Пробила дно

Астрофизик Сяолэй Чжан из Университета Джорджа Мейсона (США) представил статью, в которой доказывает, что распад суперконтинента Родиния вызван непрямым столкновением Земли и планеты-пришельца величиной с Марс. Ученый подвергает сомнению теорию континентального дрейфа и приводит аргументы в пользу своей версии. «Лента.ру» подробно рассказывает о научной работе исследователя и его смелой гипотезе.

В XIX и первой половине XX века среди геологов бытовало мнение, что Земля напоминает запеченное яблоко, которое постепенно остывает и уменьшается, а на ее поверхности возникают «морщины». На основе «яблочной гипотезы» возникла теория геосинклиналей, согласно которой отдельные участки земной коры опускаются, а затем поднимаются, формируя горные хребты. Однако еще в 1912 году ученый-геофизик Альфред Вегенер оспорил эту схему, предположив, что горообразование происходит из-за континентального дрейфа материков. В пользу своей версии он приводил тот аргумент, что очертания западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки совпадают, словно эти континенты были частью одного суперматерика.

В то время это была достаточно смелая идея, бросающая вызов общепринятым научным представлениям. Неудивительно, что предположение Вегенера было отвергнуто. Ученых-скептиков понять можно: Вегенер не мог объяснить, чем именно вызван дрейф материков, а их очертания могли быть и случайным совпадением. Тем не менее у Вегенера появились последователи, которые искали более веские аргументы в пользу континентального дрейфа.

В 1960 году была выдвинута гипотеза спрединга, согласно которой в районе срединно-океанических хребтов к земной коре поднимаются мантийные потоки, формируя новое дно и раздвигая старые породы в стороны. Таким образом, литосферные океанические плиты чем-то напоминают гусеницы трактора. В одном месте кора поднимается, плывет по мантии и опускается в другом месте (зона субдукции). Эта гипотеза подтвердилась, когда в океанической коре были открыты полосовые магнитные аномалии — последовательность «записей» о периодических изменениях направления магнитного поля Земли. Причем чем дальше от хребта располагалась «полоса» остаточной намагниченности, тем древнее она была.

В зонах субдукции также происходит наращивание континентальной коры, под которую погружается океаническая кора. Однако если сталкиваются две континентальные плиты, то погружения не происходит, вместо этого образуются высокие горные системы вроде Гималаев.

Почему в районе хребтов мантийные потоки поднимаются, а в зоне субдукции опускаются? Ответ на это — конвекция мантии. Ближе к ядру расплав имеет высокую температуру, в результате чего он поднимается к коре. На его место приходит холодная мантия, что уже отдала тепло литосфере. Эти поднимающиеся и опускающиеся течения замыкаются, формируя ячейки. В верхней части каждой ячейки мантия движется горизонтально, заставляя плиты сдвигаться в том же направлении. Сила этого механизма достаточна, чтобы вызвать раскол континента, когда отдельные его части начинают сдвигаться в разные стороны.

Некоторые ученые, в числе которых астрофизик Сяолэй Чжан, предложили другой возможный механизм сдвига материков. По их мнению, на Землю упал крупный астероид или комета. Этим можно объяснить резкое изменение направления Гавайского хребта, например. Кроме того, конвективные ячейки, по мнению Чжана, не могут обеспечивать долгое время стабильность горячих точек — участков, в которых происходит активная вулканическая деятельность. Ученый подвергает сомнению и субдукционный механизм образования Скалистых гор — хребта, расположенного на западе США и Канады.

Чтобы вызвать сдвиг континентов, объект, упавший на Землю, должен был быть размером с Марс. Чжан считает, что удар малой планеты-странника произошел около 750 миллионов лет назад и пришелся на территорию, где сейчас располагается Колорадское плато (запад США). Катаклизм привел к расколу суперматерика Родиния, который возник 1,1 миллиарда лет назад. Образовавшийся в результате кратер был сравним по размерам с самим плато в Колорадо, площадь которого достигает 337 тысяч квадратных километров. Для сравнения: площадь кратера Чиксулуб, образовавшегося при падении погубившего динозавров десятикилометрового астероида, равна 25 тысячам квадратных километров.

Откуда прилетела планета-странник? 4,5 миллиарда лет назад с Землей, вероятно, столкнулась другая планета — Тейя. Считается, что эта катастрофа привела к формированию Луны. Тейя образовалась в точке Лагранжа, находившейся почти прямо на орбите Земли, однако долгое время держалась от нашей планеты на расстоянии. Если бы Солнечная система состояла только из Солнца, Земли и Тейи, столкновения бы не случилось, однако гравитационное влияние других планет сместило Тейю с ее места и бросило в сторону Земли. Но 750 миллионов лет назад второй Тейи быть уже не могло — планеты Солнечной системы прочно обосновались на стабильных орбитах.

Чжан полагает, что планета-странник пришла из другой системы. Это может происходить, когда Солнечная система, вращаясь вокруг центра Млечного Пути, проходит через галактические рукава — структуры с высокой плотностью звезд, газа и пыли. Такое сосредоточение вещества приводит к появлению крупных звезд, жизнь которых заканчивается вспышкой сверхновой. Взрывы могут срывать экзопланеты с насиженных мест, отправляя их в сторону Солнца.

В качестве аргумента в пользу своей гипотезы Чжан приводит необычное геологическое строение плато в Колорадо. Например, слои пород, которые образовались около 750 миллионов лет назад, образуют аномалию, называемую Великим несогласием (англ. Great Unconformity). Они залегают не в строгой стратиграфической последовательности (более старые слои — внизу, более молодые — наверху), а формируют хаотичную картину, словно что-то сильно их деформировало. Тут же находятся уникальные для плато породы времен докембрия, подвергшиеся расплавлению и метаморфизму.

Ученый также обратил внимание на то, что периоды между пересечениями Солнечной системой рукавов галактики совпадают с промежутками между массовыми вымираниями на Земле в рамках фанерозойского эона (куда входит палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры) и расколами суперконтинентов.

Следует помнить, что гипотеза Чжана — пока лишь гипотеза одного ученого. Пока нет серьезных доказательств того, что уже сформировавшаяся Земля в сравнительно недалеком геологическом прошлом могла пережить удар планеты-странника. То же Великое несогласие может объясняться вымыванием верхних слоев водами моря, периодически наступавшего на североамериканский континент во времена раннего кембрия. Этот процесс эрозии связывается с Кембрийским взрывом, когда в океан смывались ионы кальция и других минералов, что изменило химический состав воды и привело к появлению скелетной морской фауны. Глобальный катаклизм, который превратил бы всю планету в пылающий шар, слабо стыкуется с уже известной картиной геологической и биологической эволюции.

По логике Чжана, тейеподобные планеты должны падать с завидной периодичностью, чтобы расталкивать континенты. Пока что его гипотеза дает больше вопросов, чем ответов. В свое время теория континентального дрейфа Вегенера, поспешно отвергнутая мировым сообществом, была гораздо более понятной и обоснованной.

Александр Еникеев