Анды сбросили балласт

Горные цепи могут вздыматься существенно быстрее, чем предполагалось ранее. Согласно новому исследованию американских геологов, Анды стали вдвое выше менее чем за два миллиона лет. Такая скорость в несколько раз превышает значения, предсказываемые классической геологической теорией.

Автором работы является Кармала Гарционе, доцент геологии американского Рочестерского университета. Статья Гарционе и её коллег, опубликованная в последнем выпуске Science, обосновывает необходимость включения в тектоническую теорию процесса деламинации, или расслоения земной коры.

Традиционная теория тектонической активности описывает процессы формирования складчатости и разломов в слое земной коры как главные движущие силы формирования впадин и горных цепей. Согласно этой теории, формирование Анд – горной цепи, протянувшейся вдоль всего западного побережья южноамериканского континента, – заняло не менее сорока миллионов лет.

Горная гряда поднялась после того, как литосферная плита, подстилающая дно восточной части Тихого океана, уперлась в южно-американскую. Дальше события развивались самым драматическим образом. Будучи плитой более плотной, океаническая начала сплющивать и сдавливать западные окраины южноамериканской платформы. В результате этого, как считают палеогеологи, на поверхности Земли и сформировалась складчатость, которую мы все сегодня знаем как Анды.

Гарционе и её сотрудники предприняли попытку напрямую измерить скорость роста этой горной цепи в районе плато Альтиплано и обрамляющих его Западной Кордильерой и Кордильерой-Реаль Анд. Считается, что Западная Кордильера, спускающаяся непосредственно к Тихому океану, выросла в результате активных вулканических процессов. А вот высокогорный прогиб Альтиплано – изогнутое плоскогорье на территории современной Боливии – и Восточная Кордильера, или Кордильера-Реаль – результат как раз постепенного, «классического» подъёма гор при сдавливании континентальной плиты океанической.

Для оценки скорости роста горной гряды учёные впервые применили к ней лишь недавно разработанную методику измерения высоты отложения осадочных пород. Учёные исследовали изотопный состав пород, формировавшихся на склонах гор по мере их роста.

Метод основан на том обстоятельстве, что с увеличением высоты происходит уменьшение содержания тяжелых изотопов в осадках, наносимых дождем, снегом и ветром. Тяжелые изотопы попросту испытывают более сильное притяжение Земли, и в итоге лёгкие молекулы атмосферной взвеси осадков добираются до самых вершин вместе со снегом и облаками, тогда как тяжелые опадают еще у подножий. Таким образом, измерив относительное содержание тяжёлых и лёгких изотопов в породе, можно оценить высоту, на которой данная порода образовалась.

Изучив состав пород в районе горной цепи, ученые пришли к выводу, что в первые несколько десятков миллионов лет рост Анд продолжался в соответствии с принятой моделью тектонической активности.

Однако затем рост резко ускорился, и Анды выросли на 1,5 километра всего за миллион лет.

Причем, согласно данным одного из коллег Гарционе, Грегори Хоука, публикующего свою статью в скором времени в журнале Earth and Planetary Science Letters, такое скорое поднятие имело место не только в районе самой горной цепи. Оно затронуло и плато Альтиплано шириной почти в 600 километров, отделяющее Кордильеру-Реаль от Западной Кордильеры.

Ученые полагают, что их данные – первые достоверные свидетельства правомерности теории так называемого отслаивания (деламинации) горных пород, играющих важную роль в динамике геологических процессов. Дело в том, что процесс формирования складчатости приводит не только к образованию горных цепей на поверхности Земли. Он также делает очень плотными и тяжелыми глубинные слои земной коры. Эти слои играют роль своеобразного балласта, якоря, постоянно сдерживающего рост гор ввысь.

Как считают некоторые геологи, под воздействием мантийных потоков магмы этот балласт может потерять сцепление с верхними слоями земной коры и в один прекрасный (а возможно, и не очень прекрасный) момент попросту отцепиться и начать тонуть в гуще мантийных пород. Освободившись от балласта, горные цепи под давлением массивных тектонических плит стремглав устремляются ввысь.

Теория деламинации пользуется большой популярностью среди геологов в последнее время, однако каких-либо доказательств работы предполагаемого ей механизма в реальности до сих пор не было.

По мнению Гарционе, именно такой сценарий и имел место на южноамериканском континенте в период между 10 и 6 миллионами лет назад. Тогда от нижних слоев южноамериканской коры отделился массивный кусок толщиной до 80–140 километров. Быстрый рост высоты Кордильеры-Реаль и Альтиплано сопровождался перестройкой и уплотнением сильно полегчавших земных недр. Спустя примерно миллион лет скорость увеличения высоты гор вернулась к своему нормальному значению.

Однако у такой красивой гипотезы, как отмечает в редакторской колонке того же выпуска журнала Тодд Элерс, профессор Мичиганского университета, есть один существенный недостаток.

Она опирается только на косвенные данные. Если бы в наши дни горы росли с такой скоростью, о которой говорит Гарционе, её можно было бы оценить уже через два года не самых пристальных наблюдений. Однако движение литосферных плит, составляющее миллиметры в год, существенно быстрее скорости формирования складок и впадин на земной тверди, которую ученые пока не в силах измерить.

Изотопный же анализ, проведенный группой Гарционе, целиком опирается на предположение, что климатические условия, в которых происходил рост горной гряды, и которые во многом определяют изотопный состав осадочных горных пород, не изменились за несколько миллионов лет. В то же самое время мало кто будет спорить, что горные цепи сами во многом являются климатообразующими факторами, а потому, достигнув определенной высоты, Анды могли попросту изменить потоки воздушных масс, частоту и обилие осадков в этих районах.

Например, не исключено, что 6–10 миллионов лет назад основным источником осадков в районе Альтиплано и Кордильеры-Реаль был не Атлантический океан, как сейчас, а Тихий, ныне отделённый от этого района Западной Кордильерой. Это могло существенно отразиться на изотопном составе осадочных пород, которое геологи могли принять за проявление эффекта отслаивания земной коры.

Потому коллеги Гарционе хотя и признают ценность полученных ею данных, считают её выводы преждевременными и хотели бы увидеть новые, независимые доказательства быстрого роста Анд.

Как ни странно, одно такое – правда, также косвенное – независимое доказательство недавно было из совершенно неожиданного источника – от палеонтологов.

В конце прошлого года американские учёные опубликовали результаты подробного исследования останков глиптодонта – огромного родственника современных броненосцев, найденных в Андах на высоте около 4 км. По мнению авторов той работы, крупное животное не могло жить на высотах более 1 км, в то время как в случае постепенного роста гор высота этого участка к моменту гибели глиптодонта была бы вдвое больше. В то же время с результатами последней работы Гарционе эти данные отлично согласуются – она предполагает, что более 10 миллионов лет назад высота плато Альтиплано не превышала 1 км.

Конечно, выводы палеобиологов о неспособности глиптодонтов обитать на больших высотах также базируются на предположении, что климат Южной Америки в их эпоху не сильно отличался от нынешнего. Разрешить этот вопрос может дальнейшее изучение изотопного состава древних пород. Возможно, со временем станет понятно не только, на какой высоте они выпали, но и из какого океана пришли.