Вулканическая активность

Осадочные слои содержат гораздо меньше следов вулканической ак­тивности, чем можно было бы ожидать от геологической истории, кото­рая, по мнению ученых, насчитывает миллиарды лет. Вулканические выб­росы включают лаву, пепел, шлаки и прочее. Извержения бывают незна­чительными, а могут быть и крупными, сопровождающимися выбросами многих кубических километров породы. Несколько лет назад один геолог, исходя из весьма сдержанной оценки, согласно которой все вулканы мира выбрасывают в среднем один кубический километр вулканического мате­риала в год, подсчитал, что за 3,5 миллиарда лет вся Земля должна была покрыться семикилометровым слоем такого материала. Поскольку на са­мом деле доля его достаточно мала, ученый сделал вывод, что интенсив­ность вулканической активности должна колебаться²².

В настоящее время земные вулканы выбрасывают, по всей видимости, около четырех кубических километров материала в год. Отдельные круп­ные извержение могут сопровождаться значительными выбросами. Вул­кан Тамбора (Индонезия, 1815) изверг 100—300 кубических километров; вулкан Кракатау (Индонезия, 1883) — 6—18 кубических километров; а вулкан Катмаи (Аляска, 1912) — 20 кубических километров²³. Подсчеты, включающие лишь крупные вулканические извержения за четыре десяти­летия (1940—1980), показывают среднее значение в 3 кубических кило­метра в год²⁴. Эта оценка не учитывает множество более мелких изверже­ний, периодически происходящих в таких регионах, как Гавайи, Индоне­зия, Центральная и Южная Америки, Исландия, Италия и т. д. Специалис­ты утверждают, что средний объем вулканических выбросов составляет 4 кубических километра в год²⁵.

Согласно классическому труду известного русского геохимика А.Б. Ро-нова, поверхность Земли содержит 135 миллионов кубических километ­ров осадков вулканического происхождения, что, по его оценкам, состав­ляет 14,4 процента от общего объема осадочных пород²⁶. Хотя цифра 135 миллионов звучит впечатляющие, это не так много по сравнению с тем ко­личеством осадочных пород, которые должны были бы отложиться в ре­зультате вулканической активности на протяжении длительных геологи­ческих эпох. Если современные темпы выброса экстраполировать на 2,5 миллиарда лет, то в земной коре должно содержаться в 74 раза боль­ше вулканического материала, чем имеется в настоящее время. Мощность этого вулканического слоя, охватывающего всю земную поверхность, пре­вышала бы 19 километров. Отсутствие подобных объемов едва ли можно объяснить эрозией, поскольку она лишь переносила бы продукты вулка­нических извержений из одного места в другое. Можно предположить так­же, что огромное количество вулканического материала исчезло в результате субдукции, о которой говорит тектоника плит, но и это объяснение не выдерживает критики. Вместе с вулканическим материалом исчезли бы и прочие содержащие его геологические слои. Однако геологическая колон­ка, включающая этот вулканический материал, по-прежнему хорошо про­сматривается по всему миру. Возможно, вулканической активности все-таки не 2,5 миллиарда лет.

ПОДНЯТИЕ ГОРНЫХ ХРЕБТОВ

Так называя твердая почва, которую мы предпочитаем иметь под нога­ми, не столь уж непоколебима, как нам кажется. Тщательные замеры по­казывают, что одни участки континентов медленно поднимаются, а другие погружаются. Основные горные хребты мира медленно поднимаются со скоростью несколько миллиметров в год. Для определения этого роста при­меняются точные измерительные методики. По оценкам ученых, в целом горы поднимаются приблизительно на 7,6 миллиметра в год²⁷. Альпы в Цен­тральной Швейцарии растут медленнее — от 1 до 1,5 миллиметра в год²⁸. Исследования показывают, что для Аппалачей темп поднятия составляет О—10 миллиметров в год, а для Скалистых гор — 1—10 миллиметров в год²⁹.

Мне не известны какие-либо данные, касающиеся точных замеров ско­рости поднятия Гималаев, однако в связи с тем, что на высоте 5000 метров была обнаружена тропическая растительность, существовавшая относи­тельно недавно, и окаменелые остатки носорога, а также на основании оп­рокинутых слоев ученые делают вывод о темпах поднятия, равных 1 —5 миллиметрам в год (при однородных условиях на протяжении длительных эпох). Считается также, что Тибет поднимается примерно с той же скоро­стью. Основываясь на структуре гор и данных об эрозии, исследователи определяют темпы поднятия Центральных Анд приблизительно в 3 милли­метра в год³⁰. Отдельные части Южных Альп в Новой Зеландии поднима­ются со скоростью 17 миллиметров в год³¹. Вероятно, самый быстрый по­степенный (не связанный с катастрофическими событиями) рост гор на­блюдается в Японии, где исследователи отмечают темпы поднятия 72 мил­лиметра в год на протяжении 27-летнего периода³².

Нельзя экстраполировать современные быстрые темпы поднятия гор на слишком далекое прошлое. При средней скорости роста, равной 5 милли­метрам в год, горные цепи поднялись бы на 500 километров вверх всего лишь за 100 миллионов лет.

Не поможет нам разрешить данное несоответствие и ссылка на эрозию. Темпы поднятия (примерно 5 миллиметров в год) более чем в 100 раз пре­вышают средние темпы эрозии, которые существовали, по оценкам уче­ных, до возникновения сельского хозяйства (около 0,03 миллиметра в год). Как уже говорилось ранее, эрозия идет быстрее в горных районах, и ее скорость постепенно уменьшается по мере понижения местности; следо­вательно, чем выше горы, тем быстрее они размываются. Однако, по неко­торым расчетам, чтобы эрозия не отставала от так называемых «типичных темпов поднятия», равных 10 миллиметрам в год, высота горы должна быть не менее 45 километров³³. Это в пять раз выше Эвереста. Проблема несо­ответствия скорости эрозии и темпов поднятия не остается без внимания исследователей³⁴. По их мнению, данное противоречие объясняется тем, что в настоящее время мы наблюдаем период необычайно интенсивного поднятия гор (нечто вроде эпизодизма).

Еще одна проблема для стандартной геохронологии заключается в том, что если горы поднимались с нынешними темпами (или даже значительно медленнее) на протяжении всей истории Земли, то геологическая колон­ка, включая ее нижние слои, которым, по оценкам геологов, сотни милли­онов, а то и миллиарды лет, должна была давным-давно подняться и исчез­нуть в результате эрозии. Однако все древние отделы колонки, впрочем как и более молодые, хорошо представлены в геологической летописи кон­тинентов. Горы, где наблюдаются необычайно высокие темпы поднятия и эрозии, по всей видимости, не прошли и одного цикла, включающего ука­занные процессы, хотя на протяжении всех гипотетических эпох таких циклов могло быть не менее сотни.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наблюдаемые темпы эрозии, вулканизма и поднятия горных хребтов, пожалуй, слишком высоки для стандартной шкалы геологического време­ни, отводящей миллиарды лет на возникновение осадочных напластова­ний и эволюцию представленных в них форм жизни. Несоответствия весь­ма значительные (см. табл. 15.3), и потому ими нельзя пренебречь. Едва ли кто из ученых поручится, что условия, существовавшие на Земле в про­шлом, оставались постоянными настолько, чтобы обеспечивать одни и те же темпы изменений на протяжении миллиардов лет. Эти изменения могли идти быстрее или медленнее, но цифры, приведенные в таблице 15.3, по­казывают, насколько велики расхождения, когда мы сопоставляем совре­менные их темпы со шкалой геологического времени. Геологи выдвигают различные объяснения, пытаясь согласовать эти данные, однако их гипо­тезы в значительной мере строятся на догадках.

С другой стороны, с тем же успехом можно утверждать, что многие из вышеупомянутых процессов идут слишком медленно для креационной мо­дели, согласно которой возраст Земли не превышает 10000 лет. Однако этот довод не имеет большого веса, поскольку креационная модель вклю­чает катастрофический, всемирный потоп, способный во много раз уве­личить темпы каждого из этих процессов. К сожалению, наши знания об этом уникальном событии слишком скудны, чтобы мы могли произвести какие-то серьезные расчеты, однако последние тенденции в геологичес­кой науке в сторону катастрофических интерпретаций позволяют судить, насколько быстро могли происходить подобные изменения³⁵.

Факторы, противоречащие стандартной геохронологии Таблица 15.3

Фактор	Степень несоответствия, если в прошлом превалировали современные условия
Современные темпы эрозии континентов	За 2,5 миллиарда лет эрозия могла бы 125 раз размыть континенты до уровня моря.
Современные темпы вулканических выбросов	За 2,5 миллиарда лет вулканы могли бы извергнуть в 74 раза больше вулканического материала, чем имеется сейчас.
Современные темпы поднятия горных хребтов	За 100 миллионов лет горные цепи могли бы подняться до высоты 500 километров.

Можно попытаться согласовать современные высокие темпы измене­ний с геологическим временем, предположив, что в прошлом эти темпы были ниже, либо их отличала цикличность. Однако расчеты показывают, что отдельные процессы должны были протекать в десятки и сотни раз медленнее, чем сейчас. А это едва ли возможно, учитывая тот факт, что Земля прошлого не очень отличалась от Земли настоящего, о чем говорят виды животных и растений, встречающиеся в летописи окаменелостей. Ис­копаемые леса, к примеру, нуждались в значительной влажности, как и их современные аналоги. Кроме того, более медленные изменения в прошлом, по всей видимости, противоречат общему геологическому сценарию, со­гласно которому Земля была более активной в начале своей истории³⁶. Гео­логи считают, что в то время тепловой поток и вулканическая активность отличались гораздо большими масштабами. Возможно ли, чтобы ученые-эволюционисты поставили эту модель с ног на голову и заявили, что изме­нения в настоящее время идут гораздо быстрее? К сожалению, подобная тенденция совершенно не соответствует тому, что мы можем ожидать от эволюционной модели. Эта модель предполагает изначально разогретую Землю, остывающую до более стабильного состояния, а также темпы гео­логических изменений, медленно понижающиеся с течением времени на пути к равновесию.

Когда мы рассматриваем современные темпы эрозии и поднятия гор, периодически возникает один и тот же вопрос: почему геологическая ко­лонка так хорошо сохранилась, если подобные процессы протекают в течение миллиардов лет. Впрочем, нынешние темпы геологических измене­ний легко списываются в концепцию недавнего творения и последующего катастрофического потопа. Отступившие потопные воды должны были оставить после себя значительные части геологической колонки в том виде, в котором они пребывают и по сей день. В контексте потопа относительно низкие темпы эрозии, вулканизма и поднятия горных хребтов, наблюдае­мые нами ныне, могут представлять собой затяжные последствия того ка­тастрофического события.

Современная интенсивность геологических преобразований ставит под сомнение обоснованность стандартной шкалы геологического времени.

ССЫЛКИ

1. Smiles S. n.d. Self-help, chapter 11. Quoted in: Mackay AL. 1991. A dictionary of scientific quotations. Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing, p. 225.

2. Более полно эти и связанные с ними факторы обсуждаются в: Roth AA. 1986. Some questions about geochronology. Origins 13:64-85. Раздел 3 данной статьи, касающийся вопросов геохронологии, нуждается в обновлении.

3. a) Huggett R. 1990. Catastrophism: systems of earth history. London, New York, and Melbourne: Edward Arnold, p. 232; b) Kroner A. 1985. Evolution of the Archean continental crust. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 13:49-74; c) McLennan SM, Taylor SR. 1982. Geochemical constraints on the growth of the continental crust. Journal of Geology 90:347-361; d) McLennan SM, Taylor SR. 1983. Continental freeboard, sedimentation rates and growth of continental crust. Nature 306:169-172; e) Taylor SR, McLennan SM. 1985. The continental crust: its composition and evolution: an examination of the geo-chemical record preserved in sedimentary rocks. Hallam A, editor. Geoscience texts. Oxford, London, and Edinburgh: Blackwell Scientific Publications, pp. 234-239; f) Veizer), Jansen SL. 1979. Basement and sedimentary recycling and continental evolution. Journal of Geology 87:341-370.

4. I.e., Garrels RM, Mackenzie FT. 1971. Evolution of sedimentary rocks. New York: W. W. Norton and Co., p. 260.

5. JudsonS.RitterOF. 1964. Rates of regional denudation in the United States, Journal of Geophysical Research 69:3395-3401.

6. a) Dott RH, Jr.. Batten RL. 1988. Evolution of the Earth. 4th ed. New York, St. Louis, and San Francisco: McGraw-Hill Book Co., p. 155. Другие авторы, использующие те же оценки: b) Garrels and Mackenzie, p. 114 (note 4); с) Gilluly J. 1955. Geologic contrasts between continents and ocean basins. In: Poldervaart A, editor. Crust of the earth. Geological Society of America Special Paper 62:7-18; d) Schumm SA. 1963. The disparity between present rates of denudation and orogeny. Shorter contributions to general geology. G.S. Geological Survey Professional Paper 454-H.

7. Sparks BW. 1986. Geomorphology. 3rd ed. Beaver SH, editor. Geographies for advanced study. London and New York: Longman Group, p. 510.

8. a) Ahnert F. 1970. Functional relationships between denudation, relief, and uplift in large mid-latitude drainage basins. American Journal of Science 268:243-263; b) Bloom AL. 1971. The Papuan peneplain problem: a mathematical exercise. Geological Society of America Abstracts With Programs 3(7):507,508; c) Schumm (noteGd).

9. Ruxton BP, McDougall 1.1967. Denudation rates in northeast Papua from potassium-argon dating of lavas. American Journal of Science 265:545-561.

10. Corbel J. 1959. Vitesse de L'erosion. Zeitschrift fur Geomorphologie 3:1 -28.

11. Menard HW. 1961. Some rates of regional erosion. Journal of Geology 69:154-161.

12. Mills HH. 1976. Estimated erosion rates on Mount Rainier, Washington. Geology 4:401-406.

13. OHierCD, Brown MJF. 1971. Erosion of a young volcano in New Guinea. Zeitschrift fbr Geomorphologie 15:12-28.

14. a) Blatt H, Middleton G, Murray R. 1980. Origin of sedimentary rocks. 2nd ed. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, p. 36; b) Schumm (note 6d).

15. Площадь поверхности наших континентов составляет примерно 148429000 квадратных километров. При средней высоте континентов 623 метра объем составляющих их пород, находящихся выше уровня моря, равен приблизитель­но 92471269 кубическим километрам. Если считать, что средняя плотность пород равна 2,5, то их масса будет составлять 231171х10¹² тонн. Если поде­лить это число на 24108x10⁶ тонн осадков, переносимых мировыми реками в океаны за один год, то получится, что полная эрозия континентов должна про­изойти приблизительно за 9,582 миллиона лет. То есть за 2,5 миллиарда лет при таких темпах эрозии континенты могли быть размыты 261 раз (2,5 милли­арда разделить на 9,582 миллиона).

16. Например: Blatt, Middleton, and Murray, p. 18 (note 14a).

17. Остаток древних осадочных пород должен быть весьма незначительным. Все осадочные породы (включая значительную часть тех, что находятся ниже уров­ня моря) должны были подвергнуться неоднократной эрозии. Общая масса осадочных пород составляет 2,4x10¹⁸ тонн. Реки до развития сельского хозяй­ства переносили приблизительно 1x10'° тонн в год, так что эрозионный цикл должен быть равен 2,4x10¹⁸, деленному на 10x10⁹ тонн в год, что составляет примерно 240 миллионов лет, или десять полных циклов эрозии осадочных по­род за 2,5 миллиарда лет. Это довольно сдержанные оценки; некоторые уче­ные полагают, что таких циклов было "от трех до десяти со времен позднего кембрия" ([a] Blatt, Middleton, and Murray, pp. 35-38; [note 14a]). Более того, элювий (остаток) осадочных пород на единицу времени еще значительней в некоторых более древних периодах (например, силуре и девоне) по сравне­нию с достаточно близкими к современности (от миссисипского до мелового) (см: [b] Raup DM. 1976. Species diversity in the Phanerozoic: an interpretation. Paleobiology 2:289-297). По этой причине некоторые ученые высказывают мысль о двух цикличных последовательностях изменений в темпах эрозии в фа-нерозое (например, [с] Gregor СВ. 1970. Denudation of the continents. Mature 228:273-275). Данная схема идет вразрез с гипотезами о том, что благодаря цикличности образовались более древние осадки меньшего объема. Кроме того, наши бассейны осадконакопления зачастую оказываются меньше в глубоких участках, ограничивающих объем самых нижних (древнейших) осадков. Кто-то может также заявить, что в прошлом из гранитных пород возникло гораздо больше осадков, чем мы сейчас имеем, и что лишь малая их часть осталась. Эти осадки могли перенести несколько циклов. Вероятно, самая серьезная пробле­ма, с которой сталкивается данная модель, заключается в химическом несоответствии между осадочными породами и гранитной корой Земли. Извержен-ные породы гранитного типа в среднем содержат более чем наполовину мень­ше кальция по сравнению с осадочными породами, в три раза больше натрия и в сто с лишним раз меньше углерода. Данные и их анализ можно найти в: d) Garrels and Mackenzie, pp. 237, 243, 248 (note 4); e) Mason В, Мооге СВ. 1982. Principles of geochemistry. 4th ed. New York, Chichester, and Toronto: John Wiley and Sons, pp. 44,152,153; f) Pettijohn FJ. 1975. Sedimentary rocks. 3rd ed. New York, San Francisco, and London: Harper and Row, pp. 21, 22; g) RonovAB, Yaroshevsky AA. 1969. Chemical composition of the earth's crust. In: Hart PJ, editor. The earth's crust and upper mantle: structure, dynamic processes, and their relation to deep-seated geological phenomena. American Geophysical Union, Geophysical Monograph 13:37-57; h) Othman DB, White WM, Patched J. 1989. The geochemistry of marine sediments, island arc magma genesis, and crust-mantle recycling. Earth and Planetary Science Letters 94:1-21. Подсчеты, основанные на предпосылке, согласно которой все осадочные породы возникли из магма­тических пород, дают неверные результаты. Следует пользоваться расчетами, строящимися на действительных измерениях различных типов осадков. Труд­но представить себе рецикличность между гранитными и осадочными порода­ми при подобном несовпадении основных элементов. Одна из более серьез­ных проблем заключается в том, как из гранитных пород с относительно низ­ким содержанием кальция и углерода может получиться известняк (карбонат кальция). Более того, переотложение осадочных пород в локализованном рай­оне на континенте, похоже, не решает проблему быстрой эрозии, поскольку цифры, используемые для расчетов, основываются на количестве осадков, по­падающих с континентов в океаны, и не включают локальное переотложение. Кроме того, обычно основные участки геологической колонки выходят на по­верхность и размываются в бассейнах главных мировых рек. Эта эрозия осо­бенно быстро идет в горах, где много древних осадочных пород. Почему эти древние осадки до сих находятся там, если они подвергаются переотложению?

18. a) Gilluly J, Waters AC, Woodford АО. 1968. Principles of geology. 3rd ed. San _ Francisco: W. H. Freeman and Co., p. 79; b) JudsonS. 1968. Erosion of the land, or what's happening to our continents? American Scientist 56:356-374; c) McLennan SM. 1993. Weathering and global denudation, Journal of Geology 101:295-303; (d) Milliman JD, Syvitski JPM. 1992. Geomorphic/tectonic control of sediment discharge to the ocean: the importance of small mountainous rivers. Journal of Geology 100:525-544.

19. Frakes LA. 1979. Climates throughout geologic time. Amsterdam, Oxford, and New York: Elsevier Scientific Pub. Co., Figure 9-1, p. 261.

20. Daily B, Twidale CR, Milnes AR. 1974. The age of the lateritized summit surface on Kangaroo Island and adjacent areas of South Australia. Journal of the Geological Society of Australia 21(4):387-392.

21. Проблема и некоторые общие ее решения приведены в: Twidale CR. 1976. On the survival of paleoforms. American Journal of Science 276:77-95.

22. Gregor GB. 1968. The rate of denudation in post-Algonkian time. Koninklijke Nederlandse Academic van Wetenschapper 71:22-30.

23. Izett GA. 1981. Volcanic ash beds: recorders of upper Cenozoic silicic pyroclastic volcanism in the western United States. Journal of Geophysical Research 868:10200-10222.

24. См. перечень в: Simkin Т, Siebert L, McClelland L, Bridge D, Newhall C, Latter JH. 1981. Volcanoes of the world: a regional directory, gazetteer, and chronology of volcanism during the last 10,000 years. Smithsonian Institution Stroudsburg, Pa.: Hutchinson Ross Pub. Co.

25. Decker R, Decker B, editors. 1982. Volcanoes and the earth's interior: readings from Scientific American. San Francisco: W. H. Freeman and Co., p. 47.

26. a) Ronovand Yaroshevsky (note 17g); b) Ронов говорите 18 процентах вулкани­ческого материала для одного только фанерозоя; см.: Ronov AB. 1982. The earth's sedimentary shell (quantitative patterns of its structure, compositions, and evolution). The 20th V. I. Vernadskiy Lecture, Mar. 12, 1978. Part 2. International Geology Review 24( 12): 1365-1388. Оценки объема осадочных пород по Роно-ву и Ярошевскому высоки по отношению к некоторым другим. На их выводы сильно повлияли расхождения. Общая расчетная толща: 2500х10⁶ лет х 4 ку­бических километра в год = 10000x10⁶ кубических километров, поделенных на 5,1x10⁸ квадратных километров = 19,6 километров в высоту.

27. Schumm (note 6d).

28. Mueller St. 1983. Deep structure and recent dynamics in the Alps. In: Нзь KJ, editor. Mountain building processes. New York: Academic Press, pp. 181-199.

29. Hand SH. 1982. Figure 20-40. In: Press F, Siever R. 1982. Earth. 3rd ed. San Francisco: W. H. Freeman and Co., p. 484.

30. a) Gansser A. 1983. The morphogenic phase of mountain building. In: Hsb, pp. 221-228 (note 28); b) Molnar P. 1984. Structure and tectonics of the Himalaya: constraints and implications of geophysical data. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 12:489-518; c) Iwata S. 1987. Mode and rate of uplift of the central Nepal Himalaya. Zeitschrift for Geomorphologie Supplement Band 63:37-49.

31. Wellman HW. 1979. An uplift map for the South Island of New Zealand, and a model for uplift of the southern Alps. In: Walcott Rl, Cresswell MM, editors. The origin of the southern Alps. Bulletin 18. Wellington: Royal Society of New Zealand, pp. 13-20.

32. Tsuboi C. 1932-1933. Investigation on the deformation of the earth's crust found by precise geodetic means. Japanese Journal of Astronomy and Geophysics Transactions 10:93-248.

33. a) Blatt, Middleton, and Murray, p. 30 (note 14a), основаны на данных из: b) Ahnert (note8a).

34. a) Blatt, Middleton, and Murray, p. 30 (note 14a); b) Bloom AL. 1969. The surface of the earth. McAlester AL, editor. Foundations of earth science series. Englewood Cliffs, NJ.: Prentice-Hall, pp. 87-89; c) Schumm (note 6d).

35. Несколько примеров можно найти в главе 12.

36. a) Kroner (note 3b); b) Smith JV. 1981. The first 800 million years of earth's history. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A 301:401 -422.