Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Однако геологические данные показывают, что в протерозое появились первые суперконтиненты планеты — поистине гигантские массивы суши, объединявшие почти всю существовавшую тогда континентальную кору в единый материк. Анализ горных пород выявляет, что в течение эона появились минимум два из них; затем они распались на более мелкие части. Совсем недавно — в середине фанерозоя — собрался и распался третий суперконтинент, и многие геофизики считают, что такие длительные циклы образования и распада суперконтинентов являются естественным следствием тектоники плит.

Ключ к выяснению существования и природы протерозойских суперконтинентов, к их образованию и развитию — сочетание полевых исследований и технологий, в частности, технологий для измерения магнитных свойств горных пород и точного определения их возраста. Исследования, имеющие решающее значение для понимания хронологии образования суперконтинентов, в значительной степени используют палочку-выручалочку геохронологов — уран-свинцовое датирование кристаллов циркона. Циркон широко распространен и даже при метаморфизме не склонен «сбрасывать внутренние настройки часов»; поэтому он — предпочтительный минерал для определения возраста древних горных пород. Другой, не менее важный тип сведений, обеспечивает магнетизм пород.

В главе 5 мы видели, что магнитные свойства лавовых потоков на материках или морском дне содержат информацию о полярности магнитного поля Земли на момент их образования. Магнитные минералы в различных типах магматических горных пород фиксируют также и другую информацию. Один из признаков — направление: магнитное поле в разных точках Земли имеет разную ориентацию — от почти вертикальной к поверхности около полюсов до почти горизонтальной на экваторе. Таким образом, ориентация оказывается весьма полезной для определения широты места, где формировалась эта порода. С некоторыми оговорками магнитные свойства континентальных пород можно использовать для достаточно точного определения места их образования; эта информация очень полезна для реконструкции прошлого местоположения континентальных фрагментов, поскольку с тех пор эти плиты попутешествовали по всему миру.

Область науки, которая изучает магнетизм горных пород, называется палеомагнетизмом. Она зародилась в 1950-х и начале 1960-х, когда тектонику плит еще не понимали, и большинство ученых считали, что материки всегда занимали свое нынешнее положение. Первые специалисты по палеомагнетизму сделали поразительное открытие. Измеряя магнитную ориентацию в континентальных породах разного возраста, они пришли к выводу, что в прошлом северный магнитный полюс должен был, перемещаться и оказываться в местах, далеких от его нынешнего расположения. Это казалось странным, поскольку теории возникновения магнитного поля Земли предполагали, что магнитная ось планеты должна примерно совпадать с осью ее вращения. Ученые назвали это явление «движением полюсов».

Еще труднее было понять тот факт, что породы одного возраста, но с разных континентов, иногда давали совершенно разное положение полюсов. Ученые других специальностей стали отчасти в шутку называть специалистов по палеомагнетизму палеомагами. Однако в итоге выяснилось, что проблем с измерениями не было; ошибка заключалась в предположении, что материки оставались на том же месте. Как только ученые разобрались с тектоникой плит, магнитные измерения обрели смысл: блуждали не полюса, а континенты. Теперь появилась возможность перевернуть трактовку вверх ногами и использовать полученные данные для определения прошлого местоположения материков при условии, что магнитные полюса остаются примерно на одном месте. Магнитные полюса и в самом деле немного блуждают (ученые следят за северным магнитным полюсом в течение сотен лет, и видят, как он двигается по арктическим островам северной Канады^[44]), но в среднем магнитная ось совпадает с осью вращения.

Как и в большинстве случаев с извлечением информации из древних пород, в палеомагнитных исследованиях нужно тщательно прояснять геологический контекст и внимательно отбирать образцы. Например, если есть признаки того, что порода погружалась вглубь и сильно нагревалась, это свидетельствует, что ее магнитная сигнатура могла измениться или даже совсем «сброситься». Если складки или опрокидывание пластов изменили ориентацию породы, то это тоже приходится учитывать при определении исходной широты. Если результаты от нескольких образцов одной формации, собранные в большой географической зоне, согласуются между собой, это добавляет уверенности в надежности измерений. Многие различные исследовательские группы проводили палеомагнитные измерения с протерозойскими породами, учитывая все эти аспекты, и в совокупности их результаты — убедительное подтверждение существования комплекса протерозойских суперконтинентов.