Глобальне похолодання від зіткнення літосферних плит цілком можливе – дослідження

Гірська гряда Каракорум
Гірська гряда Каракорум, де до зіткнення з Індостаном проходила межа Євразії. Фото: Pierre Bouilhol

Вчені з Массачусетського технологічного інституту багато років досліджували геологічні формації у Гімалаях, які свідчать про процес зіткнення Індії із Євразією у далекому минулому. Дослідники припустили, що саме зіткнення літосферних плит в екваторіальній та тропічній зонах Землі могли стати першопричиною глобальних змін клімату.

Дослідження гімалайських плато

Іноді в науці трапляється цікавий парадокс: дослідник досить довго вивчає певну вузьку галузь науки, а отримані дані призводять до неочікуваних глобальних висновків. Саме так і сталося з Олівером Ягуцем з Массачусетського технологічного інституту. Останніми роками Ягуц вивчав гірські породи в районі Гімалаїв, що дало змогу опублікувати чимало цікавих, хоча й не визнаних усіма його колегам, робіт.

У 2012 році він опублікував статтю, у якій виклав результати геологічних досліджень двох високогірних плато – Кохістану та Ладакху, що знаходяться на кордоні Індії та Пакистану. Вважається, що ці ділянки земної кори піднялися так високо над рівнем океану внаслідок зіткнення Індостанської та Євразійської тектонічних плит. Власне, ця ділянка велетенського зім’яття літосферних плит, яке містить Гімалаї, Тибет, Памір та ряд інших гірських систем, і називається Кохістан-Ладакхською дугою.

Кохістан та Ладакх
Кохістан та Ладакх. Джерело: Pierre Bouilhol

Ягуц із колегами протягом останніх 20 років ретельно вивчив цей регіон і вивіз звідти біля трьох тонн геологічних зразків. Вони шукали крихітні кристали циркону, які свідчать про зіткнення, а також вивчали ізотопний склад порід. Виявилося, що зразки старші за 50 мільйонів років, відібрані на південь від Кохістан-Ладакхської дуги, містять той самий стабільний ізотопний склад, що і зразки, відібрані на північ від неї.

Олівер Ягуц
Олівер Ягуц. Джерело: MIT

Водночас, на межі у 50 мільйонів років тому у зразках, відібраних на північній межі Кохістан-Ладакхської дуги, різко змінюється ізотопний склад, що свідчить про катастрофічне зіткнення. Зміна ізотопного складу спостерігається й у південних зразках, але у тих, що молодші за 40 мільйонів років.

 

Велике зіткнення Індостану з Азією

Це свідчить про те, що відбувалося не одне, а два зіткнення, які сталися з розривом приблизно у 10 мільйонів років. Цей висновок суперечить тому, що зазвичай зображено на усіх популярних реконструкціях цієї події. Зазвичай зіткнення Індії з Євразією зображують як приєднання чогось, що нагадує сучасний суходіл на південь від Гімалаїв, який стикається із Євразією приблизно 50 мільйонів років тому.

Зіткнення Індостану з Євразією
Зіткнення Індостану з Євразією. Джерело: Guillaume Dupont-Nivet et al.

За дослідженнями Ягуца, Індійський субконтинент тоді був на 1000 кілометрів більшим, а між ним та Євразією знаходилася невеличка океанічна плита, на якій під час зіткнення виникли вулканічні острови, подібні до тих, на яких зараз розташована Індонезія. Власне, зіткнення 50 мільйонів років тому, коли на Землі панувала епоха еоцену: коли динозаври вже вимерли, але більшість сучасних груп ссавців тільки почали складатися, являє собою зіткнення цієї океанічної плити з Євразією. Зіткнення ж самого Індостану з Євразією сталося 40 мільйонів років тому, вже в пізньому еоцені.

Але на цьому Ягуц своїх досліджень не полишив. У 2015 році вчений опублікував статтю, у якій пов’язав вищенаведені факти з більш глобальною загадкою – надзвичайно швидким рухом Індостанської плити. Ця плита і зараз рухається дуже швидко: 5 сантиметрів на рік, а у проміжку часу між 65 та 40 мільйонами років тому вона рухалася з надзвичайною швидкістю – 20 сантиметрів на рік.

Причина такого швидкого пересування була загадкою для вчених, але Олівер Ягуц зміг пояснити це, використовуючи свої попередні дослідження. Річ у тім, що коли дві тектонічні плити стикаються між собою, то часто виникає явище субдукції. Одна плита занурюється під іншу і розплавляється у надрах землі.

Субдукція тектонічних плит
Субдукція тектонічної плити. Джерело: MIT

Сьогодні такий процес можна спостерігати наприклад біля узбережжя Південної Америки, де плита Наска занурюється під Південноамериканську плиту. Власне, занурення однієї плити під іншу і зумовлює швидке пересування континентів.

Але не вся океанічна порода при субдукції занурюється у магму. Завдяки вулканічній активності, її частина викидається на поверхню. Зазвичай це кальцій- та магнійвмісні породи, які звуться офіолітами. Такі офіоліти з Гімалаїв і вивчав Ягуц. Та не лише їх. Приблизно 80-90 мільйонів років тому сталася ще одне зіткнення континентальних дуг: Аравія, приєднана до Африки, зіткнулася з Євразією, і там також спостерігалася субдукція.

Процес розпаду Гондвани
Процес розпаду Гондвани та зіткнення її уламків із Євразією. Джерело: Oliver Jagoutz et al.

Порівнявши офіоліти з цих двох зіткнень, Ягуц зміг відтворити картину руху континентів у минулому. Приблизно 120-130 мільйонів років тому, ще на початку крейдового періоду мезозойської ери, сучасні Африка, Аравія, Індостан, Антарктида та Австралія були зібрані у Південній півкулі у масив суходолу, що зветься Гондвана. Між Гондваною та Євразією, яка тоді була значно меншою, простягався океан Тетіс. Потім вулканічні процеси розкололи Гондвану, і її частини почали рухатися у різних напрямках.

Що розповіли офіоліти?

Спочатку, приблизно 80-90 мільйонів років тому, ще у часи повного панування на Землі динозаврів, з Євразією зіштовхнулася Аравія, утворивши спочатку вулканічний архіпелаг на місці сучасних Ірану та Туреччини, а потім і повноцінний масив суші. Індостан увесь цей час дрейфував до Євразії зі швидкістю 10 сантиметрів на рік. Його рух був зумовлений тим, що океанічна плита Тетісу занурювалася під Євразійську достатньо легко.

При цьому Індостанська плита рухалася разом із нею. Однак приблизно 80 мільйонів років тому Індостанська плита також почала занурюватися під плиту Кширода й утворилася подвійна зона субдукції. Ефект був схожий на швидке складання телескопічної антени – одна частина входила під іншу, яка вже теж рухалася. У цей момент і виникла та неймовірна швидкість руху індійського континенту, яку досі не могли пояснити дослідники.

Приблизно 65 мільйонів років тому, якраз тоді коли зникли динозаври, швидкість пересування Індії досягла максимуму і почала зменшуватися. Схоже, що субдукція плити Кширода нарешті загальмувалася, і вона почала зминатися, утворюючи вулканічний архіпелаг, який став джерелом офіолітів. Появу цього джерела Ягуц зміг простежити як різку зміну ізотопного складу порід на північному кордоні Кохістан-Ладакхської дуги. При цьому, судячи з досліджень, це зіткнення було вкрай жорстким. А ось зіткнення власне Індостану із Євразією, свідчення якого знайдені на півдні Кохістан-Ладакхської дуги, вже було “м’якішим”. Відбувалося воно, як вже було сказано, близько 40 мільйонів років тому.

Зіткнення та похолодання

Ці висновки є дуже цікавими з огляду на те, що вони дозволяють по-новому поглянути на швидкість змін географії планети і те, якими процесами це може супроводжуватися. Але Олівер Ягуц на цьому не зупинився. У 2016 році він опублікував статтю, яка також була пов’язана з його дослідженнями зіткнення Індії із Євразією, але цього разу його думки обрали досить незвичний напрямок. Він припустив, що процеси, описані у попередній статті, могли стати причиною глобальних змін клімату на Землі.

Ягуц зробив несподіване, але досить аргументоване припущення. Річ у тім, що коли люди думають про вплив вулканів на клімат Землі, то вони, в першу чергу, думають про вуглекислий газ, який може викликати парниковий ефект і призвести до розповсюдження теплого та вологого клімату. Однак при вулканічних процесах викидається не лише він. Достатньо згадати пил та важчі гази, які утворюють товсті хмари й закривають землю від Сонця.

Офіоліти у Північно-Східній Індії
Офіоліти Нідар у Північно-Східній Індії це частина породи, що утворилася в прадавньому океані, який розділяв Індію та Євразію. Джерело: Oliver Jagoutz

Однак Ягуц звернув увагу на вже згадані офіоліти. Ці породи складаються з мінералів, які вступають у взаємодію з вуглекислим газом, поглинаючи його. Спершу вони утворюються на дні океанів і можуть не контактувати з СО2 мільйони років. Проте, коли літосферні плити стикаються, ці породи можуть опинитися на поверхні. І оскільки їхній об’єм є чималим, то вони починають поглинати вуглекислий газ у величезній кількості.

Наприкінці мезозою-початку кайнозою масштабні зіткнення континентальних плит відбувалися кілька разів. І кожного разу ці зіткнення залишали гори офіолітів. Мова йде про зіткнення Аравії з Євразією приблизно 80-90 мільйонів років тому та подвійну подію 50-40 мільйонів років тому, коли з Євразією спочатку зіштовхнулася океанічна плита Кширода, а потім на неї наїхала Індостанська плита.

Рештки рослинного та тваринного світу, а також ізотопний склад гірських порід дозволяють нам достатньо точно визначити, якою була температура на Землі у певний проміжок часу. Виявляється, що в середині крейдового періоду клімат на Землі стає різкішим. Це виражається у розповсюдженні на Землі пустель та відкритих просторів замість тропічних лісів. Але наприкінці епохи динозаврів клімат поступово теплішає і вже наступний період – палеоцен та початок еоцену – знову теплі та вологі, а Європа вся вкрита тропічними лісами.

Всупереч цьому, кінець еоцену та початок олігоцену теж є холодною епохою, і до того ж, періодом масового вимирання різних груп тварин. Причому після нього середня температура на Землі так остаточно і не повернулася до мезозойської норми. Чи могло це бути пов’язаним з утворенням офіолітів внаслідок зіткнення континентів?

Олівер Ягуц вважає, що так. Звичайно, що факторів, які впливають на клімат планети незліченна кількість, і багато з них підходять на роль «холодильника» набагато краще. Однак Ягуц звертає увагу, що в обох розглянутих випадках утворення офіолітів відбувалося у тропічних зонах, де й відбувається більша частина поглинання СО2. І це цілком могло стати тригером: тим камінцем, який дав початок лавині, а далі запрацював автокаталітичний процес, що включає цикли Міланковича та формування циркумполярної течії навколо Антарктиди, що швидко вкривалася кригою та інші фактори.

Тектоніка та формуванні клімату

Таким чином, нова теорія пов’язує різке похолодання у другій половині крейдового періоду із зіткненням Євразійської та Аравійської континентальних дуг. А похолодання наприкінці еоцену тоді відповідає зіткненню з Євразією Індостану. З досліджень Ягуца виходить, що клімат реагував на зміну кількості викинутих офіолітів з певним запізненням.

Проблемою усіх теорій, що пов’язують глобальні зміни клімату з якимось одним фактором є добре пояснення якоїсь однієї події та повна відсутність пояснень десятка інших, схожих на першу. Тож для перевірки власної теорії Ягуц вдався до більш глобальних досліджень. У 2019 році він опублікував статтю, у якій проаналізував взагалі усі офіоліти, що утворилися на Землі внаслідок зіткнення континентальних дуг за останні 550 мільйонів років.

Було встановлено, що максимуми розмірів зон розповсюдження офіолітів, які називаються сутурами припадає саме на періоди глобальних зіткнень континентів:

  • Таконський (465-440 мільйонів років тому);
  • ранній Уральський (375-358 мільйонів років тому);
  • Герцинський (340-330 мільйонів років тому);
  • Центральноазійський (250-220 мільйонів років тому);
  • Гімалайський (50-0 мільйонів років тому) та
  • Індонезійський орогенези (20-0мільйонів років тому).

Протягом цього періоду часу спостерігалося кілька великих періодів зниження температури: у пізньому ордовику (455-440 мільйонів років тому), на межі карбону та пермі (325-280 мільйонів років тому) і у Кайнозої (від 35 мільйонів років тому і по сьогодні). Також відбувалося невеличке зниження температури у пізньому девоні (приблизно 360 мільйонів років тому). Видно, що далеко не всі викиди офіолітів викликали глобальне зниження температури.

Зіткнення у тропічній зоні

Однак Ягуц порівняв графіки зміни температури з розповсюдженням сутар у різних природних зонах земної кулі. Він виявив, що чим ближчими є сутари до екватора в момент їх утворення, тим більше їхня довжина та площа корелюють зі змінами клімату. Водночас, зіткнення континентальних плит у вищих широтах не корелюють зі змінами клімату.

Схоже, що теорія про зв’язок літосферних плит з кліматом таки має право на існування. Тим більше, що вона достатньо непогано пояснює, чим же таки особливі останні мільйони років, що у нас весь час відбуваються льодовикові періоди. Цілком можливо, що за це відповідає сучасна величезна зона зіткнення континентальних дугЗондський архіпелаг, на якому знаходиться Індонезія та ще декілька країн.

Зондський архіпелаг
Зондський архіпелаг

Тут вже не один мільйон років Австралія наїжджає на Євразію, зминаючи кілька невеликих літосферних плит, що розташовані між ними. Тут є зона субдукції – зондський жолоб. І тут дійсно неймовірно багато вулканічних островів, найвідомішим з яких є Кракатау.

При усій багатій доказовій базі й глобальності теорії, наукові побудови Олівера Ягуца розділяють далеко не всі вчені. І ставлять під сумнів вони, у першу чергу, його сценарій зіткнення Індії із Євразією з наявною океанічною плитою.

Анак Кракатао
Сучасний вулканічний острів Анак Кракатау в Індонезії.

Але все ж ми маємо дійсно чудову наукову теорію, яка, спираючись на великий об’єм фактичних даних, здатна урахувати більш ніж одну подію і пояснити глобальні процеси, які відбуваються на Землі. У минулому вузьке дослідження, яке переростало рамки однієї локації у просторі та часі неодноразово ставало основою для  великої наукової теорії. Тож почекаємо нових досліджень.

MIT News Office (2013), Nature Geoscience (2015), doi: 10.1038/ngeo2418; PNAS (2016), doi: 10.1073/pnas.1523667113; Science (2019), doi: 10.1126/science.aav5300.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
36
Shares
36 Shares:
Перегляньте також
Бермудські острови
Далі

Новий механізм утворення вулканів пояснює виникнення Бермудських островів

Дослідники з Корнельського університету у США зацікавилися походженням Бермудських островів. Вони дослідили гірські породи, що лежать в основі…
Утворення кристалів льоду
Далі

Мікроби керують процесом замерзання води завдяки протеїнам, і ми можемо це використати

Група вчених з Університету Юти дослідила протеїни, які використовуються різними живими істотами від бактерій до комах у якості…