В предыдущей главе мы познакомились с основным механизмом, определяющим изменения поверхности Земли, с совокупностью геологических процессов, создающих великую книгу природы.
Возникает вопрос, оставался ли неизменным общий ход геологических процессов в течение сотен миллионов и миллиардов лет? Действительно, геологическая летопись отражает некоторые крупные перемены в ходе геологических процессов.
Рассматривая всю совокупность напластований осадочных пород, мы замечаем, что несколько раз на протяжении истории нашей планеты чередовались эпохи усиленного и ослабленного отложения осадков — будущих горных пород. Эпохи усиленного осадконакопления своим возникновением обязаны более активному поднятию материков, созданию резкой разницы уровней между материком и морем, что вызывало отступление морей, усиление денудации и соответственно энергичное образование осадков. Эти эпохи, называемые эпохами эпейрогенеза (эпейрогенез — образование поднятий), отличаются вообще усиленными движениями земной коры: смятием громадных толщ в складки, внедрением расплавленных изверженных пород, усилением вулканизма. В геологической летописи мы насчитываем в основном шесть таких эпох. Эпохи эпейрогенеза чередовались с эпохами спокойного состояния земной коры, наступлением моря, низким уровнем материков и соответственно более медленным осадконакоплением.
Эпохи эпейрогенеза отличаются более резкими климатическими поясами, в то время как в эпохи спокойствия земной коры почти на всей поверхности земного шара господствовал влажный теплый климат.
К концу эпох эпейрогенеза несколько раз в истории нашей планеты появлялись обширные оледенения, охватывавшие громадные области. Следы этих оледенений в виде масс моренных отложений — глин с валунами или в виде сглаженных, срезанных и исцарапанных поверхностей скал — мы находим уже в древнейшие периоды истории Земли, еще не датированные органическими остатками. Такие же следы обнаружены в самом начале датированной истории жизни в древнекембрийских отложениях и снова в середине палеозойской эры (верхний силур). В конце палеозойской зры и к концу крупной герцинской эпохи эпейрогенеза существовало огромное оледенение, охватившее все материки Южного полушария — Австралию, Антарктиду, большую часть Африки, Южную Америку и распространившееся на Индию.
К концу последней эпохи эпейрогенеза — альпийской — вновь началось большое оледенение, покрывшее мощными ледниками большую часть материков Северного полушария. Это оледенение было геологически недавно; с территории европейской части СССР ледники, доходившие до Черного моря, исчезли около 75 тыс. лет назад. В эту эпоху уже существовал человек и мы, собственно, живем еще в момент окончания этого периода оледенения. Льды Арктики, мощные ледяные покровы Гренландии и антарктического материка — это последние остатки когда-то распространенного ледяного покрова. Поэтому климат нашего времени с его морозами в умеренном поясе, полярными холодами нельзя считать нормальным. Геологическая летопись показывает, что для Земли гораздо более свойствен теплый климат, и эпохи теплого климата были несравненно продолжительнее эпох похолодания.
Через 100 тысяч лет наши потомки будут пользоваться гораздо более приятным климатом, а в нашей стране будут расти пальмы, бананы, ананасы и другие тропические растения.
Помимо указанной периодичности геологических процессов, намечаются другие изменения, постепенно все более усиливающиеся в ходе геологической истории. Таково постепенное увеличение скорости отложения осадков, возрастающей с течением геологического времени. Это ускорение осадкообразования есть результат того, что общая резкость эпейрогенеза — поднятий материков — непрерывно возрастает во времени. Материки делаются выше, а океанические впадины глубже. Вместе с этим происходит сокращение областей длительного опускания, ранее накапливавших колоссальные массы морских осадков. Движениями земной коры осадочные слои этих областей были смяты в складки, подняты в виде гор и вошли в состав материков. Эти области опускания делались все меньше и в современном состоянии земной поверхности занимают незначительное место в сравнении с огромным распространением в древние периоды истории Земли.
Очевидно, что геологические процессы, формирующие великую книгу природы, претерпевают определенную эволюцию и вместе с ними изменяется и характер геологической летописи. Земная кора, как и жизнь на ней, развивается, переходя постепенно к новым формам устойчивости, к новым формам существования.
Причины постепенного изменения характера геологических процессов, как и причины смены эпох эпейрогенеза, спокойствия и возникновения оледенений, чрезвычайно интересуют современную научную мысль. Десятки самых разнообразных теорий пытаются объяснить эволюцию земной коры и примирить противоречия, имеющиеся в фактическом материале геологической практики.
Считают, что прежде сила солнечного излучения была гораздо значительнее и больше была скорость вращения нашей планеты. Равным образом существуют теории смещения полюсов, отрыва луны, удара луны, изменений наклона земной оси. Большое значение по-прежнему придается теории передвижения материков.
Основным недостатком всех этих теорий, так же как и в объяснении тектонических явлений, служит привлечение внешних сил из космоса.
Фактический материал, даваемый геологической летописью, противоречит всякому значительному изменению космической обстановки.
Астрономическая наука отвергает колоссальные изменения в существовании Земли как планеты. Достаточно точные данные астрофизики определенно указывают на то, что сила солнечного излучения не подверглась существенным изменениям за все время существования геологической летописи.
Остатки древнейших животных и растений, в особенности наземных, показывают, что эти сложные и нежные организмы ничем не отличаются в общих, главных принципах своего устройства от современных, и, следовательно, физические условия нашей планеты в основных своих выражениях — давлении, солнечном излучении, силе тяжести, характере атмосферы — вполне соответствовали современным. Строение осадочных пород самых ранних страниц летописи не показывает значительных отклонений от современных типов осадков, следовательно, говорит о том же.
Мы видим выше, что сила солнечного излучения и сила тяжести представляют собою основные движущие силы механизма геологических процессов. Если эти силы заметно не изменялись, то значит претерпела изменения третья главная составляющая сила — колебательные, тектонические движения земной коры, обусловленные физико-химическими процессами в глубинах нашей планеты. По-видимому, именно это и является причиной изменения характера геологических процессов. Мы не знаем еще, какие изменения вещества; происходят в глубинах Земли и можем только предполагать, что они связаны, с одной стороны, с переходом вещества из одних молекулярных форм в другие и, с другой стороны, с процессами радиоактивности и вообще превращениями элементов. Дальнейшие успехи физико-химии и физики атома, безусловно, прольют свет на эти недоступные нам сейчас стороны существования нашей планеты.
Несколько особняком стоит вопрос о громадных оледенениях, периодически повторяющихся в истории Земли, Но и для объяснения этих явлений можно обойтись без привлечения каких-то особенных катастрофических перемен.
Экспериментальные исследования показали, что самое наличие больших, высоко поднятых материковых площадей среди океанов создает условия для повышенной влажности климата и может привести к образованию оледенения. Вспомним, что все периоды оледенений совпадают с конечными, максимальными этапами эпох эпейрогенеза, эпох усиления материковых поднятий и это совпадение, конечно, не случайно. С другой: стороны, имеются астрономические причины, обусловливающие существование периодов известного похолодания.
В небольшой брошюре мы не имеем возможности подробно разобрать эти причины. Перечислим их коротко: a) наклон круга, по которому движется Солнце (эклиптика), колеблется каждые 40 тыс. лет на 2,5° и в зависимости от этого изменяется продолжительность и сила действия солнечных лучей в высоких широтах; b) колебание земной оси, в результате которого получается предварение равноденствий, с периодом в 20 тыс. лет; c) эксцентриситет земной орбиты, обусловливающий то удаление, то приближение к Солнцу, меняется с периодом в 91 тыс. лет, соответственно с чем изменяется длина летних полугодий в южном и северном полушариях и, наконец, d) колебания полюсов, или нутация, периодически достигающие известного максимума.
Астрономические вычисления показали, что, хотя в деятельности каждый из перечисленных фактов имеет сравнительно малое значение для климата нашей планеты, но в случае совпадения всех факторов влияния астрономических причин вполне достаточно для образования ледяных покровов, тем более если оно совпадает с периодом поднятия материков и переменами в океанических течениях. Так, астрономы вычислили длительность последнего оледенения, начавшегося около миллиона лет тому назад, и установили четыре периода максимального развития ледников. Эти вычисления точно совпали с данными геологов.