Дж. Д. Макдугалл
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ:
горы, животные, огонь и лед
БЛАГОДАРНОСТИ
Эта книга обязана своим появлением многим людям. Особенно я благодарен моим коллегам — сотрудникам, студентам и друзьям, бывшим и нынешним — по Институту океанографии Скриппса, от которых за долгие годы совместной работы я многое узнал. Их присутствие создает в Институте ту атмосферу, в которой наука и учеба идут рука об руку каждый день. Я уверен, что без этого окружения я не смог бы ни приступить к написанию этой книги, ни сохранить мой энтузиазм по отношению к этой работе.
Дома Шейле Макдугалл пришлось вытерпеть немало скучных вечеров и уик-эндов, и без особых жалоб, за что я ей навсегда благодарен. Кристоферу и Катерин пришлось на время стать подопытными кроликами, читая и выслушивая мои черновики; все же я услышал от них, что книгу можно читать, и даже кое-что понятно для неспециалиста, и что от нее не сразу клонит в сон.
Ал Левинсон, неизменно поощряя меня, прочел несколько частей рукописи и внес много ценных предложений. Рик Болкин оказал мне большую помощь и не раз поддерживал меня на протяжении всей работы, за что я ему очень благодарен. Гай Тэппер нарисовал или репродуцировал все иллюстрации весьма профессионально и за короткое время, чем внес большой вклад в эту книгу. В издательстве «Уайли» Эмили Луз с энтузиазмом поддержала этот проект, преодолела всяческие барьеры и обеспечила своевременный выход книги. Всем вам — моя благодарность.
Глава 1.
КАК ЧИТАЮТ КАМНИ?
В середине семнадцатого века Джеймс Ашер, весьма уважаемый ученый и прелат Англиканской церкви, широко известный в Ирландии и Англии, вычислил, что Земля была сотворена в 4004 году до нашей эры. Он пришел к этому заключению, тщательно изучив и дословно истолковав хронологию родословных Ветхого Завета. Следуя освященной временем традиции таких исследований, другие ученые его времени, — не утруждая себя поиском иных методов определения возраста Земли, — проверили расчеты Ашера. Они признали, что он правильно определил год, но можно было добиться куда большей точности: оказывается, Земля была сотворена в 9 часов пополудни 26 октября 4004 года до н.э.!
До сих пор геологические факультеты некоторых университетов в знак иронического уважения к Ашеру отмечают 26 октября день рождения Земли. Однако на самом деле Земля в миллион раз старше, чем вычислил достопочтенный Ашер. Ее истинный возраст равен четырем с половиной миллиардам лет. Ученые же начали осознавать всю безмерность геологического времени, когда после опубликования трудов Ашера минуло более столетия.
Таким образом, по человеческим меркам наша планета невероятно стара: четыре с половиной миллиарда лет — это такой отрезок времени, по сравнению с которым вся история человечества — лишь краткий миг. Геологические временные шкалы столь обширны, что только по аналогии можно получить некоторое слабое представление о бездне времени, отделяющем нас от возникновения Земли. Одна из таких аналогий представляет историю Земли в виде трехчасового фильма. По этому сценарию мы — как вид, конечно, а не лично вы или я — торжественно появились бы в кадре лишь в последнюю секунду. Эта книга, подобно трехчасовому фильму, представляет собой очень краткое путешествие по истории Земли — от возникновения солнечной системы до наших дней. Ее содержание выстроено в хронологическом порядке с некоторыми отклонениями, необходимыми для лучшего понимания истории Земли. Но читателя следует предупредить, что она лишь касается некоторых из главных фактов. Чтобы овладеть всеми известными подробностями захватывающего прошлого Земли, понадобится по крайней мере несколько человеческих жизней.
Для большинства из нас природный ландшафт кажется более или менее постоянным. Если не брать всякого рода бедствия, такие как извержения вулканов или мощные землетрясения, геологическая панорама ощутимо не меняется на протяжении отдельной человеческой жизни. Но Земля за свою историю была свидетелем множества трансформаций. За миллиарды лет своего существования наша планета претерпела не одну глобальную катастрофу, масштабы которой не имеют подобия в рамках человеческого опыта, видела возникновение и исчезновение бесчисленных видов животных и растений, которые более не населяют Землю, наблюдала, как возникают и затем исчезают целые океаны и горные цепи. Откуда же мы знаем о таких вещах? Частично наше понимание опирается на данные лабораторных экспериментов и математическое моделирование геологических процессов или даже на логические рассуждения, но большая часть его является результатом изучения горных пород.
В горных породах записана вся история Земли, в них же находятся ключи к ее прошлому. Их расшифровка не всегда является легким делом, и хотя многое уже известно, еще больше только предстоит открыть. Эта книга имеет целью удовлетворить ваш аппетит к такому знанию, ибо мало что приносит такое удовлетворение, как понимание происхождения нашей природной среды обитания или, может быть, нашего места в этом мире.
Наука о Земле, подобно другим научным дисциплинам, переполнена специальными словами и выражениями. Частично это вызвано тем, что горные породы, минералы, ископаемые остатки животных и растений, формы земного рельефа и т. п. нуждаются в именах, если мы хотим рассуждать о них научным образом. Второй причиной является необходимость учитывать огромную протяженность геологического времени. Геологи разделили историю Земли на определенные временные единицы и дали им названия, которые незнакомы большинству негеологов. Эти имена обычно взяты из названия какой-либо конкретной географической местности, где породы, характерные для конкретного временного периода, особенно широко распространены. В этой книге я старался свести к минимуму геологический жаргон, но незнакомые слова все же будут в ней время от времени появляться, причем некоторые из них довольно часто. В конце книги помещен небольшой словарик терминов. Рисунок 1.1 поможет вам также разобраться в геологической временной шкале. Эта временная шкала является проклятием для студентов подготовительных курсов по геологии, но большинство студентов все же преодолевает себя и заучивает названия эр, периодов и даже более дробных подразделений — после того, как им напомнят, что существуют такие вещи, которые просто заучиваются, — как, например, названия месяцев или результаты игр вашей любимой футбольной команды. Скоро это знание терминологии становится привычкой.
Рис. 1.1. Шкала геологического времени. Значения возраста показаны в миллионах лет от нашего времени, указаны также некоторые важные события истории Земли. Обратите внимание на два изменения на шкале в протерозойской ее части.
Границы между эрами, периодами и эпохами геологической временной шкалы первоначально определялись на основе ископаемых остатков животных и растений — составной части летописи, записанной в горных породах. На протяжении истории Земли различные виды и классы живых существ появлялись, расцветали на некоторое время и затем исчезали. Но временами по не совсем еще понятным причинам происходило быстрое и полное исчезновение целых отделов животного и растительного царства. Обычно после таких кризисов наступал быстрый расцвет новых, иногда совершенно непохожих видов. Такие внезапные изменения растительных и животных сообществ отражались в ископаемой летописи. Лишь совсем недавно геологи стали исследовать эти массовые вымирания с точки зрения возможности периодических катастроф, таких как, например, столкновения Земли с кометами или астероидами или драматические изменения климата всей Земли. Тем не менее, хотя интерпретации этих явлений могут меняться, сами записи об этих событиях всегда присутствовали в горных породах и были доступны для всех. Они и составили ту логическую основу, которая позволила первым исследователям Земли определить временные подразделения ее истории. Границы между ними были проведены там, где резко менялся характер ископаемых остатков. Упрощенная версия геологической временной шкалы показана на рис. 1.1. Читая эту книгу, вы, вероятно, не раз обратитесь к ней.
На первых порах связь между временной шкалой и горными породами может показаться не столь уж очевидной. Но картина проясняется, если подумать о том, как возникают осадочные породы, которые прежде всего использовались для определения временной шкалы.
Осадки накапливаются на земной поверхности зерно за зерном, иногда даже атом за атомом, обычно в воде. Осадочный материал является результатом эрозии (то есть размывания и разрушения пород поверхностными водами) и выветривания на суше, после чего составные части пород переносятся водными потоками в озера или моря. Большая часть осадков сначала представляет собой неконсолидированный (рыхлый, незатвердевший) материал наподобие ила или песка, который в результате действия ряда процессов твердеет и превращается в твердую породу. Осадки в процессе своего образования поглощают и сохраняют раковины, скелеты, листья, перья и другие части животных и растений, которые и образуют летопись биологической эволюции. Единичный выход таких пород может представлять собой результат тысяч или даже миллионов лет непрерывных отложений — при этом самые древние пласты всегда располагаются внизу, а самые молодые наверху разреза. Большая часть временной шкалы, приведенной на рис. 1.1, была построена путем сопоставления и обобщения тех частей этой летописи, изученных в самых разных частях света, которые по содержанию ископаемых остатков перекрывают друг друга. Но все же следует признать, что как накопление, так и сохранение ископаемых остатков зависит от капризов природы. Более того, когда понижается уровень моря или поднимаются толщи осадков, начинается эрозия, которая стирает часть геологической летописи. Следовательно, в ней имеется много пробелов. Это обстоятельство было серьезной проблемой для Дарвина, которому пришлось объяснять, почему летопись органических остатков не показывает подробно каждый шаг эволюции. В его знаменитой книге «Происхождение видов» этому вопросу посвящен целый раздел «О неполноте геологической летописи».