит одному из величайших ученых современности — Владимиру Ивановичу Вернадскому.
Он считал, что наука способна определить условия, при которых зарождение жизни представляется единственно возможным. Любая жизнь является неразрывной частью живого вещества, составляющего особую часть нашей планеты — биосферу. Любой организм существует, только взаимодействуя с ней.
Магнитная броня Земли
Обнаружение с помощью спутников радиационных поясов вокруг Земли в корне изменило наше представление о значении магнитного поля в эволюции органической жизни.
Солнце, в недрах которого царит температура порядка 13 000 000 °C, а на поверхности — около 6000 °C, каждую секунду излучает 3,8·10
26
Дж энергии. На Землю попадает лишь одна двухмиллиардная доля энергии Солнца, но ее достаточно для возникновения и развития жизни. Солнце посылает на Землю два типа излучения: электромагнитные волны длиной от миллионных долей миллиметра до десятков километров и потоки заряженных частиц — корпускул, движущихся со скоростью около 1000 км/с и через одни-двое суток достигающих Земли. Часть космического излучения приходит из-за пределов Солнечной системы.
От большей части космического излучения жители Земли надежно защищены сложной системой различных физических оболочек, через которые проникает только видимый свет, небольшая доля прилегающих к нему ультрафиолетовых и инфракрасных лучей и узкий участок радиоволн. На подступах к Земле задерживаются и корпускулы, представляющие главным образом ядра водорода (протоны) и ядра гелия (альфа-частицы), а также незначительное количество ядер тяжелых элементов.
Спасительным экраном прежде всего является земная атмосфера. Однако, задерживая одну часть космической радиации, земная атмосфера достаточно свободно пропускает другую. Существенно помогает атмосфере магнитное поле Земли, вызвавшее образование ионосферы и двух поясов заряженных частиц вокруг Земли. Внутренний экваториальный пояс с наибольшей плотностью частиц расположен на расстоянии около 3600 км от поверхности планеты. Он опоясывает Землю кольцом от 35° ю.ш. до 35° с.ш. Внешний пояс, состоящий в основном из электронов, распространяется до широт 65°. Положение в пространстве, объем и плотность частиц в нем сильно меняются, расстояние от Земли колеблется в пределах 25–50 тыс. км. Главное защитное свойство этих поясов в том, что они выполняют роль ловушек для идущих от Солнца частиц с большими энергиями. Магнитное поле, отклоняя их от направления на Землю, вовлекает в кругооборот вокруг планеты. Замечено, что если двигаться от экватора к полюсу, то число попадающих на Землю заряженных частиц несколько возрастает (примерно на 10 %). В стратосфере широтный эффект в несколько раз больше, чем на уровне моря. На верхней границе атмосферы интенсивность космических лучей в районе экватора в 5 раз меньше, чем в полярных областях. В этом сказывается отсутствие постоянных поясов заряженных частиц над полярными областями. Однако это увеличение интенсивности корпускулярного потока в приполярных районах сравнительно невелико и не представляет опасности для жизни.
Благодаря магнитному полю наша планета окружена ионосферой — слоем разреженного ионизированного газа на высотах от 70 до 500 км. В этом слое текут мощные электрические токи. Ионосфера и расположенный ниже слой озона поглощают ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, которые, дойдя до поверхности, могли бы уничтожить на ней жизнь. У ионосферы есть еще одно замечательное свойство. Подобно зеркалу, она отражает радиоволны и делает, таким образом, возможной радиосвязь на Земле на большие расстояния.
Исчезновение динозавров
Французский ученый Ж. Кювье, основоположник палеонтологии — науки об организмах, живших на Земле в геологическом прошлом, в трактате «Рассуждение о переворотах на поверхности земного шара» (1830) изложил свои представления с связи смены фауны и флоры в истории Земли с великими геологическими переворотами, уничтожавшими живые организмы. Идеи Кювье вошли в историю науки как теория катастроф.
Ошибочность идей Кювье была очевидна для многих передовых биологов еще до появления учения Ч. Дарвина, но после того как в геологии восторжествовали эволюционные идеи Ч. Лайеля, а в биологии — Ч. Дарвина, теория катастроф сохранилась лишь в истории науки.
Как известно, согласно учению Ч. Дарвина, эволюция животного мира и растений определяется естественным отбором. Он устраняет одни генетические комбинации и способствует развитию других, более ценных с точки зрения приспособляемости. Однако объяснение эволюции Живого вещества только лишь как результата естественного отбора встречает ряд трудностей. Так, например, растения, являющиеся по сравнению с животными более пассивными организмами, должны были бы сравнительно слабо развиваться. На самом же деле цветковые растения, наиболее молодые и высокоразвитые, насчитывают гораздо большее число видов, чем млекопитающие. Возможно, этим объясняется в последние годы возврат некоторых палеонтологов к теории катастроф для того, чтобы объяснить причину резкого изменения форм организмов, населявших Землю в ее геологическом прошлом. Наиболее последовательно эти идеи в палеонтологии выражает немецкий ученый О. Шиндевольф. Он считает, что катастрофическое вымирание значительных групп организмов произошло в конце пермского периода (230–250 млн. лет назад). В то время исчезло около 24 групп (отрядов) различных представителей фауны, и в дальнейшем на протяжении 10 млн. лет имело место значительное ее обеднение.
Еще больше изменились фауна и флора в конце мезозойской эры, когда вымирание охватило не только морские группы, но и господствовавшую группу наземных четвероногих — динозавров.
Эти резкие скачки в палеонтологической летописи О. Шиндевольф связывает не с геологическими изменениями, происходившими на поверхности Земли, а с внезапными внешними факторами — мощными взрывами солнечной или космической радиации. Взрывы вызывали вымирание одних групп организмов и ускорение темпов возникновения мутаций в других. Возможный катастрофический характер отдельных периодов развития флоры и фауны предполагается и некоторыми другими советскими и зарубежными исследователями.
Климат и оледенения
На Камчатке на небольшом по площади участке долины одноименной реки находится гигантское кладбище мамонтов. Бивни, черепа, отдельные части и целые скелеты почти сплошной полосой обнажаются в обрыве реки и, размываемые водой, разносятся вниз по течению. Сотни гигантских северных слонов нашли здесь свою смерть. За пределами этого центрального участка долины Камчатки кости мамонта встречаются редко. Массовая гибель здесь травоядных гигантов была вызвана быстро наступившим похолоданием. Долину Камчатки со всех сторон окружают цепи вулканов и горных кряжей. Похолодание сначала привело к образованию ледников в горах. Постепенно площадь оледенения расширялась, а сами ледники, спускаясь в межгорную долину все ниже и ниже, в конце концов замкнули ее со всех сторон ледовым барьером. Остался маленький клочок земли в долине реки, не захваченный льдом. Сюда и перебрались мамонты со всей Камчатской долины. Несмотря на то, что ледники так и не покрыли этот небольшой кусочек земли, животные уже не могли выжить. Беда была не только в том, что для такого огромного стада площадь пастбищ оказалась недостаточной. Причиной катастрофы стали близлежащие ледники, резко понизившие температуру местности.
Кладбище мамонтов на Камчатке не единственный пример катастрофического влияния изменения климата на растительность и животный мир в эпохи великих оледенений.
Сейчас крупные ледники существуют лишь на высоких хребтах да в приполярных областях. Так, на Антарктическом материке мощность ледникового покрова достигает 4500 м, в Гренландии — 3300 м. Мощность языков крупных ледников Кавказа — 100 м, Тянь-Шаня и Памира — 560–600 м, ледника Федченко — около 1000 м.
Ледниковый покров 10000—20000 лет назад занимал огромные пространства нашей планеты. Большая часть Европы и Северной Америки была покрыта льдом. Спускаясь со Скандинавских гор, ледник достигал Волгограда и Киева, закрывал территорию Польши и Англии (рис. 6).
