МАГНИТНЫЙ СИГНАЛ ЗЕМЛИ

Смотрите также:

ДРЕВНЕЕ ОЛЕДЕНЕНИЕ И ЖИЗНЬ

Великое оледенение

Как часто были ледниковые эпохи в истории Земли...

Люди эпохи великого оледенения - Рисское

Климатические условия ледниковых эпох

Где были ледники на территории России

Сколько длилась ледниковая эпоха

Ледниковые периоды. Причины оледенений

История оледенений Евразии ...

Климаты Четвертичного периода, плейстоцена

Между тем открытие, которому предстояло сыграть ключевую роль в решении хронологических проблем плейстоцена, было сделано еще в 1906 году на одном из французских кирпичных заводов, и сделал его Бер- нар Брюнес-геофизик, занимавшийся изучением магнитного поля Земли. Брюнес установил, что, когда только что обожженный кирпич остывал, заключенные в нем обломки железистых минералов принимали предпочтительную ориентировку, параллельную силовым линиям геомагнитного поля. При этом сам кирпич приобретал слабую намагниченность. А второе открытие Брюнеса имело уже совсем очевидную важность для геологии: он обнаружил, что в остывающих потоках вулканической лавы происходило то же, что и в остывающих кирпичах,- они намагничивались в соответствии с магнитным полем Земли. А отсюда уже совсем недалеко и до вывода, что древние лавовые потоки должны содержать информацию по истории земного магнетизма.

Увлеченный этой идеей, Брюнес начал измерять ориентировки остаточной намагниченности в древних вулканических толщах. К его удивлению, некоторые лавовые потоки оказались намагничены в направлении, противоположном современному геомагнитному полю. Значит, в определенные эпохи прошлого, решил Брюнес, это поле испытывало инверсии. И если это действительно так, то наблюдатель, попавший на машине времени в эпоху обратной полярности, увидел бы, что северный конец магнитной стрелки его компаса указывает на юг! Эта идея показалась столь невероятной, что большинство современников Брюнеса отвергли ее, что называется, с порога.

Однако не прошло и четверти века, как японский геофизик Мотонори Матуяма показал, что Брюнес вовсе не ошибался. Исследовав толщи молодых лав в Японии и Корее, он получил доказательства того, что в плейстоцене магнитное поле Земли минимум один раз сменило свою ориентировку на обратную, д несколько позже он же установил, что в более древние геологические периоды такие инверсии повторялись неоднократно. Матуяма понял, что его концепция многократных инверсий поля, окажись она правильной, могла бы открыть необозримые горизонты для исторической геологии. Ведь эти инверсии, в одни и те же моменты запечатленные в «памяти» лавовых потоков всех континентов, как раз и дали бы геологам тот долгожданный метод точной корреляции, в котором они так остро нуждались для сопоставления разрезов, разобщенных тысячекилометровыми пространствами суши и океанов.

Но если и в одну инверсию почти никто не поверил, то уж идея многократных инверсий показалась вообще немыслимой, так что работы Матуямы встретились со всеобщим скептицизмом. Тем более что вскоре появилось и другое, гораздо менее экстравагантное объяснение тех же фактов. Стало известно, что в определенных минералах при их нагреве и охлаждении в специфических условиях, создававшихся в лабораториях, сама собой возникала обратная магнитная полярность. И если этот механизм самоинверсии мог работать в лаборатории, то почему бы ему не действовать и в древних лавах. Правда, минералов, способных к самоинверсии, в лавах практически не было, тем не менее почти всем специалистам, занятым проблемой палеомагнетизма, было легче принять на вооружение гипотезу самоинверсии, чем неожиданную идею Матуямы, согласно которой все магнитное поле Земли периодически целиком меняло свою полярность.

Однако в конце 1950-х-начале 1960-х годов геофизики, работавшие в СССР (А. Н. Храмов), Исландии (Мартин Руттен) и на Гавайских островах (Айан Мак- даугал и Дональд Тарлинг), все-таки доказали правоту Брюнеса и Матуямы. Природа действительно предоставила в распоряжение геологов удобный метод глобальной корреляции, что окончательно выявилось в 1963 году, когда была завершена специальная работа Аллана Кокса и Ричарда Доуэлла из Геологической службы США и Брента Далримпла из Калифорнийского университета в Беркли. В память о пионерах палеомагнитного метода текущий этап прямой, или «нормальной», магнитной полярности стали называть эпохой Брюнеса, а предшествующий ей этап обратной полярности - эпохой Матуямы.

В чем же состояли главные доводы, представленные Коксом и его соавторами? Прежде всего в установленной ими глобальной синхронности каждой геомагнитной инверсии. В самом деле, если каждая из этих инверсий в любой точке планеты имела один и тот же возраст, то это должно было полностью исключить возможность их самопроизвольности. Проект Кокса предусматривал определение абсолютного возраста большого числа образцов лав, взятых вблизи-как выше, так и ниже-установленных инверсий. Непосредственными исполнителями программы датирования стали исследователи из Калифорнийского университета с Гернисом Кертисом и Джеком Эвернденом во главе; возраст образцов определялся с помощью калиево-аргонового метода, который особенно хорошо зарекомендовал себя именно при работе с лавами. В итоге удалось не только доказать глобальную синхронность геомагнитных инверсий, но и привлечь внимание к датировкам этих событий. Эти датировки становились теми долгожданными контрольными точками, опираясь на которые можно было строить надежную хронологию плейстоцена Земли.

Вскоре геологи представили историю геомагнитного поля и в графической форме. Интервалы «нормальной» полярности, характерной для современной эпохи, или эпохи Брюнеса, стали показывать черными полосами, а интервалы обратной полярности, подобные эпохе Матуямы,-полосами белого или светлого цвета. Вскоре внутри эпохи обратной полярности Матуямы были обнаружены два коротких интервала «нормальной» полярности - эпизоды Олдувей и Хара- мильо. Первый из них, более древний, получил свое название по африканской долине, в которой он был впервые выделен, а второй, более молодой,-по небольшой реке в штате Нью-Мексико. В целом чередование эпох и эпизодов истории магнитного поля Земли выглядит на графике как серия черных и белых полос разной длины, напоминая сообщение, записанное с помощью азбуки Морзе. Причем два из серии этих сигналов оказались жизненно важны для геологов, занятых тайной ледниковых эпох плейстоцена. Один из них-это граница эпох Брюнеса и Матуямы, получившая датировку в 700000 лет. Второй - эпизод «нормальной» полярности Олдувей, возраст которого был определен в 1,8 миллиона лет.

Однако записаны ли эти сигналы в слоях глубоководных осадков Мирового океана? Первая попытка ответить на этот вопрос была сделана в 1956 году Морисом Юингом и Маником ТаЛвани. Талвани отвез две ламонтские колонки в Вашингтон, в Институт Карнеги, где их магнитные свойства были измерены Джоном Грэемом. «Нам действительно удалось выявить несколько инверсий,-рассказывал позже Талвани,-однако все они были очень неясные». Одна из трудностей работы с колонками состояла в том, что их материал был полужидким. После нескольких дополнительных попыток, которые были столь же малоудачны, работа была прекращена.

Через десять лет геологи Скриппсовского института Кристофер Харрисон и Брайан Фаннел обнаружили границу палеомагнитных эпох Брюнеса и Матуямы в двух колонках, поднятых со дна Тихого океана. И хотя геологам Ламонтской обсерватории эти данные показались малоубедительными, сами они решили возобновить работы, когда-то начатые Талвани, и прочесть палеомагнитный сигнал в донных осадках. Конечно же, им очень хотелось, чтобы выводы Харри- сона и Фаннела подтвердились. Ведь в хранилище Ламонтской обсерватории лежало более трех тысяч длинных колонок, поднятых со дна всех океанов мира, и в каждой из них заключалась богатейшая информация о древних климатах. Чтобы использовать ее, нужно было только одно-надежная хронологическая привязка палеоклиматических событий, то есть то, что как раз и мог дать календарь инверсий геомагнитного поля.

К счастью, в Ламонтской обсерватории теперь был свой специалист по палеомагнетизму -Нил Опдайк. Однако он имел опыт исследований лишь коренных пород, поэтому для работы с глубоководными осадками пришлось привлечь и аспиранта Джона Фостера, которому было поручено конструирование приборов для их анализа. А вскоре в группу Опдайка вошел еще один аспирант-Билли Гласс. Это трио решило в первую очередь заняться колонками из высокоширотных районов океана, где крутизна магнитных силовых линий возрастала, что должно было облегчить выявление инверсий геомагнитного поля. К тому же они знали, что осадки океанского дна нередко эродируются придонными течениями и их разрезы, представленные в колонках, могут иметь существенные пропуски. Поэтому было решено делать анализ лишь колонок, которые уже детально изучены палеонтологами.

За помощью в отборе колонок, которые отвечали бы этим требованиям и были достаточно длинны, чтобы вскрывать границу палеомагнитных эпох Брюнеса и Матуямы, группа Опдайка обратилась к специалисту по антарктическим радиоляриям Джеймсу Хейсу. Хейс был сотрудником той же обсерватории; еще в студенческие годы, проведенные в Университете Огайо, он увлекся проблемами Антарктики, особенно геологической историей Южного океана. А Ламонтская обсерватория, с ее лучшей в мире коллекцией колонок глубоководных осадков, была единственно желанным местом его работы. Первым, чем Хейс занялся в обсерватории, стала разработка детальной схемы новейшей истории Южного океана, основанной на радиоляриях. Имея этот опыт, он мог без труда выполнить просьбу Опдайка, его радиоляриевые зоны создали возможности для независимой проверки палеомагнитных корреляций.

Результаты анализа были неоспоримо положительны: магнитный сигнал был ясно различим во всех изученных колонках. Кроме того, корреляция, построенная на базе палеомагнитных инверсий, прекрасно совпала со схемой увязки глубоководных разрезов, которая базировалась на радиоляриевых зонах Хейса. Таким образом, работа ламонтской группы решительно подтвердила выводы Харрисона и Фаннела, более того-она открыла новый этап в развитии методов стратиграфии и геологических корреляций, который часто называют «палеомагнитной революцией». Впервые в истории геология получила инструмент для определения возраста климатических событий прошлого, оставивших след в разрезах донных осадков океана. Только теперь можно было в полной мере понять ценность ламонтской коллекции грунтовых колонок. Используя ее запасы и не дожидаясь новых поступлений, Опдайк, Хейс и Эриксон с коллегами смогли за период 1966-1969 годов трансформировать то, что было лишь довольно расплывчатым «рассказом» о геологических событиях прошлого, в четко датированную историю климата Земли.

Начать им пришлось с определения длительности плейстоцена. Раньше мы уже говорили, что Миланкович, следуя Пенку и Брюкнеру, принимал эту длительность равной 650000 лет и именно таким интервалом времени ограничивал свои первые расчеты. В последующем, уже после смерти Миланковича, Эриксон и его коллеги по Ламонтской обсерватории пришли к выводу, что продолжительность плейстоцена была близка к полутора миллионам лет. Так это было или иначе, но все понимали, что убедительная проверка теории Миланковича станет возможной лишь после того, как будет датировано начало плейстоценовой эпохи.

Фактически для решения этой проблемы надо было ответить на два вопроса: с какого события геологической истории начинался отсчет плейстоцена и когда это событие произошло? На первый из них несколько ответов было предложено еще в прошлом столетии. В частности, в 1839 году Чарлз Лайель рекомендовал относить к плейстоцену все осадочные слои, окаменелости которых были не менее чем на 90-95% представлены современными видами. В этом предложении не было ни слова ни о ледниковом периоде, ни о следах холодного климата. И только несколько позже, в работе Эдуарда Форбса, было сформулировано другое-климатическое-определение: к плейстоцену следует относить осадочные толщи, которые были сформированы в условиях холодного климата. Однако что это значило: холодного?

Первое недвусмысленное, хотя и несколько произвольное определение плейстоцена было принято авторитетным международным комитетом геологов в 1948 году. За начало этой эпохи было решено принять стратиграфический рубеж, на котором отмечено первое появление холодолюбивых видов- морской и наземной фауны в хорошо обнаженных осадочных толщах юга Италии. Однако на практике использовать это определение было очень непросто. Поставим себя, например, на место исследователя, занимавшегося грунтовыми колонками со дна Тихого океана. Легко ли ему было выделить слои, которые следовало коррелировать с первым похолоданием в южной Италии!

И вот эта сложнейшая проблема -определение возраста основания плейстоцена и его глобальные корреляции-была успешно решена благодаря палеомагнит- ному методу. Уильям Берггрен из Океанографического института Вудс-Хол и Джеймс Хейс доказали, что появление холодолюбивых видов южной Италии совпало с эпизодом «нормальной» магнитной полярности Олдувей. Таким образом, в итоге ста лет упорных трудов геологи наконец могли констатировать, что начало плейстоценовой эпохи отстоит от современности на 1,8 миллиона лет. После этого они получили возможность извлечь пользу и из прочих магнитных инверсий, происходивших внутри плейстоцена, в особенности той из них, с которой началась палео- магнитная эпоха Брюнеса. Именно на основе этих инверсий был вскоре создан календарь для той части плейстоценовой истории, которую Миланкович стремился объяснить с помощью своей теории.

К содержанию книги: Джон Имбри - Тайны ледниковых эпох