Маршия Бьорнеруд «Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога» - рецензия П. Можейко
«Время воздвигло горы из песчинок и возвысило до степени человеческого достоинства безвестную клетку геологических эпох». (Гюстав Лебон «Психология народов и масс»)
НАЗВАНИЕ: Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога
АВТОР: Маршия Бьорнеруд
ОРИГИНАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ: Timefulness: How Thinking Like a Geologist Can Help Save the World
ISBN: 978-5-00139-328-3
ГОД ИЗДАНИЯ: 2021
ИЗДАТЕЛЬСТВО: «Альпина нон-фикшн»
СЕРИЯ: ---
КОГДА МНОЙ ПРОЧИТАНО: Декабрь 2023
ИСТОЧНИК: Оригинальная книга
О КНИГЕНе обязательно быть физиком и хорошо разбираться в открытиях Эйнштейна, чтобы убедиться в относительности времени. Все мы хорошо знаем, как быстро течет время рядом с любимым человеком, в кругу друзей, за интересным занятием или игрой, и как мучительно медленно отсчитывают минуты часы, когда нам скучно и неуютно, и уж тем более, страшно. Но есть и другая относительность времени, выходящая за пределы нашего личного опыта. Например:
«Нам легко представить себе период в девять дней — именно столько в атмосфере Земли остается капля воды. Но период в сотни лет — время нахождения в атмосфере молекулы углекислого газа — почти за пределами человеческого понимания».
Большие числа, как известно, превращаются для нас в холодные статистические данные, а обобщения и аналогии не позволяют в полной мере оценить истинный масштаб. Геологическое время соразмерно космическому масштабу, так как именно в его пределах формируются, развиваются, трансформируются и умирают планеты и звезды. Наша Земля – не исключение. Понять время на таком масштабе сложно. Более того, проверить и доказать, что геологическое время нашей родной планеты насчитывает миллиарды лет, человечество смогло лишь совсем недавно. Трудно поверить, но значительная часть людей и сегодня придерживается мнения, что Земле всего несколько тысяч лет!
Отсутствие понимания истинных масштабов, скоростей и цикличности геологических процессов, отрицание внушительного возраста пород, противопоставление конкретным результатам научных исследований религиозных текстов – всё это имеет значительные последствия для человечества, поскольку не позволяет убедить большинство, как в нормальности некоторых явлений, так и в том, что именно наша цивилизация порой является причиной нарушения естественного течения трансформации планеты. Об этом книга «Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога» норвежско-американского геолога, профессора Маршии Бьорнеруд:
«Я написала эту книгу в надежде на то, что осознание общего геологического наследия может побудить нас переосмыслить наши подходы к этим проблемам и мировоззрение в целом».
«Осознание времени» небольшая даже по меркам науч-попа книга, всего 6 глав на 250 страницах (и это включая иллюстрации и таблицы). В ней можно выделить три главные темы. Первая тема (главы 1,2) – постановка проблемы осознания геологического времени и знакомство с т.н. «геохронологической шкалой». Здесь автор пытается дать читателю не столько понимание, сколько осознание масштаба обсуждаемой темы. Также тут рассказывается история развития геохронологии и долгого научного спора о возрасте Земли. Вторая тема (главы 3-5) – это непосредственно геологические процессы, циклы и закономерности. Эта часть самая интересная и познавательная. Она показывает, насколько на Земле все взаимосвязано и насколько глобальными могут быть процессы, незаметные в рамках человеческой жизни. Здесь Маршия Бьорнеруд рассказывает о внутренних ритмах земной коры, об эволюции ландшафтов, о нескольких атмосферах, которые сменила наша планета, о ледниковых периодах и влиянии геологии на климат и экологию. Наконец, третья тема (глава 6) посвящена прогнозам на будущее и предостережениям от бездумной эксплуатации планеты и ее ресурсов, о более внимательном отношении к влиянию нашей цивилизации на климат, экологию и геологию планеты. Эта часть книги полностью соответствует широко обсуждаемой в мире экологической повестке, но в целом содержит мало интересного фактического материала, выглядит слишком назидательной и эмоциональной.
Книга Маршии Бьорнеруд написана лаконично, доступно и в целом последовательно. После прочтения есть сожаление о том, что ценной информации непосредственно о геологических процессах меньше, чем хотелось бы. Так как акцент в книге поставлен именно на геологическое время, а не на саму геологию, то тут опущены многие общие темы, знакомящие неподготовленного читателя с азами этой интересной науки. Ожидаемой, понятной, но избыточной выглядит заключительная «экологическая» часть, хотя именно к ней автор и ведет на протяжении всей книги. «Осознание времени» позволяет взглянуть на нашу планету хоть и бегло, но в крупном масштабе, как временном, так и пространственном. Это важно и полезно, и позволяет взглянуть на проблемы экологии с другого ракурса. Тем не менее, с точки зрения знакомства с геологией как наукой, эта книга не выглядит лучшим вариантом.
А теперь давайте ближе познакомимся с материалом.
Современная геология - наука молодая. Она появилась лишь в конце XVIII века. Одним из отцов-основателей ее является шотландец Джеймс Геттон, который первый обратил внимание на т.н. «несогласованность слоев» в откосе морского побережья, после чего задумался о его причинах. Он догадался, что процесс несогласного залегания слоев требует долгих и последовательных деформаций, что явно не укладывается в популярное, полученное из библейских текстов значение возраста Земли в шесть тысяч лет.
Так один из основополагающих вопросов в геохронологии подвергся ревизии и стал предметом изучения новой науки. Красноречиво о геохронологии того времени говорит следующий факт:
«В XIX в. геология почти всецело сводилась к палеонтологии, и даже на момент публикации Дарвином его знаменитого труда «Происхождение видов» в 1859 г. демаркация геологического времени была полностью основана на ископаемых остатках».
Именно Геттону принадлежит концепция «глубокого времени», значение которой трудно переоценить:
«Гениальная догадка Геттона о глубоком времени, радикально изменившая представления людей о прошлом Земли, открыла двери для интеллектуального поиска, приведшего к появлению современной геологии и биологии. Без Геттона и его последователя Чарльза Лайеля, который поколение спустя возвел униформизм в ранг естественнонаучной доктрины в своем внушительном, риторически виртуозном труде «Принципы геологии» (Principles of Geology), Чарльз Дарвин, возможно, не пришел бы к пониманию времени как силы, способной формировать живые организмы путем естественного отбора. (Дарвин взял с собой первый том «Принципов геологии» на борт «Бигля» и изучал его в ходе пятилетней кругосветной экспедиции, поэтому пламенное учение Лайеля о древности Земли, несомненно, повлияло на взгляды британского натуралиста.)»
Также Джеймс Геттон ввел в геологию основополагающий принцип униформизма, который стал временной точкой в споре о том, какие изменения лежат в основе геологических процессов: катастрофические кратковременные или постепенные долгие.
«Если исходить из того, что возраст Земли составлял всего несколько тысяч лет, существование глубоких эрозионных долин и мощных толщ осадочных пород действительно можно было объяснить только крупномасштабными катастрофическими событиями. Геттон заменил это мировоззрение основополагающим принципом геологии — униформизмом, основанным на предположении, согласно которому геологические факторы неизменны во времени и, следовательно, геологические процессы в настоящее время протекают так же, как и в далеком прошлом Земли».
Теперь вопросом о возрасте Земли занимаются все: физики, археологи, палеонтологи… Так, например, благодаря строителю каналов Уильяму Смиту, заметившему характерность ископаемых останков для каждого слоя пород, появились т.н. «руководящие ископаемые», которые позволили упорядочить во времени геологические слои определенных эпох.
Самым известным последователем Джеймса Геттона, развившим его идеи, стал Чарльз Лайель. А главным оппонентом этих идей стал лорд Кельвин. В своём труде «Основы геологии» Лайель разработал учение о медленном и непрерывном изменении земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов. Кельвин же опирался на свои расчеты скорости «остывания» планеты, и полагал, что ее максимальный возраст 20 миллионов лет. Это противоречило «геологическим» выводам Лайеля и «эволюционно-биологическим» выводам Дарвина. Как показало время, вторые оказались правы, что не умаляет других заслуг Кельвина. Результатом труда многочисленных исследователей и ученых стала т.н. «геохронологическая шкала»:
«Уже в начале вводного курса геологии человек начинает понимать, что горные породы обозначают не столько предметы, сколько действия — это зримые свидетельства процессов, таких как извержение вулканов, рост коралловых рифов, формирование горных поясов и т. д., которые протекали и продолжают протекать на протяжении очень длительных отрезков времени в разных точках земного шара. Мало-помалу за последние два с небольшим столетия эти отдельные истории, рассказанные породами, были сплетены в единую величественную сагу Земли — так называемую геохронологическую шкалу. Эта «карта» Глубокого времени представляет собой одно из величайших интеллектуальных достижений человечества, плод усердного труда бесчисленного числа стратиграфов, палеонтологов, геохимиков и геохронологов — представителей разных культур и вероисповеданий. Эта карта все еще находится в процессе разработки: постоянно добавляются новые детали, уточняются калибровки».
Геохронологическую (стратиграфическую) шкалу можно представить в виде спиралевидной инфографиики:
Но ученые привыкли использовать более строгую табличную форму. На сегодняшний день она имеет следующий вид:
Стоит отметить, что шкала эта постоянно уточняется благодаря новым данным и некоторым ученым, которых стали называть «охотниками за временем»:
«В наши дни геохронологическая шкала — не просто таблица или даже многотомный фолиант, а гигантская цифровая база данных, которая находится в ведении Международной комиссии по стратиграфии (International Commissionon Stratigraphy, ICS) — самого старого и самого важного органа Международного союза геологических наук. Эта комиссия устанавливает строгие правила в отношении геологических подразделений и их ограничений, а также занимается скрупулезной каталогизацией обнажений, формаций пород, ископаемых органических остатков, изотопных датировок, геохимических данных и аналитических протоколов, ведя постоянную работу по картированию геологического времени со все более высоким разрешением. С 1970-х гг. ICS занимается поиском по всему миру конкретных участков, которые могут служить международными стандартами для определения границ между всеми подразделениями геохронологической шкалы. Среди геологов такие участки, официально именуемые глобальными стратотипическими разрезами и точками (ГСРТ) (Global Boundary Stratotype Sections and Points, GSSP), известны как «золотые гвозди». На этих участках должны присутствовать хорошо обнаженные породы, содержащие диагностические в биостратиграфическом отношении ископаемые органические остатки, относящиеся к двум смежным интервалам геологического времени. Кроме того, такие участки должны быть защищены от разрушения человеком или природой».
А вот интересная информация про названия периодов:
«Первоначальное подразделение геохронологической шкалы на эоны, эры и периоды было осуществлено в основном британскими геологами в XIX в., поэтому названия периодов палеозоя в наибольшей степени отражают именно это географическое влияние: название кембрийского периода происходит от латинского наименования Уэльса (Cambria), девонского периода — от графства Девоншир, родины британской церемонии чаепития, название каменноугольного периода, или карбона, происходит от богатых пластов каменного угля на севере Англии. Но дальнейшее деление геохронологической шкалы на более мелкие подразделения — эпохи и века — в полной мере отражает уже международный характер усилий по картографированию геологического времени: цзяншанский (Jiangshanian) и гужангинский (Guzhangian) века в кембрии; эйфельский и пражский века в девоне, московский и башкирский века в карбоне. Международная комиссия по стратиграфии — это своего рода временной аналог Организации Объединенных Наций, глобальная ассамблея хранителей геологического времени».
Какова разница между хроникой и геологическим временем?
«Геологическое время подразделяется на эоны, эры, периоды, эпохи и века, а соответствующие этим подразделениям породы — на эонотемы, эратемы, системы, отделы (серии) и ярусы. Точно так же, имея в виду геологическое время, следует говорить, например, «ранний» или «поздний» ордовик, но о соответствующих слоях пород следует говорить только «нижний» или «верхний». Время (хронос) может течь без камней (наполняющих его кайросом), но камни не могут существовать вне времени».
Продолжительность, скорость и интервалы повторяемости различных геологических явлений сведены в несколько таблиц, представленных в приложениях.
А. Продолжительность существования:
Б. Скорость и темпы изменений:
В отличие от других наук, таких как химия, физика, биология, в геологии, из-за больших временных интервалов и крайне низкой скорости основных процессов (миллиметры в год), затруднительна постановка натурного эксперимента, убедительно доказывающего теории. Главный инструмент геологов, это изучение пород, анализ их возраста и химического состава, изучение текущей картины в геологическом разрезе и попытка реконструкции ее «в прошлое». Все это выглядит не так ярко и убедительно для обывателя, как бурная химическая реакция или молнии в электротехническом эксперименте по физике. Тем не менее, и у геологов есть свой инструментарий, основанный на точных науках, таких, как химия и физика. Ключевым из них является радиоизотопный метод датировки.
«В 1903 г. Резерфорд доказал, что процесс радиоактивного распада следует экспоненциальному закону, и это сразу натолкнуло его на мысль, что данный процесс можно использовать как естественные часы для определения возраста урансодержащих пород. В 1908 г. (всего через год после смерти лорда Кельвина) одаренный 18-летний студент-физик лондонского Имперского колледжа Артур Холмс заинтересовался этой идеей и решил предпринять амбициозный проект по определению абсолютных геологических дат. Холмс начал собирать образцы горных пород, содержащих определенные минералы, особенно циркон, которые, как было известно, при своей кристаллизации могли включать в кристаллическую решетку только атомы урана (U), но не свинца (Pb). Затем он измерял относительные концентрации урана и свинца в таком минерале и, используя закон радиоактивного распада Резерфорда, который количественно описывал зависимость радиоактивности от времени, рассчитывал время, прошедшее с момента кристаллизации минерала. С математической точки зрения эти расчеты на удивление просты и требуют знания всего двух чисел: (1) соотношения дочернего и материнского элементов (Pb: U), которое растет вместе с увеличением возраста породы и не зависит от первоначального (неизвестного) количества исходного материала и (2) постоянной распада материнского элемента, которая, по существу, является вероятностью распада каждого отдельного атома за определенное время, что можно сравнить с шансами человека выиграть в лотерею в отдельно взятом году. Таким образом, постоянная распада измеряется в единицах времени t-1 (или 1/t)».
Отдельным видом радиоизотопного анализа является радиоуглеродный. Из-за периода полураспада изотопа углерода, данный метод удобен для определения возраста пород в рамках истории нашей цивилизации, т.е. не слишком далекой в геологическом понимании истории. Вот кое-что интересное про специфику радиоуглеродного анализа:
«Люди также сыграли свою роль, добавив сложности радиоуглеродному датированию. Во-первых, надземные ядерные испытания в начале холодной войны привели к интенсивному образованию в атмосфере углерода-14 — пик, который нужно обязательно учитывать при датировании современных образцов. Вот почему радиоуглеродный возраст обычно измеряется в «годах до 1950 г.». Во-вторых, за столетие интенсивного сжигания ископаемого топлива в атмосферу было выброшено огромное количество «мертвого» углерода, что отразилось на изотопном составе атмосферного углерода. Это явление получило название эффекта Зюсса по имени австрийского физика Ганса Зюсса, который впервые описал его в 1955 г. (и который во время Второй мировой войны принимал участие в германской ядерной программе, гитлеровском аналоге Манхэттенского проекта в США). В то время как углерод 14C, образовавшийся в результате ядерных испытаний, постепенно рассеивается, эффект Зюсса только продолжает нарастать».
Древние породы интереснее и показательнее для науки. И вот в чем причина:
«Подобно вину и сыру, с годами горные породы становятся все интереснее, приобретая своеобразие и особую красоту. Большинство докембрийских пород за свою долгую жизнь пережили часто неоднократное тектоническое перемещение и последующее глубокое погружение уже далеко от места своего рождения, а затем каким-то чудом оказались поднятыми обратно на поверхность. Молодые породы общаются с нами на простом и понятном языке, но обычно могут рассказать геологам лишь достаточно обычные вещи. Древнейшие породы говорят загадками, намеками и метаморфическими метафорами. Однако терпеливому и целеустремленному геологу они могут поведать правдивые истории о суровых испытаниях, которые им пришлось пережить».
Интересно, что помимо противостояния Кельвина и Лайеля, был еще один знаковый эпизод, когда физика спорила с геологией. На этот раз, геология проиграла… Это относится к теме признания теории дрейфа континентов.
«Отвращение к физике и недоверие к «чужакам» привели к тому, что геологическое сообщество много лет упорно отрицало теорию дрейфа материков, предложенную в 1915 г. немецким метеорологом Альфредом Вегенером. Вегенер представил убедительные доказательства того, что земные континенты некогда были соединены в один суперконтинент Пангею. Но из-за отсутствия у него геологического образования, вкупе с резким неприятием американцами и британцами всего немецкого во время и после Первой мировой войны, его идеи оставались преданными анафеме в геологических кругах вплоть до 1960-х гг., когда они были возрождены в виде прогрессивной концепции тектоники плит».
И тут самое время перейти к тектонике плит и глобальным геологическим процессам.
Про мантию и кору:
«В отличие от континентальной коры, представляющей собой мешанину из множества блоков пород различных типов, разного возраста и с разной историей, океаническая кора проста и однородна. Она полностью состоит из базальта — черной вулканической породы, из которой был образован остров Сюртсей, и все эти базальты имеют одинаковое происхождение. Они образовались в результате частичного плавления земной мантии под подводными вулканическими рифтами, отмеченными на поверхности океанического дна высокими срединно-океаническими хребтами. Вопреки причудливой фантазии авторов художественной литературы и фильмов, мантия (составляющая более 80 % всего объема Земли) представляет собой не котел с расплавленной бурлящей магмой, а твердую породу, которая, впрочем, медленно течет в геологическом масштабе времени. Каждые несколько сотен миллионов лет вещество мантии полностью переворачивается, подобно содержимому гигантской лавовой лампы, через процесс тепловой конвекции: более горячая, плавучая мантийная порода поднимается из глубины к поверхности, а более холодная и плотная порода опускается вниз. Мантийная конвекция является основным механизмом планетарной потери тепла (вопреки ошибочному предположению лорда Кельвина о том, что мантия статична, а Земля остывает на протяжении своей жизни вследствие кондукции). Одним из первых, кто в 1930-е гг. предположил существование конвекции в мантии, был Артур Холмс. Современные эксперименты по моделированию поведения минералов под высоким давлением в мантийных глубинах подтвердили, что конвекция пород в недрах Земли неизбежна».
Говорящие цифры о том, насколько плохо мы знаем океаническое дно и как часто женщины-ученые остаются в тени:
«Бо́льшая часть поверхности Земли — океаническое дно — не была картографирована вплоть до середины XX в. Даже сегодня топография большей части морского дна известна нам с разрешением около 5 км: батиметрические карты океана в 100 раз более «размытые», чем современные карты поверхности Венеры и Марса. Еще более невероятно то, что первые карты двух третей нашей планеты были составлены практически одним человеком, имя которого, однако, неизвестно большинству жителей Земли (в отличие от Америго Веспуччи, в честь которого, несмотря на всю сомнительность его заслуг как первооткрывателя, названы целых два континента). Этим невоспетым героем картографии была Мари Тарп, американский геолог и океанограф. Она получила степень магистра геологии в Мичиганском университете, некоторое время работала на одну из нефтяных компаний, после чего в 1948 г. присоединилась к новому океанографическому проекту под руководством Мориса Юинга в Колумбийском университете. На протяжении нескольких лет чисто мужская команда аспирантов Юинга занималась эхолокацией океанического дна, а Тарп кропотливо преобразовывала линейные графики показаний глубин в трехмерные топографические карты».
Малоизвестный круговорот воды:
«Не вся проникающая внутрь [земной коры] вода выходит наружу. Попадая в запутанные лабиринты и образуя химические связи с находящимися в базальтах минералами, часть воды остается запертой в океанической коре на длительный срок. Как выяснилось, эта случайная ловушка для воды является одним из важнейших компонентов тектонической системы Земли. Субдуцирующая океаническая плита, со дней своей молодости насыщенная «спрятавшейся» водой, погружается в мантию и постепенно нагревается. Когда она достигает глубины около 50 км, эта древняя морская вода начинает, наконец, высвобождаться и проникает в окружающую мантию. Мы привыкли представлять круговорот воды в природе как относительно короткий по времени цикл: молекула воды остается в атмосфере в среднем около девяти дней; время пребывания воды даже в самых больших озерах, таких как Верхнее озеро, составляет один-два века; подземные воды в глубоких горизонтах могут находиться там целое тысячелетие. Однако существует и цикл круговорота воды продолжительностью более 100 млн лет, который проходит через верхнюю мантию, и на самом деле такая гидратация мантии является необходимым шагом в «рецепте приготовления» континентальной коры».
Как быстро растут горы?
«Сколько времени занимает образование гор? В случае с Гималаями магнитограмма океанического дна позволяет пролить свет на историю их происхождения. Итак, в конце мелового периода Индия отделилась от древнего южного континента Гондвана и, под действием спрединга и субдукции океанической коры, начала энергично двигаться в сторону Азии. Преодолев в общей сложности около 2500 км за 30 млн лет — с довольно-таки впечатляющей для такого марафона средней скоростью более 8 см в год, примерно 55 млн лет назад Индия достигла Азии. С тех пор вклинивание северной окраины индийской континентальной плиты под азиатскую привело к вертикальному утолщению обеих континентальных плит посредством разрывных и складчатых деформаций, в результате чего и появилась Гималайская горная система. Поскольку сегодня схождение плит продолжается, от точки первоначального контакта на север и на юг распространяется волна деформации, постепенно расширяя пояс вздыбленной и смятой коры».
Удивительные цифры про силу и масштабы эрозии (или как уничтожить горный массив):
«Бурение и геофизическая разведка конуса выноса Инда и Бенгальского конуса позволяют нам увидеть перевернутую вверх дном импрессионистскую летопись выветривания Гималайских гор, где измельченные обломки пород, некогда венчавших вершины новорожденных гор, образуют самые нижние слои в огромной толще глубоководных отложений. По оценкам ученых, объем одного только Бенгальского конуса выноса составляет 12,5 млн куб. км — это больше, чем современный объем Тибетского нагорья, находящийся выше уровня моря. Это означает, что за все время существования Гималаев эрозия «состригла» с них больше материала, чем тот, из которого в настоящее время сложена эта высочайшая горная система Земли. В свете этого факта ответить на, казалось бы, элементарный вопрос Дилана (и Геттона): «Сколько лет может простоять гора, прежде чем ее смоет в море?» — становится еще сложнее. О каких горах идет речь? Гималаи существуют вот уже 55 млн лет, но на самом деле сегодня мы видим далеких потомков изначальных древних гор, чьи обломки сейчас лежат на дне Индийского океана».
Связь процесса формирования рельефа и жизни на планете:
«Удивительная соразмерность аддитивных и субтрактивных процессов формирования рельефа является одной из уникальных особенностей Земли. Ландшафты других скалистых планет и спутников выглядят такими чуждыми именно потому, что в этих мирах нет баланса в скорости действия созидательных и разрушительных рельефообразующих агентов. Если бы на Земле тектоника намного опережала эрозию, горные системы были бы гораздо выше и больше по площади, создавая более обширные участки высокогорной среды обитания альпийского типа. Если бы эрозия, наоборот, обгоняла тектонику, континенты были бы ниже, с более изрезанным рельефом, а реки приносили на континентальные шельфы гораздо больше отложений, что значительно изменило бы характер прибрежных регионов. И в том и в другом случае жизнь на суше и в море столкнулась бы с другими факторами естественного отбора, и эволюция вполне могла пойти иными путями».
Как горы влияют на климат?
«Более внимательный взгляд на протекающие в горах процессы обнаруживает еще более тонкую связь между тектоникой и эрозией <…>. Начать с того, что скорость эрозии зависит от погоды и климата, а тектонические формы рельефа способны влиять и на то и на другое. Как известно, через контрольный пункт безопасности авиапассажирам разрешается пронести лишь небольшое количество жидкости — вот так и горные хребты играют роль своего рода барьеров, заставляя воздушные массы сбрасывать содержащуюся в них влагу, чтобы пройти над линией гребня. В результате на наветренных склонах выпадает избыток осадков, а на подветренных склонах создается так называемая область дождевой тени, что приводит к асимметричным темпам эрозии в горной системе. В Индии интенсивность ежегодных муссонов напрямую связана с существованием Гималаев и, в свою очередь, муссоны являются причиной интенсивной эрозии в их высоких предгорьях».
Как Гималаи повлияли на ледниковый период? Сковали СО2!
«В отсутствие человеческой деятельности главным источником CO2 являются вулканические эксгаляции. Попадая в атмосферу, CO2 соединяется с водяным паром и образует слабую кислоту — углекислоту (H2CO3), которая, выпадая в виде осадков, постепенно растворяет горные породы. Многие коровые породы содержат кальций, который затем в растворенном виде переносится реками в Мировой океан. В океане многочисленные морские организмы, от кораллов и морских звезд до одноклеточного зоопланктона, используют этот кальций и бикарбонат (HCO3—) для строительства кальцитовых раковин и экзоскелетов (CaCO3). Весь процесс в упрощенном виде можно описать как последовательность химических реакций:
Ключевым с точки зрения долгосрочного влияния на климат является следующий этап, когда секретирующие кальцит организмы умирают: их минеральные остатки оседают на морское дно и образуют известняк, где атмосферный углекислый газ запирается в твердой форме на десятки миллионов лет. Это долгосрочная планетарная программа по улавливанию и хранению углерода, одна из наиболее недооцененных экосистемных услуг, интенсифицируется в те периоды, когда для химического выветривания становятся доступными обширные поверхности новых пород, как, например, при образовании горной системы масштаба Гималаев. Таким образом, рост Гималайских гор оказал влияние не только на локальные и региональные погодные условия, но и на климат и даже на топографию в глобальном масштабе, в конечном итоге способствуя наступлению ледникового периода, когда ледники и ледяные шапки изменили рельеф на всей планете».
Землетрясения, как источник быстрого изменения геологии:
«Во время землетрясения на Суматре в 2004 г., вызвавшего разрушительное цунами, активизировался участок на стыке плит протяженностью 1100 км. Подводный разрыв распространялся от очага на север в течение 10 адских минут со скоростью более 1,6 км/с, или 6900 км/ч. На всем этом расстоянии Зондская плита (обычно рассматривается как часть Евразийской плиты), на которой находится Индонезия, пододвинулась под соседнюю плиту в западном направлении в среднем на 20 м, на что при нормальной скорости движения плиты потребовалось бы примерно 1000 лет. Сдвигание каждого последующего сегмента границы плиты порождало мощные сейсмические волны — подлинную причину сотрясения поверхности земли, которые распространялись концентрическими кругами, подобно ряби от брошенного в воду камня, со скоростью от 3 до 5 км/с».
Особый необычный вид землетрясений:
«Между «ползучими» тектоническими движениями, происходящими медленно и долго, на фоновых тектонических скоростях, и обычными землетрясениями, длящимися считаные секунды или минуты, геологи зарегистрировали промежуточные события, называемые медленными землетрясениями. Эти события длятся от нескольких дней до нескольких недель и сопровождаются генерацией очень низкочастотных подземных толчков (тремора), которые прежде считались шумом и игнорировались. В отличие от обычных землетрясений, при которых разрыв разрастается со скоростью нескольких километров в секунду, медленные землетрясения распространяются вдоль зоны разлома со скоростью пешехода— на 16–32 км в день. Еще одна странность состоит в том, что некоторые из них затем разворачиваются и распространяются в обратном направлении с чуть более высокой скоростью, подобно туристу, который торопливо возвращается по своим следам, чтобы подобрать потерянную рукавицу. Что еще более странно, в некоторых зонах разлома такие медленные сдвиговые события повторяются с регулярными, но необъяснимыми интервалами. Например, в зоне субдукции Каскадия, проходящей вдоль побережья штата Вашингтон и Британской Колумбии, медленные землетрясения в среднем повторяются каждые 14 месяцев».
Главный источник эрозии гор (это не реки):
«Исследования в области геоморфологии (изучающей эволюцию ландшафтов) говорят о том, что эпизодические оползни и другие типы масштабного обрушения склонов могут быть наиболее важным механизмом эрозии в горной местности, тогда как реки (ранее считавшиеся основными агентами эрозии) просто убирают за ними мусор на протяжении последующих десятилетий и столетий».
Геологические процессы могут быть и очень медленными, и очень стремительными. Долгое время считалось, что для них доступен только один сценарий. На самом деле истина, как это обычно бывает, посередине. Процессы действительно идут в основном медленно. Но и периодические извержения и землетрясения – это норма, выглядящая катастрофой только если воспринимать геологию с точки зрения отдельного человека.
«Сформировавшееся в XIX в. представление о невероятно медленных темпах геологических процессов породило у нас утешительное заблуждение, что наша планета — вечное, незыблемое и бесчувственное небесное тело, на которое мы, как бы ни хотели, не в силах оказать сколь-нибудь существенное воздействие. В свете этого мы также рассматривали любые стремительные события, такие как образование новых вулканических островов или землетрясения с магнитудой 9 баллов, как отклонение от нормального хода вещей, хотя в действительности это обычное дело для нашей планеты».
Для многих читателей скорее всего станет открытием то, что Земля сменила несколько атмосфер.
«Породы говорят, что современная атмосфера является по крайней мере четвертой фундаментальной версией внешней оболочки Земли. Вопреки представлениям Геттона и Лайеля об истории Земли как о череде бесконечно, но бесцельно повторяющихся циклов, история атмосферы — это воспитательный роман о том, как наша планета обновлялась в процессе своего взросления».
В трансформации земной атмосферы важное место для той жизни, какую мы знаем, и для нашего вида, в частности, имеет т.н. «Великое кислородное событие»:
«Большинство типов пород, например базальты, извергаемые вулканами срединно-океанических хребтов, или песчаники, состоящие из гранулированных остатков других пород, более или менее вечны в том смысле, что сегодня их образование продолжается на Земле точно так же, как на протяжении прошедших миллиардов лет. В отличие от них, осадочные образования с незамысловатым названием «железистые формации» накапливались лишь в определенный период времени в истории Земли и отражают революцию в химическом составе поверхности планеты, которая произошла лишь однажды, в раннем протерозое, от 2,5 до 1,8 млрд лет назад. В частности, эти самые плотные из пород свидетельствуют о радикальном изменении атмосферы — переходе от поверхностных условий без свободного кислорода (О2) к дивному новому миру, созданному благодаря неустанному труду выделяющих кислород фотосинтетических микроорганизмов, таких как синезеленые водоросли, или цианобактерии (чьи современные потомки являются бичом стоячих водоемов, вызывая цветение воды и неприятный запах). <…>
Именно кислород, этот мятежный газ, впервые выработанный цианобактериями, изменил правила игры в отношении того, что отныне могло и не присутствовать в морской воде. В докислородном режиме железо, извергаемое из глубоководных вулканических жерл, спокойно пребывало в открытом океане в растворенном виде, перемешиваясь без видимого эффекта с натрием, кальцием и другими ионами. Но, как только кислород начал накапливаться на мелководьях, его атомы принялись охотиться за атомами железа, связывать их и тянуть на дно, создавая железистые формации. Кислород очистил океаны от железа, в буквальном смысле превращая его в ржавчину. <…> Этот геохимический переворот, называемый геологами Великим кислородным событием, или Кислородной катастрофой, сопровождался радикальным переписыванием атмосферно-гидросферной химической конституции. Присутствие свободного кислорода изменило характер химического взаимодействия между дождевой водой и породами на суше, что отразилось на составе рек, озер и подземных вод. <…> Присутствие свободного кислорода (О2) на поверхности Земли также привело к формированию в стратосфере озонового (O3) слоя, который защитил поверхностную среду от разрушительного действия солнечного ультрафиолетового излучения и значительно расширил границы зоны, доступной для обитания живых организмов. Новые альянсы между кислородом и другими элементами увеличили мобильность ранее дефицитных питательных веществ, таких как азот. Это стимулировало масштабные биологические инновации, в том числе повышение эффективности фотосинтеза, что привело к дальнейшему увеличению производства кислорода».
Внимательный читатель заметит, что пяти массовым вымираниям соответствует четыре разных атмосферы. Действительно, изменение их состава было частью процессов, регулярно приводящих к перезагрузке жизни на планете.
«Хотя бедствия [массовые вымирания] отличаются между собой в том, что касается обстоятельств и жертв, между ними есть разительное сходство. Во-первых, все они, включая и мел-палеогеновое вымирание, сопровождались резким изменением климата и все, кроме девонских событий (когда произошло значительное остывание тропических морей), — быстрым потеплением. Во-вторых, все они были связаны с серьезными нарушениями углеродного цикла и изменением содержания углерода в атмосфере вследствие необычайно активного вулканизма (пермь, триас, мел) и/или из-за дисбаланса между секвестрацией углерода биосферой и его высвобождением из накопленных углеводородов (ордовик, девон, пермь, триас). В-третьих, все это влекло за собой быстрые изменения в химическом составе морской воды, в том числе повышение ее кислотности, что пагубно отражалось на секретирующих кальцит организмах (пермь, триас, мел) и/или приводило к широкому распространению зон аноксии — мертвых зон с острой нехваткой кислорода, которые удушают почти все живое, кроме любящих серу бактерий (ордовик, девон, пермь). За каждым массовым вымиранием следовал период продолжительностью от сотен тысяч до миллионов лет, когда на Земле процветали только микробы, в то время как остальная часть биосферы пыталась оправиться от катаклизма и, образно говоря, встать на ноги (или вернуться в свои раковины).
Эти катастрофы бросают вызов нашему тщеславному представлению о человеческом виде как о венце творения, триумфальной кульминации 3,5 млрд лет эволюции. Жизнь бесконечно изобретательна, непрерывно экспериментирует с новыми формами, но ее представление о прогрессе не всегда соответствует нашему. Для нас, млекопитающих, мел-палеогеновое вымирание стало счастливым событием, расчистившим нам путь в золотой век. Но, если посмотреть на историю биосферы с точки зрения прокариотов, а не многоклеточных организмов, то эти массовые катаклизмы превращаются в незначительные события, едва ли достойные упоминания. Даже сегодня прокариоты (бактерии и археи) составляют не менее 50 % всей биомассы на Земле. Земная биосфера всегда была и остается «микрократией», в которой доминируют крошечные организмы. В условиях, когда более крупные и развитые формы жизни терпят неудачу, бесконечно приспособляющиеся микробы, эволюционные темпы которых измеряются месяцами, а не тысячелетиями, стремительно осваивают новую среду, возвращая себе многовековое господство над планетой».
Так что, человечеству не стоит обольщаться…
Вы наверняка встречали отображение истории Земли в виде 24-часового циферблата. На самом деле оно не совсем корректно и уводит от сути, и вот почему:
«Авторы учебников по геологии неизменно предлагают представить всю 4,5-миллиардную историю Земли как 24-часовой день, и тогда получается, что человечество появилось всего за секунду до полуночи. Однако эта метафора создает искаженное и даже безответственное представление о нашем месте во Времени. Во-первых, она отводит человечеству незначительную и пассивную роль, что не только вызывает неприятие с психологической точки зрения, но и позволяет нам игнорировать масштаб нашего воздействия на планету за эту «долю секунды». Во-вторых, она отрицает наши глубокие корни, тесно переплетенные с историей Земли: даже если наш конкретный вид появился за секунду до полуночи, первые представители нашей огромной семьи живых организмов появились на планете уже в 6 часов утра. В-третьих, эта метафора, как и апокалиптический сценарий, подразумевает отсутствие будущего — что происходит после полуночи?»
Сегодня мы живем в антропоцене, и это время неспроста названо в нашу честь:
«Беспрецедентный масштаб антропогенного влияния на топографию планеты является одним из аргументов в пользу концепции антропоцена — выделения в геохронологической шкале новой эпохи, знаменующей превращение человека в глобальную геологическую силу. Мы в буквальном смысле слова меняем конфигурацию континентов и переделываем карту мира. Но насколько это значимо для планеты, которая непрерывно меняет свой географический облик, разрушает старые миры и созидает новые? Вряд ли наше влияние так уж существенно для самой Земли, которая в конечном итоге переделает все в соответствии с собственными предпочтениями — либо медленно и постепенно, либо посредством стремительных катастроф. Однако в человеческом масштабе времени нам еще долго придется расхлебывать негативные последствия нашей разрушительной деятельности».
Цифры о том, насколько человечество влиятельно в вопросе выбросов СО2:
«Концентрация углекислого газа в атмосфере — превысила 400 ppm, что является самым высоким показателем за последние 4 млн лет (до наступления ледникового периода), а его антропогенная эмиссия превосходит выбросы всех вулканов мира в 100 раз».
Что льды и физика могут рассказать о климате и его изменении?
«Кислород, как и углерод, имеет два основных устойчивых изотопа, и, подобно тому как легкий углерод 12C усваивается фотосинтезирующими организмами гораздо охотнее тяжелого 13C, молекулы воды, включающие легкий кислород 16O, испаряются гораздо быстрее, чем содержащие тяжелый изотоп 18O. Это означает, что в любой момент времени осадки, в том числе полярные снега, содержат больше легкого 16O и меньше тяжелого 18O, чем океанская вода, и такая изотопная сортировка еще больше увеличивается в периоды оледенения. В ледниковые эпохи, когда значительная часть воды на Земле была заблокирована в ледниках и ледяных шапках, океаны и морские организмы, строящие свои раковины из растворенных в морской воде элементов, имели особенно высокие соотношения 18O/16O. И наоборот, в слоях льда, образовавшихся в эти периоды, это соотношение было низким. Так же меняются соотношения обычного водорода (1H) и дейтерия (2H), благодаря чему ледниковый лед (который представляет собой воду, H2O, в твердой форме) также фиксирует состояние окружающей среды. Таким образом, изотопные соотношения в глубинных морских отложениях и ледниках обеспечивают нас надежными данными об изменении температурных условий и общего объема льда на планете на протяжении длительного времени».
Про циклы оледенений (сколько их было, какие известны аномалии):
«Анализ кернов полярного льда и кернов глубоководных отложений с их гораздо более длительной историей «записей» позволил установить, что четыре выделенных Чемберлином оледенения были всего лишь самыми последними из 30 аналогичных событий, произошедших за 2,6 млн лет плейстоценовой эпохи. В них четко просматривался пульсирующий сигнал циклов Кролла — Миланковича: мощный регулярный ритм, поверх которого были наложены другие высокочастотные колебания. В течение первых 1,5 млн лет плейстоцена колебания климата резонансно откликались на 41 000-летние вариации наклона земной оси. Но примерно 1,2 млн лет назад этот пульс замедлился и стал соответствовать более медленной, 100 000-летней периодичности изменения эксцентриситета, подобно тому как замедляется электрокардиограмма у заснувшего человека. Этот феномен был назван среднеплейстоценовым переходом, и его причины пока не совсем понятны. Дело в том, что из трех орбитальных переменных эксцентриситет оказывает наименьшее влияние на инсоляцию Земли, но этот 100 000-летний цикл значительно усиливался геологическими процессами».
Так какова корреляция температуры и концентрации парниковых газов?
«Хотя между слоями может происходить некоторая миграция воздуха, газовые пузырьки, пойманные в ловушку в полярном льду, являются надежными хранилищами атмосферных проб с разрешением порядка десятилетий и даже меньше. И эти крошечные пузырьки говорят нам, что за последние 700 000 лет глобальные температуры коррелировали на самом высоком уровне статистической значимости с концентрациями парниковых газов — углекислого газа и метана — в атмосфере».
На фоне возраста Земли, история человечества кажется ничтожной. Долгое время единственный путь справиться с горой – был обойти ее, справиться с грозой – помолиться Богам, уцелеть при землетрясении – выбраться из-под завала. В ХХ веке человечество начало изменять рельеф и направление течения рек, по его вине высыхают целые озера, тают ледники и образуются новые пустыни. Горы продырявлены туннелями, земная кора карьерами и скважинами. Теперь в наших руках есть оружие, способное погубить планету. Человек стал новым геологическим процессом, результаты которого неведомы ему самому. Помимо всей полезной информации о геологии, это знание - самое важное, что дает чтение книги Маршии Бьорнеруд сегодня.
«Тонкий момент для геологов заключается в том, что сама идея антропоцена говорит о фундаментальном разрыве с мировоззренческими основами геологической науки, заложенными Геттоном и Лайелем. Гениальное озарение Геттона состояло в том, что прошлое и настоящее не являются отдельными мирами, управляемыми разными законами, но связаны между собой непрерывностью геологических процессов. А значительная часть фундаментального труда Лайеля «Принципы геологии» посвящена разубеждению читателя в том, что в прошлом геологические изменения происходили гораздо быстрее, чем в настоящем. Концепция антропоцена утверждает как раз обратное: что сегодня процессы протекают гораздо быстрее, чем в прошлом. В попытке предсказать геологическое будущее без удобной опоры на униформизм мы невольно оказываемся в том же положении, что и наши предшественники в начале XIX в., которым было недоступно понимание геологического прошлого из-за отсутствия фундамента накопленных знаний. Сегодня мы так же можем строить прогнозы по поводу неопределенного будущего, опираясь только на самые последние записи в геологической летописи».
МОЕ МНЕНИЕ ОБ ИЗДАНИИ:
Качественное издание в традиционном для «АНФ» оформлении.
Формат стандартный (145x215 мм), твердый переплет, без суперобложки, 284 страницы, иллюстрации.
Достоинства издания: научный редактор (д-р геол.-минерал. наук Михаил Гирфанов); хорошее качество печати; белая бумага; твердый переплет; наличие колонтитулов; информация об авторе; хорошо выделенные заголовки; примечания и приложения (таблицы); предметно-именной указатель.
Недостатки издания: не обнаружено.
ПОТЕРЯЛ БЫ Я ЧТО-НИБУДЬ, ЕСЛИ БЫ ЕЕ НЕ ЧИТАЛ:
Больше да, чем нет. В книге представлены интересные, неочевидные на первый взгляд геологические процессы, влияющие не только на рельеф, но и на климат, экологию и в целом на нашу жизнь. Кроме того, в этой работе много места занимают тревожные главы о проблемах экологии, что относительно главной темы книги выглядит вторичным.
КОМУ ПОРЕКОМЕНДОВАЛ БЫ:
Книга будет интересна тем, кого интересуют глобальные и растянутые во времени процессы на нашей планете, формирующие ее облик.
ТЕГИ: Нон-фикшн, науч-поп, геология, экология, климат, Земля, минералы, ландшафт, циклы, процессы.
ВИДЕО В ТЕМУ: Лекция на тему «Циклы и этапность в развитии структур земной коры» по ссылке ниже.
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
https://t.me/pavelmazheikabooksreview
Другие мои рецензии на страницах:
Группа "ВКонтакте":
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
Канал в "Телеграм":