Горные цепи могут вздыматься существенно быстрее, чем предполагалось ранее. Согласно новому исследованию американских геологов, Анды стали вдвое выше менее чем за два миллиона лет. Такая скорость в несколько раз превышает значения, предсказываемые классической геологической теорией.
Автором работы является Кармала Гарционе, доцент геологии американского Рочестерского университета. Статья Гарционе и её коллег, опубликованная в последнем выпуске Science, обосновывает необходимость включения в тектоническую теорию процесса деламинации, или расслоения земной коры.
Традиционная теория тектонической активности описывает процессы формирования складчатости и разломов в слое земной коры как главные движущие силы формирования впадин и горных цепей. Согласно этой теории, формирование Анд – горной цепи, протянувшейся вдоль всего западного побережья южноамериканского континента, – заняло не менее сорока миллионов лет.
Горная гряда поднялась после того, как литосферная плита, подстилающая дно восточной части Тихого океана, уперлась в южно-американскую. Дальше события развивались самым драматическим образом. Будучи плитой более плотной, океаническая начала сплющивать и сдавливать западные окраины южноамериканской платформы. В результате этого, как считают палеогеологи, на поверхности Земли и сформировалась складчатость, которую мы все сегодня знаем как Анды.
прогиб внутреннего плоскогорья Центральных Анд на территории Боливии, окаймлённый горными цепями Западная Кордильера (часть основного хребта Анд) с запада и Кордильера-Реаль, или Восточная Кордильера – с востока. Альтиплано находится на «изгибе» Анд, в самой широкой их части. Иногда Восточной Кордильерой называют южную часть Кордильеры-Реаль, кроме того, во многих странах Южной Америки, Восточной Кардильерой называют и многие другие участки восточного, более древнего хребта Анд.
На территории Альтиплано, ширина которого достигает 600 км, а длина – примерно тысячи километров – находится крупнейшее высокогорной озеро мира Титикака, а также озера Поопо и Уру-Уру, образовавшееся лишь во второй половине XX века и позднее соединившееся с древним Поопо. Поопо и Уру-Уру являются бесстоковым озером, которое питает река Десагуадсро, вытекающая из озера Титикака. Титикаку питают несколько крупных рек.
Гарционе и её сотрудники предприняли попытку напрямую измерить скорость роста этой горной цепи в районе плато Альтиплано и обрамляющих его Западной Кордильерой и Кордильерой-Реаль Анд. Считается, что Западная Кордильера, спускающаяся непосредственно к Тихому океану, выросла в результате активных вулканических процессов. А вот высокогорный прогиб Альтиплано – изогнутое плоскогорье на территории современной Боливии – и Восточная Кордильера, или Кордильера-Реаль – результат как раз постепенного, «классического» подъёма гор при сдавливании континентальной плиты океанической.
Для оценки скорости роста горной гряды учёные впервые применили к ней лишь недавно разработанную методику измерения высоты отложения осадочных пород. Учёные исследовали изотопный состав пород, формировавшихся на склонах гор по мере их роста.
Метод основан на том обстоятельстве, что с увеличением высоты происходит уменьшение содержания тяжелых изотопов в осадках, наносимых дождем, снегом и ветром. Тяжелые изотопы попросту испытывают более сильное притяжение Земли, и в итоге лёгкие молекулы атмосферной взвеси осадков добираются до самых вершин вместе со снегом и облаками, тогда как тяжелые опадают еще у подножий. Таким образом, измерив относительное содержание тяжёлых и лёгких изотопов в породе, можно оценить высоту, на которой данная порода образовалась.
Изучив состав пород в районе горной цепи, ученые пришли к выводу, что в первые несколько десятков миллионов лет рост Анд продолжался в соответствии с принятой моделью тектонической активности.
Однако затем рост резко ускорился, и Анды выросли на 1,5 километра всего за миллион лет.
Причем, согласно данным одного из коллег Гарционе, Грегори Хоука, публикующего свою статью в скором времени в журнале Earth and Planetary Science Letters, такое скорое поднятие имело место не только в районе самой горной цепи. Оно затронуло и плато Альтиплано шириной почти в 600 километров, отделяющее Кордильеру-Реаль от Западной Кордильеры.
При столкновении литосферных плит одна из них, более твердая и холодная начинает сжимать менее плотную. В результате формируется так называемая зона складчатости – более мягкие окраинные породы литосферной плиты начинают сминаться и образовывать складки. Эти складки на поверхности земли могут достигать высоты в несколько километров и образовывать горы. При этом горные породы становятся плотнее и тяжелее.
Такая же складчатость формируется и непосредственно под поверхностью земной коры. Однако если верхняя часть складок покоится на сжимаемой литосферной плите, то нижняя их часть непосредственно омывается потоками мантийной лавы. По мере увеличения плотности складочных образований они становятся тяжелее низлежащих жидких мантийных пород и теряют гравитационную устойчивость, грубо говоря начинают тонуть в лаве. С течением времени количество трещин и дефектов в подземной складочной области становится критическим и, омываемый горячими потоками лавы, огромный кусок уплотненной земной коры отрывается от литосферной плиты и постепенно уходит вглубь мантии.
Как считают некоторые геологи, под воздействием мантийных потоков магмы этот балласт может потерять сцепление с верхними слоями земной коры и в один прекрасный (а возможно, и не очень прекрасный) момент попросту отцепиться и начать тонуть в гуще мантийных пород. Освободившись от балласта, горные цепи под давлением массивных тектонических плит стремглав устремляются ввысь.
Теория деламинации пользуется большой популярностью среди геологов в последнее время, однако каких-либо доказательств работы предполагаемого ей механизма в реальности до сих пор не было.
По мнению Гарционе, именно такой сценарий и имел место на южноамериканском континенте в период между 10 и 6 миллионами лет назад. Тогда от нижних слоев южноамериканской коры отделился массивный кусок толщиной до 80–140 километров. Быстрый рост высоты Кордильеры-Реаль и Альтиплано сопровождался перестройкой и уплотнением сильно полегчавших земных недр. Спустя примерно миллион лет скорость увеличения высоты гор вернулась к своему нормальному значению.
Однако у такой красивой гипотезы, как отмечает в редакторской колонке того же выпуска журнала Тодд Элерс, профессор Мичиганского университета, есть один существенный недостаток.
Она опирается только на косвенные данные. Если бы в наши дни горы росли с такой скоростью, о которой говорит Гарционе, её можно было бы оценить уже через два года не самых пристальных наблюдений. Однако движение литосферных плит, составляющее миллиметры в год, существенно быстрее скорости формирования складок и впадин на земной тверди, которую ученые пока не в силах измерить.
Считается, что природные явления, вызывающие процессы эрозии горных пород, сглаживают ландшафты и разрушают целые горные массивы. Однако ученым удалось найти пример, когда совместные действия процессов эрозии, климатических условий и тектонических катаклизмов приводят к образованию новых возвышенностей.
Ученые обратили внимание на реку Брахмапутру, протекающую в тибетских Гималаях. Это одна из наиболее высокогорных рек, отличающихся своим бурным нравом, который и позволяет сравнить её с экскаватором. На одном из своих участков эта река столкнулась с горным массивом, где Брахмапутра и вымыла себе ущелье глубиной примерно 5 километров.
Большая часть гималайских высот, простирающихся вдоль устья реки поднимается над уровнем морской поверхности примерно с одинаковой скоростью уже в течение 50 миллионов лет, однако в данной локации горный массив демонстрирует в десятки раз большую скорость подъема. Часть его достигал высоты в 7.7 километра всего за два миллиона лет.
Первооткрыватели данной природной аномалии окрестили её геологическим аневризмом. Отчет о проделанной работе опубликован в online-версии журнала Geological Society of America's GSA Bulletin.
Произошло это поднятие, по мнению специалистов, по причине того, что река вымыла с этого края Индийской платформы огромное количество грунта, что сильно облегчило её и позволило подняться существенно быстрее и выше окружающей поверхности.
Кроме того, Ноа Финнеган, руководитель научной группы, сумел разглядеть здесь и петлю обратной связи. Дело в том, что гималайские высоты аккумулируют на себе большую часть влаги, приносимой ветрами с побережья Индийского Океана. Эта влага в больших количествах выпадает в сезон дождей, однако так же образует снежный покров Гималаев, и, тая, усиливает потоки. Чем выше поднимается гонный хребет, тем больше влаги он аккумулирует. Таким образом, весь процесс ускоряется еще больше.
Например, не исключено, что 6–10 миллионов лет назад основным источником осадков в районе Альтиплано и Кордильеры-Реаль был не Атлантический океан, как сейчас, а Тихий, ныне отделённый от этого района Западной Кордильерой. Это могло существенно отразиться на изотопном составе осадочных пород, которое геологи могли принять за проявление эффекта отслаивания земной коры.
Потому коллеги Гарционе хотя и признают ценность полученных ею данных, считают её выводы преждевременными и хотели бы увидеть новые, независимые доказательства быстрого роста Анд.
Как ни странно, одно такое – правда, также косвенное – независимое доказательство недавно было из совершенно неожиданного источника – от палеонтологов.
В конце прошлого года американские учёные опубликовали результаты подробного исследования останков глиптодонта – огромного родственника современных броненосцев, найденных в Андах на высоте около 4 км. По мнению авторов той работы, крупное животное не могло жить на высотах более 1 км, в то время как в случае постепенного роста гор высота этого участка к моменту гибели глиптодонта была бы вдвое больше. В то же время с результатами последней работы Гарционе эти данные отлично согласуются – она предполагает, что более 10 миллионов лет назад высота плато Альтиплано не превышала 1 км.
Конечно, выводы палеобиологов о неспособности глиптодонтов обитать на больших высотах также базируются на предположении, что климат Южной Америки в их эпоху не сильно отличался от нынешнего. Разрешить этот вопрос может дальнейшее изучение изотопного состава древних пород. Возможно, со временем станет понятно не только, на какой высоте они выпали, но и из какого океана пришли.
