Книга: Вам, земляне

Геологические ритмы

Геологические ритмы

Бесспорно одно — развитие Земли происходило не монотонно, а циклично. Следы циклов различной продолжительности прослеживаются в геологических отложениях всех эпох, включая древнейшие. Они видны в осадочных породах и остатках древней жизни. Их можно заметить в стратиграфическом размещении полезных ископаемых[17]. Это относится, как показали исследования Ю. М. Малиновского, к солям и углям, к горючим сланцам и нефти. «Цикличность» залежей в значительной мере отражает цикличность тектонических процессов — поднятий и опусканий земной коры, появлений суши на месте моря и, наоборот, наступления моря на сушу (трансгрессий). Эти процессы, естественно, влияли на продуктивность биосферы Земли, что нашло отражение и в органогенных следах давних эпох.

Характерная черта геологических циклов — их многоритмичность. В геологической истории Земли действует сразу, одновременно целая иерархия циклов самой различной продолжительности — от десятков лет до сотен миллионов лет.

«Естественно, возникает вопрос, — пишет акад. В. Д. Наливкин[18], — каковы же причины цикличности истории развития Земли и где они находятся? Точного ответа на него еще нельзя дать, но можно предположить, что причины мелкой цикличности… находятся в самом земном шаре, поскольку наблюдается изменение продолжительности этих циклов. Причины же крупных циклов скорее всего астрономические, так как продолжительность их остается постоянной. Дело будущих исследований решить эти вопросы, уточнить системы цикличности, и тогда они, без сомнения, явятся основными вехами геологической истории».

Некоторые исследователи (например, Г. Ф. Лунгерсгаузен) пытались объяснить наиболее крупные из геологических циклов (продолжительностью порядка 200 млн. лет) влиянием ядра нашей звездной системы Галактики на земные процессы. С одной стороны, они предполагали, что при максимальном сближении Солнечной системы с галактическим ядром его гравитационное воздействие на Землю становится наибольшим, что якобы стимулирует тектоническую и вулканическую активность. С другой стороны, считали, что Солнечная система может периодически проходить через плотные облака космической пыли, а это порождает ледниковые периоды и эпохи.

Все это выглядит, однако, крайне неубедительно. Галактическая орбита Земли близка к окружности, поэтому колебания приливных сил со стороны галактического ядра ничтожны. Кроме того, все известные астрономам пылевые туманности очень разрежены и не могут оказать влияния на световой и тепловой режим Земли, попади в любую из них Солнце вместе с планетами. Наконец, если бы даже гипотезы о влиянии галактического ядра оказались верными, то этим бы объяснялся лишь один 200-миллионолетний цикл, а остальная иерархия циклов осталась бы необъяснимой.

Гораздо правдоподобнее гипотеза известного советского астронома М. С. Эйгенсона, предполагавшего, что цикличность геологической истории есть отражение цикличности солнечной активности[19]. В чем же суть идей М. С. Эйгенсона? Исполинский ядерный реактор, именуемый нами Солнцем, существует и действует по меньшей мере 5 млрд. лет. За этот промежуток времени его излучение отличалось завидным постоянством — об этом свидетельствует прежде всего геологическая летопись Земли и возраст земной биосферы, составляющий вряд ли менее 3 млрд. лет. В постоянстве солнечного излучения убеждает нас и повседневный опыт: сегодня Солнце на небе выглядит совсем таким же, как вчера, и мы убеждены что внешность его не изменится и через месяц, и через годы, и через сотни лет.

Между тем это постоянство кажущееся. Солнце можно считать постоянным излучателем лишь в первом, самом грубом приближена самом деле непрерывно изменяются и электромагнитное, корпускулярное излучение Солнца, причем все это уверенно фиксируется современными астрофизическими приборами. Широко вошедший в научный обиход термин «солнечная активность» в сущности означает физическую изменчивость Солнца вообще.

Приметы этой изменчивости разнообразны. Наиболее ярко она выражается в численности солнечных пятен, факелов, протуберанцев и других активных образований, а также в колебаниях нетеплового радиоизлучения Солнца. Самое мощное проявление солнечной активности — хромосферные или солнечные вспышки, энерговыделение при которых равноценно одновременному взрыву десятков тысяч мегатонных ядерных бомб.

Когда Солнце переживает очередной «приступ» активности, резко усиливаются его коротковолновое и длинноволновое излучения, бомбардировка Земли солнечными корпускулами (в основном протонами, альфа-частицами и электронами) становится более интенсивной, и каждый поток корпускул не только будоражит земную атмосферу, но и несет с собой слабое «вмороженное» магнитное поле (напряженностью порядка 0,8·10^-3 А/м), которое порождает магнитную бурю. Солнечная корона простирается за орбиту Земли, и неудивительно, что, находясь постоянно внутри Солнца, весь земной мир, все живое и неживое на нашей планете очень чутко реагирует на колебания солнечной активности[20].

Самая главная черта солнечной активности — многоритмичность. Знаменитый 11-летний цикл — лишь самый известный и самый заметный из солнечных ритмов. Его отражения в геологических отложениях и биосфере столь многочисленны, что даже для простого их перечисления потребовалось бы слишком много места. Подчеркнем главное — в геологических отложениях этот цикл прослеживается до границ архея. Это означает, что ритмика солнечной активности — явление очень древнее, сравнимое с возрастом Солнца.

Механизм связи солнечной активности и стратификации геологических отложений вполне понятен. Работами чл. — корр. АН СССР Э. Р. Мустеля и других советских ученых доказано, что вторжение солнечных корпускулярных потоков в земную атмосферу усиливает меридиональную атмосферную циркуляцию, а это в свою очередь приводит к образованию устойчивых циклонов и антициклонов (наглядная иллюстрация — капризы погоды летом 1972 г.). Солнечная активность — повышает циркуляцию в атмосфере и гидросфере, сглаживает температурные градиенты и в целом смягчает климатическую обстановку на земном шаре. Подобно активному Солнцу поступаем и мы, когда в остывший чай подливаем горячую воду, а затем помешиваем чай ложкой, добиваясь тем самым потепления всего напитка.

В периоды слабой активности Солнца меридиональный воздухообмен ослабевает, температурные контрасты растут, сильно остывшие полярные зоны распространяют холод в умеренные широты, и климат на Земле в целом становится холодным.

Так как всякие колебания погоды и климата прежде всего выражаются в количестве осадков, то естественно, что солнечные ритмы должны быть зафиксированы в геологических отложениях разных эпох. И тут, изучая геологическую летопись, мы открываем множество циклов разной продолжительности, отраженных как и 11-летний цикл, в толщине, составе и размещении осадочных пород. Многоритмичная цикличность осадкообразования — вот что привлекает внимание современного геолога и требует объяснения.

Некоторые из геологических циклов отражены в наблюдаемых явлениях солнечной активности (например, 33-летний брикнеров цикл, или «вековой» цикл, близкий к 80 годам), 600-летний цикл проявляется в количестве открываемых комет — ведь чем активнее Солнце, тем ярче светятся кометы (под действием солнечных корпускул), а значит, большая вероятность того, что их заметят с Земли.

Однако есть очень длительные циклы, ярко выраженные в геологических отложениях, но ни в чем «астрономическом» не замеченные. Эти циклы отражены в следах эпох оледенений, которые сменялись сравнительно теплыми эпохами разной продолжительности. Таковы циклы в 1800 лет и более продолжительные, вплоть до 200-миллионолетнего[21]. Впрочем, отсутствие астрономических подтверждений подобных циклов легко объяснимо — ведь тщательное изучение солнечной активности началось лишь в прошлом веке. Это, конечно, ни в коей мере не ставит под сомнение главное: в истории Земли много раз чередовались теплые и ледниковые периоды самой разной продолжительности. Здесь действовала иерархия циклов от самых коротких, 11-летних, до наиболее продолжительных, измеряемых миллионами и десятками миллионов лет.

Если искать образное сравнение, то каждый цикл — это как бы рябь на волне следующего, более продолжительного цикла. И еще одна важная деталь: чем длительнее цикл, тем более радикальные колебания земного климата ему соответствуют. Эти сложные явления имели место на протяжении всей истории развития Земли. Как можно объяснить все это? Какой природный механизм обусловливает климатические ритмы Земли?

Вспомните, как колеблется струна. Ее колебание в целом порождает основной тон. Но одновременно колеблются и половинки струны, издавая более высокий звук (первый обертон). Четверти струны создают второй обертон и так далее, теоретически — до бесконечности. Каждый звук, рожденный струной, — это иерархия звуков разной силы и частоты. Все вместе они создают качество звучания, называемое тембром.

По М. С. Эйгенсону, Солнце подобно струне, но не в механическом, а в энергетическом смысле. Когда-то, миллиарды лет назад на Солнце начал действовать протон — протонный цикл ядерных реакций. Скорее всего это сопровождалось внутренней перестройкой Солнца и не прошло гладко, т. е. выделение энергии не сразу стало строго равномерным. Известно, что ядерные реакции чрезвычайно чувствительны к колебаниям температуры. Но тогда в Солнце мог легко возникнуть автоколебательный процесс, продолжающийся и в наше время.

«Усиление выхода энергии из ядерного котла, — пишет М. С. Эйгенсон, — приводит вследствие расширения внутренних слоев к известному и вообще небольшому падению центральной температуры. А это влечет за собой гораздо более значительное по масштабу ослабление выхода энергии. В результате весьма быстро прекращается процесс расширения внутренних областей Солнца. Таким образом, первоначальная ситуация более или менее полностью воспроизводится, что и обеспечивает, возможно, цикличность этой сложной системы внутренних преобразований».

Если это так, то объяснение имеют и циклы Солнца, и порожденные ими циклы Земли. Основной «тон» Солнца — это энергетическое колебание, растянувшееся примерно на 200 млн. лет. Все остальные, меньшие циклы — солнечные «обертоны», из которых 11-летний, по-видимому, самый короткий[22] (27-дневный солнечный цикл связан с осевым вращением Солнца, а не с его энергетическими колебаниями).

На все эти циклы чутко реагирует Земля. Наблюдаемое потепление Арктики, очевидно, результат роста солнечной активности в «вековом» цикле. Периодические усыхания и увлажнения Сахары — следы 1800-летнего цикла. Наконец, в многократно повторяющихся ледниковых периодах и эпохах опять замешена «рука Солнца», колебания его активности. А механизм во всех случаях по существу один — усиление или ослабление меридионального воздухообмена между полюсами и экватором. Разница лишь в длительности, амплитуде, а следовательно, в масштабах земных событий.

Но это не все. Образование или таяние ледников изменяет нагрузки материковых плит, усиливая или ослабляя тектоническую и вулканическую деятельность. Хорошо известно, что периоды эволюции органического мира Земли характеризуются прежде всего климатическими особенностями (например, суровый пермский период или мягкий и теплый карбон). Создается впечатление, что Солнце на протяжении всей истории развития Земли «дирижировало» ходом эволюции биосферы. Оно постоянно вмешивается в жизнь обитателей Земли и сегодня: солнечные ритмы четко отражены в жизни и поведении растений, животных, человека.