Ритмы Земли и космос. Г. Егоров

Художник Р. ВАРШАМОВ

Обратите внимание на ход нашей жизни. В определенное время суток нам хочется есть, необходим отдых, сон. Всем, кто ездил на большие расстояния, пришлось испытать на себе результат смены часовых поясов. Если, допустим, вы москвич и привыкли ложиться спать в 10 часов вечера, то, приехав в Новосибирск, не сможете заснуть ранее двух часов ночи, пока ваш организм не привыкнет к новому ходу времени. Механизм, регулирующий жизнедеятельность организма, ученые называют биологическими часами и ставят его в зависимость от хода времени - смены дня и ночи, смены сезонов.

Известно также, что и наше общее самочувствие, иногда просто настроение, связано с изменениями погоды, климатическими колебаниями. Как свидетельствует медицинская статистика, переходные времена года обычно сопровождаются кризисными состояниями организма, наибольшим количеством заболеваний или даже повышенной смертностью больных людей.

От смены климатических сезонов и колебаний погоды зависит жизнедеятельность всех организмов на Земле. Весной вся природа пробуждается, бурно развивается растительность на суше и планктон в море, наступает сезон размножения у многих животных. С началом осени жизнедеятельность постепенно замедляется и затем замирает до следующей весны.

Такая же ритмичность характерна и для температурных колебаний - дневных и ночных, сезонных и многолетних. Сходный характер имеет изменение влажности, количества и типа осадков, обводненности рек, а также атмосферного давления и направления перемещения воздушных масс и состава атмосферы. Например, в самое жаркое время года, в июле, содержание кислорода в граммах на кубометр (парциальное давление) заметно меньше, чем в конце осени - начале зимы.

Итак, все процессы жизнедеятельности, климатические изменения, процессы, происходящие в атмосфере и гидросфере, подчинены определенной периодической изменчивости. Эта ритмичность, как известно, обусловлена в свою очередь сменой дня и ночи вследствие вращения Земли вокруг своей оси, наклоном оси земного шара относительно плоскости его орбиты (отчего происходит смена сезонов), годичным циклом обращения нашей планеты вокруг Солнца. Иначе говоря, вся эта хорошо нам известная ритмика связана с движением Земли как космического тела и положением ее относительно Солнца.

Но все это на фоне геологической истории Земли - мелкая ритмичность у живого вещества, в газовой и жидкой оболочках нашей планеты. А существуют ли ритмы в мире неживой, твердой материи?

Вот перед нами обрыв (рис. на стр. 12), в котором ясно видны наслоения пород разного состава. В самом низу виден слой с крупными обломками пород - конгломерат, далее - крупнозернистый песчаник, глины и известняк. Выше - еще грубо-обломочная порода, песчаник, глина и известняк, затем - песчаники, глины, мергели и известковистые глины. Это типичный для Ферганской котловины разрез палеогеновых пород, возникших на дне древнего морского бассейна. В нем явственно выделяются ритмы осадконакопления - их три. Но каждый из этих ритмов по времени охватывает не дни, месяцы и годы, а миллионы лет. Детальное изучение пород этого разреза показывает, что в начале каждого ритма в морской бассейн сносился и отлагался на его дне грубообломочный материал с окружающей суши. Затем суша, служившая источником сноса материала, постепенно понижалась вследствие размыва или опусканий и в бассейне накапливались все более тонкие отложения.

Цвет, химический состав пород и сопровождающая их фауна могут рассказать о ритмике, связанной с изменениями климата. В самом начале отложений образовывались красноцветы, обогащенные гипсами и квасцами. Следовательно, климат был сухой и жаркий. Потом осадки стали приобретать зеленый цвет, они обогатились вулканическими пеплами. В их составе появилась масса органического вещества, уран, а также кости животных. В это время климат был теплым, влажным, окружающая суша покрылась лесами и на ней оживилась вулканическая деятельность. К концу же накопления всей толщи снова отлагались красноцветы, обогащенные гипсом и карбонатами, значит, бассейн снова оказался в изоляции от других бассейнов, климат снова стал жарким и сухим.

Все это произошло на протяжении среднего и верхнего палеогена - древнейшего периода кайнозойской эры, на протяжении примерно 30 млн. лет.

Уже на этом примере, охватывающем сравнительно короткий геологический отрезок времени, мы видим, что наряду с мелкими ритмами существуют ритмы более крупные. Этот более крупный ритм, во время которого отложилась вся рассмотренная толща, характеризуется не только сменой типов осадконакопления, но и сменой климатических условий.

Если говорить о климатической ритмичности, сопоставимой с ритмичностью геологической, то известно, что всего лишь 10-12 тыс. лет назад окончился период, когда климат Земли был значительно холоднее, чем ныне, и большие пространства суши были покрыты толщами нетающих льдов. Таких ледниковых периодов было несколько: ныне установлено, что на протяжении последних двух миллионов лет не менее шести раз эпохи похолодания сменялись эпохами потепления. Эта ритмичность отражена не только в характере отложений горных пород, но и в составе растительности и животного мира.

Температурные условия прошлого устанавливаются и более точным методом: анализ изотопного состава кислорода раковин моллюсков и морской микрофауны свидетельствует о температурах, при которых эти животные жили. Об этом говорит также анализ кислорода пузырьков воздуха, заключенного в толще древних льдов. Вот по этим данным ученые и приходят к выводу, что, например, оледенение Антарктиды началось не менее 20-30 млн. лет назад. По совокупности других данных устанавливается, что похолодание, вызвавшее оледенение в других районах земного шара, началось не сразу, а развивалось постепенно, начиная с конца палеогенового времени (олигоцена), отстоящего от наших дней на 30 млн. лет. И - удивительное совпадение - как раз около этого времени началась последняя фаза альпийской эпохи горообразования, во время которой окончательно сформировались грандиознейшие горные системы Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского горных поясов. За этот период площадь суши на Земле сильно выросла, увеличилась средняя высота континентов над уровнем моря.

До начала этой фазы горообразования, продолжающейся и в наши дни, был период длительностью более 30 млн. лет, когда, наоборот, росла площадь морских бассейнов, суша разделялась на цепи островов и малые материки, море заливало все низменные равнины. Соответственно этому и климат был гораздо мягче, значительно более теплый, чем сейчас, а тем более в ледниковую эпоху. Теплолюбивые формы растительности и животных продвинулись тогда далеко на север - до Шпицбергена и Гренландии. Как раз этому периоду геологической истории и соответствует разрез из Ферганы.

Палеогеновой океанически-морской эпохе предшествовала верхнемеловая континентальная, когда начали вздыматься цепи упомянутых горных поясов, площадь суши выросла, а морей - сократилась, климат был континентальным, сухим и жарким. Эта фаза горообразования занимает время между 110 и 75 млн. лет до наших дней, то есть длительность ее - 35 млн. лет.

Верхнемеловая горообразовательная фаза вместе с палеогеновым океанически-морским и неогеновым горообразовательным циклами образует единый цикл альпийского горообразования, в результате которого возник современный лик Земли и сложился нынешний растительный и животный мир. В начале его произошло заложение современных горных сооружений, затем наступила временная приостановка горообразования, а потом - главная его фаза, завершившаяся общепланетарным похолоданием и оледенением.

По геологическим данным, подобного масштаба эпоха горообразования имела место также во второй половине древней эры, в палеозое. Последовательность событий тогда была полностью сходной. Начался этот цикл - герцинский, как его называют, - около 350 млн. лет назад, в девонском периоде. Тогда начали подниматься такие горы, как Урал, Аппалачи и другие. В конце девона и в первой половине каменноугольного периода наступил океанически-морской цикл, а в конце каменноугольной эпохи, между 320 и 290 млн. лет до наших дней, произошла главная фаза герцинского горообразования. Она завершилась созданием гигантских по площади материковых массивов, горных систем, общим похолоданием и так называемым пермокарбоновым оледенением, длившимся несколько десятков миллионов лет.

На протяжении последующей, мезозойской эры, разделяющей окончание герцинской и начало альпийской горообразовательных эпох, герцинские горные сооружения подвергались размыву и разрушению, континентальные массивы постепенно распадались и сокращались, а площади морей на них, наоборот, росли. Произошла также смена растительных и животных форм - древние, примитивные формы вымерли или отошли на второй план, появились совершенно новые: среди растений - покрытосеменные, среди животных - млекопитающие. В эту же эпоху началось интенсивное обновление и расширение океанов.

Таким образом, совершенно явственно вырисовывается, что время, прошедшее от главной фазы герцинской эпохи горообразования до главной фазы альпийской, представляет собой единый большой цикл - мегацикл, продолжительность которого была около 300 млн. лет. Но были ли такие циклы в более ранней истории Земли?

Оказывается, были. Между 550 и 650-700 млн. лет назад имела место складчатость, оживление вулканической деятельности и рудообразования, после которой широкое распространение получили новые формы жизни - скелетные, позвоночные (моллюски с раковинами, рыбы), а растительность вышла на сушу. На всех континентах в отложениях этой эпохи обнаружены ископаемые ледниковые отложения. Между этим верхнепротерозойским горообразованием и герцинским прошло около 300 млн. лет. Следующая грань более раннего цикла отмечается горообразовательными движениями между 900 и 1000 миллионами лет назад.

Итак, в геологической истории Земли существовали трехсотмиллионнолетние циклы. От начала древнейшей, архейской, эры до наших дней насчитывается от 9 до 11 таких циклов.

Если биологическая жизнь и вообще все процессы, происходящие в биосфере и во внешних оболочках планеты, тесно связаны с движениями Земли как планеты, то с чем же связаны геологические циклы, особенно такие, как трехсотмиллионнолетние?

Установлено, что на ход таких кратковременных пароксизмов, как землетрясения и вулканические извержения, оказывают влияние циклы солнечной активности, а также приливно-отливные движения, вызванные гравитационным воздействием Луны и планет Солнечной системы. Приливное воздействие Луны - фактор постоянный. Именно благодаря этому Земля постепенно замедляет скорость своего вращения вокруг оси, а Луна, совершая полный оборот вокруг Земли в течение месяца, настолько замедлила осевое вращение, что ее сутки сравнялись с ее "годом", и поэтому она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Замедление вращения должно было повлечь за собой перестройку фигуры нашей планеты из-за уменьшения степени ее сжатия у полюсов.

Сам по себе этот процесс замедления вращения Земли, вероятно, вполне мог бы объяснить многое в ее тектонической жизни. Но неясно, во-первых, почему общепланетарные потрясения так правильно периодичны и, во-вторых, почему амплитуда их со временем растет, в то время как гравитационное воздействие Луны уменьшается (в допалеозойские времена максимальная высота гор не превышала 1,5-3 км, а Луна тогда была значительно ближе к Земле и ее приливное воздействие было сильнее). Поэтому причины периодичности крупных геологических революций на Земле и стали искать в космосе.

Вероятно, под влиянием того, что трех- и одиннадцатилетние циклы солнечной активности отражаются на атмосферных, магнитосферных, сейсмических и вулканических процессах, родилась гипотеза, что термоядерные процессы, благодаря которым существуют все звезды, в том числе и Солнце, имеют трехсотмиллионно летнюю цикличность. Каждые 300 млн. лет они активизируются, а затем происходит медленный спад их интенсивности. Это должно отражаться на ходе процессов в теле Земли: ведь на них сказываются неизмерно более слабые "обыкновенные" вспышки. Но, очевидно, более реальна гипотеза, появившаяся несколько десятков лет назад. Суть ее состоит в следующем.

Как известно, наша Солнечная система входит в состав Галактики - гигантского звездного скопления из сотни миллиардов звезд такого же в среднем размера, как и Солнце. Как и другие галактики, наша Галактика представляет собой сложную систему. В центре ее находится ядро - сверхзвезда диаметром около 20 световых лет. Некогда это ядро выбросило из своих недр струи газообразного вещества массой в десятки миллиардов солнц каждая. Под действием магнитных полей эти струи были спирально закручены вокруг ядра и образовали рукава Галактики. Из материи, их составляющей, с течением времени сформировались звезды и газо-пылевые облака. Таким образом возникла дискообразная плоская подсистема в области экватора Галактики, окруженная более разреженной сферической системой звезд, образовавшихся в более ранний период. Все это, вместе взятое, вращается вокруг общего центра - ядра Галактики, но разные зоны нашего звездного скопления имеют разную скорость вращения.

Наша Солнечная система находится примерно на расстоянии 2/3 радиуса Галактики от ее центра и приблизительно на 15 парсеков (около 50 световых лет) выше плоскости спирального диска. Как и все звезды Галактики, Солнце обращается вокруг ее центра по орбите, близкой к круговой.

В настоящее время Солнце движется по орбите со скоростью около 250 км/сек и, кроме того, имеет собственную независимую скорость порядка 20 км. На оснований этого рассчитано, что наше светило совершает полный оборот вокруг ядра Галактики приблизительно за 220 млн. лет. Так как эта цифра близка той, которая разделяет крупные фазы складчатости, то и принято считать, что конец каждого Галактического года знаменуется взрывом тектонической активности на Земле и, вероятно, на других планетах. Такова эта гипотеза.

При этих расчетах, однако, не учитывается, что вряд ли Солнце на протяжении всей своей орбиты движется равномерно. Безусловно, что на каких-то ее участках наша звезда замедляет свой ход, на каких-то - ускоряет, как это происходит при движении Земли вокруг Солнца. Кроме того, если на одних участках орбиты Солнца его независимое движение можно прибавлять к скорости движения его по орбите, то на других ее участках эта скорость должна вычитаться - ведь независимое движение Солнца имеет определенную направленность. Именно поэтому один из крупнейших астрофизиков нашего времени - Вальцзекер и считает, что продолжительность Галактического года близка периоду в 300 млн. лет. А это совпадает с длительностью геологических мегациклов.

Но есть еще одно обстоятельство, роль которого надо учитывать. Плоскость солнечной орбиты имеет наклон по отношению к экваториальной плоскости Галактики. А это значит, что наша Солнечная система при движении по Галактической орбите то возвышается над плоскостью спирального диска (рис. на стр. 13), то погружается в него. В первом случае на Солнечную систему более непосредственно воздействует ядро Галактики, во втором - оно экранируется (как в настоящее время) материей спирального рукава. А это, безусловно, меняет гравитационный, световой и электромагнитный режимы Солнечной системы, что не может не отразиться на ходе тектонических и иных процессов на Земле и на других планетах. И эти воздействия будут правильно периодическими.

При таких обстоятельствах вполне уместно говорить о сезонности Галактического года, у которого могут быть свои периоды "зимы" и "лета", не говоря уже о переходных "сезонах".

Таким образом, мы видели, что ход процессов на Земле, начиная с жизнедеятельности организмов и кончая процессами, происходящими в недрах нашей планеты, тесно связан с закономерностями и явлениями, свойственными ближнему и дальнему космосу. И это вполне понятно: ведь наша Земля, как и вся Солнечная система, - порождение космоса, результат длительного развития и видоизменения материи. Поэтому многие явления на Земле невозможно понять и объяснить, если рассматривать их изолированно от явлений космических. К пониманию неразрывности развития Земли и космоса и пришла современная наука.