Как выглядела раньше земля: изменения нашей планеты за миллионы лет

Хотите узнать, где был бы ваш дом на древней Земле? Теперь это возможно

Наука
Земля
История

Хотите узнать, где был бы ваш дом на древней Земле? Теперь это возможно

Егор Морозов

—
9 июля 2018, 14:13

Думаю, большинство читателей хотя бы в общих чертах представляют себе, как выглядит земной шар, и где на нем расположен их город. Но Земля не статична — континенты постоянно дрейфуют, зачастую со скоростями в несколько сантиметров в год. Конечно, даже за всю историю человечества изменения были крайне незначительны, но, к примеру, во времена динозавров (~100 млн лет назад) наша планета выглядела абсолютно иначе. 

Инженер по программному обеспечению, Йен Вебстер, решил построить модель всей Земли на базе GP Plates — академического проекта для геологов, который показывает изменения в движении тектонических плит. По его словам, накопленных данных хватает даже для того, чтобы показать, где находился бы определенный город аж 750 млн лет назад! 

Конечно, следует понимать, что эти данные все же приблизительны (особенно на очень далеких от нас сроках), и для некоторых небольших городов данных может и не быть вовсе, но все еще это — самый лучший способ увидеть, как выглядела наша Земля в абсолютно разные геологические эпохи.

Сама модель абсолютно бесплатна и доступна на этом сайте, увы — на английском языке, поэтому перевод краткого описания геологических эпох доступен ниже:

• 750 млн лет назад, Криогений. Ледники, возможно, покрывали всю планету в течение этого самого длинного ледникового периода за всю историю Земли. Впервые появляются различные типы одноклеточных организмов, таких как зеленые водоросли.
• 600 млн лет назад, Эдиакарий. Жизнь развивается в море, и многоклеточные организмы только-только стали появляться.
• 540 млн лет назад, ранний Кембрий. Только что произошло массовое вымирание. Впоследствии, летопись окаменелостей показывает резкое расширение животной жизни в море, известное как «Кембрийский взрыв». Животные начинают эволюционировать, приобретая раковины и экзоскелеты.
• 500 млн лет назад, поздний Кембрий. Океан изобилует жизнью после резкого увеличения разнообразия животных в море, известного как «Кембрийский взрыв». Формы некоторых животных указывают на их родство с современными видами.
• 470 млн лет назад, Ордовик. Моря становятся все более разнообразными, появляются первые коралловые рифы. Водоросли — единственные многоклеточные растения, и до сих пор нет сложной жизни на суше. Появляются бесчелюстные рыбы и первые позвоночные.
• 450 млн лет назад, поздний Ордовик. Моря становятся все более разнообразными, появляются первые коралловые рифы. Водоросли — единственные многоклеточные растения, и до сих пор нет сложной жизни на суше. Появляются бесчелюстные рыбы и первые позвоночные. Скоро должно произойти массовое вымирание.
• 430 млн лет назад, Силур. Произошло массовое вымирание, уничтожив почти половину морских беспозвоночных. Появляются первые наземные растения, растущие по краям водоемов. Растения развивают васкуляризацию — способность транспортировать воду и питательные вещества через их ткани. Океаническая жизнь становится все более сложной, а некоторые существа перемещаются из рифов на сушу.
• 400 млн лет назад, Девон. Жизнь на Земле усложняется по мере развития растений. Насекомые становятся все более разнообразными, а рыбы развивают крепкие плавники, которые в конечном счете превращаются в конечности. Первые позвоночные ходят по суше. В океанах и коралловых рифах обитает множество рыб, акул, морских скорпионов и головоногих моллюсков.
• 370 млн лет назад, поздний Девон. Жизнь на Земле усложняется по мере развития растений. Насекомые становятся все более разнообразными, а рыбы развивают крепкие плавники, которые в конечном счете превращаются в конечности. Первые позвоночные ходят по суше. В океанах и коралловых рифах обитает множество рыб, акул, морских скорпионов и головоногих моллюсков. Скоро произойдет массовое вымирание, которое сильно навредит морской жизни.
• 340 млн лет назад, Карбон. Массовое вымирание навредило морской жизни, но укрепило земные организмы. Растения разрабатывают корневые системы, которые позволяют им расти выше и перемещаться вглубь материков. Под кронами деревьев развиваются целые экосистемы. Доля атмосферного кислорода увеличивается по мере распространения растений на суше. Развиваются ранние рептилии.
• 300 млн лет назад, поздний Карбон. Растения разрабатывают корневые системы, которые позволяют им расти выше и перемещаться вглубь материков. Под коронами деревьев развиваются целые экосистемы. Доля атмосферного кислорода увеличивается по мере распространения растений на суше. Развиваются ранние рептилии и гигантские насекомые.
• 280 млн лет назад, Пермский период. Разрозненные участки суши объединились и образовали суперконтинент Пангея. Экстремальные условия, такие как полярные ледяные шапки и пустыни, ограничивали масштабы распространения растительной жизни, но тетраподы-амфибии и рептилии развивались там, где растения хорошо росли. Океаны кишели рыбой и беспозвоночными организмами.
• 260 млн лет назад, поздний Пермский период. Скоро должно произойти самое массовое вымирание в истории Земли, уничтожив 90% живших тогда видов. Угасание растений снизило запас продовольствия для крупных травоядных рептилий и уменьшило ареал обитания насекомых.
• 240 млн лет назад, ранний Триас. Уровень кислорода значительно снизился из-за исчезновения многих наземных растений. Многие кораллы вымерли, а рифы за миллионы лет переформировались. Мелкие предки птиц, млекопитающих и динозавров все же выживают.
• 220 млн лет назад, средний Триас. Земля восстанавливается после Пермского вымирания. Появляются маленькие динозавры, терапсиды и архозавры, а также первые летающие беспозвоночные.
• 200 млн лет назад, поздний Триас. Происходит вымирание, в результате которого исчезло 76% всех наземных и морских видов и значительно сократилась выживаемость популяций. Некоторые виды, такие как птерозавры, крокодилы, млекопитающие и рыбы были минимально затронуты. Появляются первые настоящие динозавры.
• 170 млн лет назад, Юрский период. Динозавры процветают, появляется все больше млекопитающих и птиц. Водная жизнь тоже развивалась, ибо на Земле тогда было очень тепло.
• 150 млн лет назад, поздний Юрский период. Появились первые ящерицы и примитивные плацентарные млекопитающие. Динозавры доминируют на всей суше. В океанах обитали крупные морские рептилии, а птерозавры были доминирующими летающими позвоночными.
• 120 млн лет назад, ранний Меловой период. Земля — теплый мир и не имеет полярных ледяных шапок. Большие рептилии все еще доминируют, а млекопитающие остаются маленькими. Цветущие растения развиваются и распространяются по всей суше.
• 105 млн лет назад, Меловый период. Развиваются цератопсы и пахицефалозавры. Появляются современные виды млекопитающих, птиц и насекомых.
• 90 млн лет назад, Меловый период. Развиваются цератопсы и пахицефалозавры. Появляются современные виды млекопитающих, птиц и насекомых.
• 66 млн лет назад, поздний Меловой период. Происходит массовое вымирание, приводящее к исчезновению динозавров, многих морских рептилий, всех летающих рептилий и многих морских беспозвоночных и других видов. Ученые полагают, что массовая гибель видов была вызвана падением большого метеорита на нынешний полуостров Юкатан в Мексике.
• 50 млн лет назад, ранний Третичный период. После падения метеорита, убившего динозавров, выжившие птицы, млекопитающие и рептилии стали массово развиваться. Предки современных китов эволюционировали от наземных млекопитающих.
• 35 млн лет назад, средний Третичный период. Млекопитающие превратились из нескольких видов в самую обширную группу разнообразных животных. Приматы, китообразные и другие виды продолжают эволюционировать. При этом средняя температура на Земле начинает снижаться, и лиственные растения становятся более распространенными.
• 20 млн лет назад, Неоцен. Млекопитающие и птицы продолжают эволюционировать в современные формы. Ранние гоминиды появляются в Африке.

Купить рекламу

Рекомендации

• Как сделать свои стикеры для Telegram прямо со смартфона. Пошаговый гайд

• AliExpress нагло завысил все цены. Не спешите с покупками

• Как отключить подорожавшие СМС-уведомления в «Сбербанке» и ВТБ

• Забирайте, пока в наличии!»>

  В России обвалилась цена на MacBook Air с чипом M1. Забирайте, пока в наличии!

Рекомендации

Как сделать свои стикеры для Telegram прямо со смартфона. Пошаговый гайд

AliExpress нагло завысил все цены. Не спешите с покупками

Как отключить подорожавшие СМС-уведомления в «Сбербанке» и ВТБ

В России обвалилась цена на MacBook Air с чипом M1. Забирайте, пока в наличии!

Купить рекламу

Читайте также

iPhone
YouTube
Гайды

Что делать, если потерял iPhone или его украли? Вот четыре шага

iPhone

Что происходит с AliExpress? Разобрались в работе маркеплейса

AliExpress
Маркетплейсы

Как выглядел Марс миллионы лет назад? Новая теория

На данный момент Марс считается наиболее пригодной для жизни людей планетой. Она во многом похожа на нашу родную Землю: поверхность твердая, сутки длятся почти те же 24 часа и периодически там происходит смена времен года. Ученые уверены, что миллионы лет назад между нашей планетой и Марсом было еще больше схожих черт, вроде наличия воды и живых организмов. Он есть одна загвоздка — в незапамятные времена Солнце светило гораздо слабее, чем сейчас, а Марс находился от него довольно-таки далеко и приближаться не собирается. Получается, что планета была холодной и на ней не могло существовать рек и океанов. Но чем же тогда объяснить наличие на ее поверхности долин и впадин, явно образовавшихся в результате течения воды? Поиском объяснения этому загадочному явлению занялись канадские ученые. В ходе научной работы им удалось выдвинуть теорию, которая сильно меняет представление ученых о прошлом Красной планеты. Возможно, Марс был похож на гигантский снежок.

Миллионы лет назад Марс вряд ли был теплым местом

Вода на Марсе

Суть теории была опубликована в научном журнале Nature Geoscience. По словам одного из авторов исследования Анны Грау Галофре (Anna Grau Galofre), последние 40 лет научное сообщество считает, что неровности на поверхности Марса образовались из-за движения рек. Однако, между долинами и впадинами в разных областях планеты есть отличительные черты. Чтобы выяснить, какие факторы могли повлиять на структуру неровностей, ученые решили найти на Земле место, поверхность которого максимально похоже на марсианский ландшафт. Впрочем, о существовании такого места исследователям уже давно известно.

Читайте также: Самые необычные природные явления на Марсе

Марс на Земле

Одним из самых похожих на Марс мест на нашей планете считается необитаемый остров Девон, расположенный на севере Канады. Практически вся ее поверхность представляет собой холодную и сухую пустыню. Если посмотреть на остров с высоты птичьего полета или даже со спутника, можно заметить, что ее поверхность действительно очень похожа на просторы Красной планеты. Она тоже полна всевозможных неровностей и ученым хорошо известно, каким образом они были образованы. Так как остров Девон является довольно холодным местом, большинство рек там текут под слоем льда. Часть ледяного щита со временем растаяла и оставленные реками долины теперь хорошо нам видны. Своей структурой они сильно отличаются от долин, образованных реками, которые текут под открытым небом.

Поверхность острова Девон очень похожа на марсианский ландшафт

Итак, ученым стали известны отличительные особенности двух видов долин. На основе этих данных они разработали алгоритм, который смог быстро изучить фотографии 10 тысяч марсианских неровностей. Среди них исследователи нашли много долин, которые явно образовались под толстым слоем льда. Большинство из них были образованы около 3,8 миллиарда лет назад. Получается, что когда-то давно хоть и не вся, но большая часть Марса, была покрыта льдом и снегом. А ведь ученые предполагали, что она была очень похожа на нашу сине-зеленую Землю.

Сверху показана поверхность Марса, а снизу — поверхность острова Девон

Жизнь на Марсе

Если Марс действительно был покрыт слоями льда, то вероятность существования на нем живых организмов заметно увеличивается. Дело в том, что микроорганизмы вполне могли обитать в спрятанных под ледяным щитом водах. А этот щит, в свою очередь, мог отлично защищать их от космического излучения. Ведь у Красной планеты очень слабое магнитное поле, которое как раз таки и служит для защиты от губительного излучения. Так что, несмотря на изменения представления о внешнем виде и условиях древнего Марса, вероятность того, что на нем жили хотя бы примитивные существа, сохранилась. Может быть, когда-нибудь их следы будут обнаружены аппаратами вроде InSight и мы обретем уверенность в том, что на других планетах может существовать жизнь.

Согласно новой теории, 3,8 миллиарда лет назад Марс выглядел примерно так

Созданный в рамках научной работы компьютерный алгоритм не пропадет. По мнению разработчиков, он может быть полезен для изучения прошлого Земли. Существующие на данный момент технологии позволяют взглянуть историю не дальше 5 миллионов лет, а новый алгоритм может восстановить историю оледенений нашей планеты за последние 35 миллионов лет. Звучит интригующе, так что остается надеяться, что новые открытия не заставят себя долго ждать.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!

На тему Марса также советую почитать материал о том, как на его поверхности были найдены загадочные объекты. На фотографиях они похожи на человеческие кости, но чем они являются на самом деле? Узнать ответ на этот вопрос можно в этом материале.

Жизнь на МарсеКосмосНаучные исследованияПланета Марс

Для отправки комментария вы должны или

Представления древних народов о мире

Форма Земли

О том, что форма у нашей планеты шарообразная, люди узнали не сразу. Представления наших далёких предков о Земле в основном опирались на мифы, предания, легенды. Древние греки считали, что планета — это выпуклый диск, похожий на щит воина, омываемый со всех сторон рекой Океан. А индийцы представляли Землю в виде полусферы, опирающейся на слонов. Слоны стоят на огромной черепахе, а черепаха лежит на змее, которая, свернувшись кольцом, замыкает околоземное пространство. В Древней Руси представляли Землю в виде плоскости, покоящейся на трёх китах. В Китае тоже когда-то думали, что Земля — это плоский диск.

Когда люди начали совершать далёкие путешествия, постепенно стали накапливаться доказательства, что Земля не плоская, а шарообразная.

Знаменитый древнегреческий учёный Аристотель (IV век до н. э.) первым использовал для доказательства шарообразности Земли наблюдения за лунными затмениями: тень от Земли, падающая на полную Луну, всегда круглая. Но только шар отбрасывает круглую тень.

Его теория, что Земля, как и Солнце и Луна, является шарообразной, впоследствии подтвердилась. Это открытие стало важным этапом в развитии географических представлений человека о Земле и других планетах Солнечной системы.

Главным источником географических знаний о Земле в то время оставались рассказы путешественников. Это были обширные повествования, которые тщательно записывались и собирались в специальные книги-описания под названием «Объезды Земли». Причём нередко они обрастали невероятными легендами и выдумками. «Объезды» дополнялись рисунками предполагаемого вида Земли со слов рассказчиков. Мелкие детали чаще всего не вырисовывали, показывались только основные контуры предмета, очень похожие на знаки. Позднее такие знаки стали называть условными. Случалось и так, что переписчик ради красы добавлял в книгу всякие причудливые изображения несуществующих гор и лесов, рек и озёр. Сочетание таких рисунков-чертежей и условных знаков в описании Земли едва ли можно назвать достоверным. Однако сильные искажения с лихвой компенсировали захватывающие описания дальних стран, их природы и обычаев людей.

Размеры Земли

Разрешив вопрос о форме Земли, греки заинтересовались вопросом о её размерах. К тому времени уже стало понятно, что Земля огромная. Но чтобы точнее представить, насколько одна территория больше другой, нужно было их сравнить. Для этого требовались единицы измерения расстояний.

Проще всего было измерить расстояния в днях пути. Однако за день пешеход, всадник, конный обоз или верблюжий караван пройдут по одной и той же местности не одинаковые расстояния. Поэтому представления о величине территории, измеряемой днями пути, в рассказах разных путешественников сильно отличались.

Точнее всего были такие «описания», где использовались заранее установленные единицы измерений расстояния. Древние греки измеряли длину пути в стадиях. Греческий стадий был равен расстоянию в 600 ступней Геракла. По преданию, именно столько шагов успел сделать Геракл с того момента, как первые солнечные лучи появились над холмом Крона в Олимпии, и до того, как Солнце поднялось над землёй.

В Вавилоне за стадий принимали расстояние, которое человек проходит спокойным шагом за промежуток времени от появления первого луча Солнца при восходе до того момента, когда весь солнечный диск окажется над горизонтом.

Однако этот способ имел много недостатков. Было неясно, что имелось в виду под словами «спокойный шаг» и какого роста должен быть человек, шаг которого .можно считать единицей измерения. Ведь чем выше человек, тем больше длина шага. К тому же продолжительность восхода Солнца в разных местностях Земли неодинакова: на экваторе, например, 2 минуты, а в умеренных широтах — 10 15 минут. Вот и получалось, что стадии на севере Египта и на севере Греции сильно различались — от 150 до 250 современных метров.

Большие расстояния измерялись в Древнем Риме шагами: 2000 шагов впоследствии стали равняться одной миле, или 1,609 км. В древние времена индийцы при покупке земли использовали свою единицу измерения территории. Участок, который человек обежит за день, и был такой единицей измерения. Поэтому, чтобы купить побольше земли, покупатель нанимал самого быстрого «измерителя»-бегуна. В Древней Руси, например, существовали свои меры длины — вершок, пядь, локоть. Большие расстояния измеряли полётом стрелы. Однако у разных людей были разные пяди и локти. Да и лук стрелял на разные расстояния. Понятно, что такие измерения были приблизительными и с их помощью нельзя было точно определить расстояние.

Первые измерения Земли

Первым нашу Землю с математической точностью измерил древнегреческий учёный Эратосфен (III—II век до н. э.). Он обратил внимание на то, что в день летнего солнцестояния в полдень в городе Сиене (ныне Асуан) в Египте солнечные лучи достигают дна самых глубоких колодцев, куда в другие дни не доходят. (Вспомните, как называется положение Солнца, когда оно находится над головой наблюдателя.) Тогда он отправился в город, расположенный на том же меридиане, что и Сиена, — Александрию и измерил там тени, отбрасываемые предметами, и угол падения солнечных лучей на поверхность Земли. После этого Эратосфен сумел вычислить длину окружности Земли. По его расчётам она оказалась равной почти 40 ООО км. Удивительно, но спустя многие столетия почти ту же цифру получили и учёные с помощью современных точных приборов. В настоящее время с помощью космических исследований составлена сверхточная модель нашей планеты, в которой учтены все особенности её поверхности.

Методы и расчёты Эратосфена стали великим открытием. Они положили начало развитию точных знаний человека о Земле.

Ученые использовали новаторскую технологию, чтобы выяснить, как Земля выглядела миллиард лет назад — Кварц

К тому времени, когда Дитмар Мюллер поступил в Техасский университет в качестве аспиранта в середине 1980-х годов, ученые уже давно освоили некогда удивительная идея: континенты, на которых разворачивалась вся человеческая история, а не приспособления постоянства, были сиротами бывшего великого суперконтинента под названием Пангея. Осыпанные наградами пионеры этой теории — тектоники плит — в общем и целом рассеялись в поисках следующей большой задачи.

Но Мюллер и его одноклассники чувствовали, что есть куда стремиться. Три десятилетия спустя Мюллер, теперь работающий в Сиднейском университете, участвует в новом перевороте в тектонике, на этот раз вызванном достижениями в области вычислительной мощности. Те же скачки в анализе больших данных, суперкомпьютерах и интеллектуальных алгоритмах, которые потрясли финансы, генетику и шпионаж, меняют наш взгляд на неуловимый древний мир.

Эти инструменты позволяют Мюллеру и смелой группе ученых, известных как палеогеологи, наносить на карту не только Пангею, но суперконтиненты, существовавшие до нее, с целью создания самой точной карты Земли и ее природных ресурсов, когда-либо известных. .

«Это похоже на работу детектива. У вас есть доказательства. Вы должны найти того, кто совершил преступление».

Команда Мюллера совместно с сотрудниками из Университета Осло и Калифорнийского технологического института уже завершила потрясающе подробную цифровую реконструкцию 410 миллионов лет земной истории, восходящей к столкновению существовавших на тот момент континентов, которое создало Пангею. В январе они планируют выпустить версию 2.0 GPlates, модели программного обеспечения с открытым исходным кодом, которую каждый может использовать, чтобы вернуться в прошлое, к ранним дням Земли. Затем они готовятся к экспертной оценке расширения модели до 1 миллиарда лет назад — эпохи предка Пангеи, суперконтинента под названием Родиния. Затем они снова рванут — к 2 миллиардам лет, еще одному суперконтиненту и эволюции первой многоклеточной жизни.

EarthByte

GPlates.

В какой-то степени палеогеология — это просто академический энтузиазм. Но это тоже серьезное дело. Это необходимо, например, практически для всех глубоководных нефтеразведочных работ: нефтяные компании отмечают, где уже была обнаружена нефть, и расшифровывают, где находился этот резервуар во времена Пангеи; в так называемой «аналоговой разведке» они затем внимательно изучают горную породу, с которой она была соединена 200 миллионов лет назад, и часто тоже бурят там. Когда дело доходит до драгоценных камней и минералов, шкала времени превышает 1 миллиард лет.

Тектоника плит также влияет на современную политику: она создала географию и геологию, которые устанавливают границы стран, распределяют их природные богатства и определяют, которые пострадают от землетрясений, цунами и извержений вулканов. Более того, некоторые геологи, изучающие Вселенную, считают, что тектоника плит, сыгравшая решающую роль в эволюции сложной жизни на Земле, может быть предпосылкой (pdf) для ее возникновения и на других планетах. Если это так, это сузило бы поиски жизни в других местах галактики; ученые уже разрабатывают способы обнаружения признаков тектоники на экзопланетах, таких как следы вулканической активности, которые могут быть обнаружены с помощью телескопов ближайшего будущего.

«Это похоже на детективную работу, — сказал Мюллер. — У вас есть улики. Вы должны найти того, кто совершил преступление».

Случайное открытие внутреннего двигателя Земли

publish.illinois.edu

Альфред Вегенер во время злополучной экспедиции в Гренландию.

История тектоники плит восходит к 1912 году, когда немецкий физик атмосферы Альфред Вегенер посмотрел на карту и заметил, что противоположные береговые линии Африки и Южной Америки кажутся странно совпадающими, как совпадающие кусочки головоломки. Другие геологи отмечали то же самое и даже писали, что когда-то эти два континента были соединены. Но каким-то образом эти заявления ускользнули как от серьезного изучения, так и от всеобщего внимания.

Вегенер, не обремененный какими-либо предшествующими геологическими знаниями, приступил к лихорадочным исследованиям. Среди фактов, которые он обнаружил, было то, что высокогорье Шотландии, казалось, продолжалось в Аппалачах Соединенных Штатов, разделенных только Атлантическим океаном; окаменелости подобных животных и растений были найдены на обоих континентах. В заключение он сделал широкое замечание: Земли, какими мы их знали, образовались в результате дрейфа континентов, процесса, в результате которого все континенты начали свое существование, слившись в одно гигантское пространство, которое он назвал Пангеей, или Вся Земля.

Он убедил немногих современников. Во всем мире, особенно в Соединенных Штатах, враждебно настроенные геологи осудили Вегенера как дилетанта, поверхностного нарушителя и просто совершенно неправого, по словам Мотта Грина, автора новой биографии его. По их словам, сходство с побережьем было случайностью. В 1930 году дискредитированный Вегенер умер в Гренландии в очередной попытке найти физическое доказательство теории.

До недавнего времени большая часть исследований в области тектоники плит проводилась с помощью примитивных инструментов.

Прошло четыре десятилетия, прежде чем случайное открытие возродило его теории. Во время Второй мировой войны ВМС США записывали гидролокаторы и другие показания, чтобы отслеживать и уклоняться от немецких подводных лодок, в результате чего были созданы впечатляющие карты морского дна. Военно-морской флот был настолько обманут, что, как только боевые действия закончились, он вложил средства в продолжение исследований океана. В 1950-х годах американские и британские ученые, изучавшие земную кору на морском дне, обнаружили, что магнитное поле Земли не было стационарным, как предполагалось, а регулярно менялось на протяжении всей истории. «Магнитная подпись», которую он оставил в горных породах, когда они охлаждались и образовывали куски коры, показывала, что иногда магнитный север находился рядом с географическим северным полюсом, а иногда — с южным полюсом. Но подписи сбивали с толку — из-за них казалось, что магнитные полюса не просто перевернулись, но и переместились по всей поверхности Земли. В шквале бумаг через 19Однако в 60-е годы ученые все прояснили — это континенты сдвинулись. Вообще говоря, Вегенер был прав.

Только в общих чертах. Сами континенты на самом деле не дрейфовали; вместо этого было обнаружено, что они лежат, как легкий пенополистирол, на плитах плотной породы — тектонических плитах размером в миллионы квадратных миль, сделанных из кремния, магния и алюминия. Это были плиты, которые боролись за положение, поднимали горы, сдвигались и вызывали землетрясения, взаимодействуя с мантией внизу в системе взбалтывания, которая производила вулканы — по сути, живая машина, увлекающая за собой массивы суши.

Тектоника плит стала сенсацией. Газеты всего мира описали это как революционный концептуальный прорыв, сравнимый с дарвиновской теорией эволюции.

Однако до недавнего времени большая часть исследований проводилась с помощью примитивных инструментов, которые давали лишь самую смутную картину того, что происходит на самом деле.

Поиск тектонической машины времени

Когда Земля сформировалась 4,6 миллиарда лет назад, на ней не было тектоники плит, и никто не знает, когда и как этот процесс начался. Тем не менее жизнь, какой мы ее знаем , просто не существовала бы без него.

По сути, Земля представляет собой двигатель с тепловым двигателем, температура в ядре которого составляет 6000°C (почти 11000°F), а на поверхности максимум 40°C или около того. Разница температур вызывает потоки в магме, расплавленной породе под земной корой. Тектонические плиты движутся над этими течениями. Их движения приводят в действие основную систему рециркуляции углерода, которая — до появления нашей индустриальной цивилизации — поддерживала оптимально сбалансированный уровень углекислого газа (CO2) в атмосфере; они не позволили Земле превратиться в перегретую пустошь, подобную Венере.

Жизнь, какой мы ее знаем, просто не существовала бы без тектоники плит.

Аналогичный процесс также обогащает атмосферу азотом, который необходим бактериям и растениям, которые превращают CO2 в кислород, делая возможными более сложные формы жизни. (До того, как зародилась жизнь, в атмосфере был только след кислорода.)

Наконец, тектоника плит частично отвечает за магнитное поле Земли. Это поле защищает планету от солнечного ветра, потока заряженных частиц и солнечной радиации, которая, если бы она не была отражена, истощила бы атмосферу и угрожала самой жизни.

Для Мюллера, учитывая все это в начале 1990-х годов, теперь с его докторской степенью и должностью лектора в Сиднейском университете, чего не хватало, так это надежной, математически обоснованной модели , которая с самого начала объясняла бы все геологическое шоу заканчивать.

Как область, палеогеология оставалась на пике популярности. После того, как Пангея была принята, ученые вызвали новый ажиотаж, собрав геологические свидетельства предшествующих суперконтинентов: сначала Кенорленд, который распался примерно 2,4 миллиарда лет назад, затем Нуна, а после этого, около 1 миллиарда лет назад, Родиния. К этому времени в океанах уже появились многоклеточные организмы, но на суше по-прежнему не было ничего, кроме бактерий и некоторых водорослей. Родиния породила Пангею, которая вобрала в себя всю сложную историю растений и животных, с которой мы знакомы.

Но как выглядели эти суперконтиненты и как они визуально взаимодействовали с земным ядром и атмосферой? Мюллер был хорошо знаком с широко доступными короткими анимациями о распаде Пангеи (такими, как приведенный ниже), потому что многие из них восходили к его руководителю в Остине, пионеру в этой области по имени Кристофер Скотезе. Были также нарисованные от руки иллюстрации пышных пейзажей, кишащих странными летающими и наземными рептилиями, саваннами, кораллами и джунглями. Но ни Скотезе, ни Мюллер, ни кто-либо другой не могли быть уверены, что они надежны.

Это было определяющим противоречием, лежащим в основе полувекового исследования суперконтинентов: в отличие от других областей, занимающихся очень старым, у ученых не было машины времени. Астрономы, глядя в телескопы на галактики, находящиеся за миллиарды световых лет от нас, переносятся обратно в раннюю Вселенную. Палеонтологи, наткнувшись на древние окаменелости, могут прямо взглянуть на остатки доисторической жизни. Но ни один инструмент или доказательство никогда подобным образом не телепортировали своих товарищей-палеогеологов назад в эпоху суперконтинентов.

Вместо этого палеогеологи кропотливо собирали воедино свои теории, используя разрозненные фрагменты подсказок, в основном из магнитных сигнатур в старых горных породах. Сначала, чтобы придать своей области лицо, они переводили эти подсказки в вырезанные фигуры на бумаге или в Adobe Illustrator и соединяли их вместе в мозаичные анимации, которые до сих пор можно найти в Google.

Мир Пангеи и ее распад, представленный в анимации, был более или менее информированным вымыслом.

Но, несмотря на то, что они были довольно хороши, большинство таких изображений были ошибочными в важных отношениях. Среди неизбежных несовершенств была их типичная зависимость от «плоской Земли», двухмерных иллюстраций, которые искажали внешний вид и движение континентов. Кроме того, они обеспечивали движение платформ, но игнорировали неразрывную систему, которая проникает на тысячи миль в недра Земли и на всем протяжении связана с ядром.

Потом была проблема с долготой. Палеомагнитная сигнатура дала ученым свидетельство широты давно исчезнувшей земли — насколько далеко она находилась на севере или юге, — но не ее долготу, ее положение на востоке или западе. И даже по широте ошибки до 10 или 20 градусов, то есть целых 1400 миль, могут появиться, если вы уйдете достаточно далеко назад, и возраст горных пород может отличаться на целых 60 миллионов лет. Также по магнитной сигнатуре нельзя было сказать, находится ли континент к северу или к югу от экватора, правильной стороной вверх или вверх ногами.

Наконец, классические изображения суперконтинентов восприняли ошибочный первоначальный тезис Вегенера о дрейфе. Они позволили континентам блуждать по земному шару без оглядки на анкерные плиты. На самом деле у континентов есть своего рода базовый киль, который соединяет их с их плитой, что препятствует их независимому движению.

Таким образом, мир Пангеи и ее распад, представленный в анимации, был более или менее информированным вымыслом — близким приближением, но со значительными недостатками.

Мюллер и соавторы намерены изменить это – создать модель, основанную на тектонической геометрии, показывающую границы и непрерывное движение дюжины или около того основных плит, без промежутков между ними, полностью интегрированную с конвектирующей мантией и включающую более строгая оценка правильной долготы. Это будет то, что он назвал виртуальной машиной времени, которая позволит любому выбрать практически любую точку в давно минувших геологических эпохах на Земле и вернуться туда.

«Мы хотим отправиться в геологическое прошлое и понять, как выглядела планета не только на поверхности, но и… вплоть до ядра».

Как бы то ни было, никакое общедоступное программное обеспечение не могло выполнить все это. У нефтяных компаний и некоторых других небольших групп геологов были системы, которые они создали, но не делились ими с другими. В любом случае не было ясно, достигла ли какая-либо из них целей Мюллера. Поэтому Мюллер вместе с геофизиком Майком Гурнисом из Калифорнийского технологического института и геологом Трондом Торсвиком из Университета Осло объединились, чтобы создать его с нуля. Мюллер назвал свою команду EarthByte, а система, которую он создал с Гурнисом и Торсвиком, теперь называется GPlates.

«Мы не просто хотим делать выводы о том, что произошло в прошлом, — сказал Мюллер. «На самом деле мы хотим отправиться в геологическое прошлое и понять, как выглядела планета не только на поверхности, но и в глубине, вплоть до ядра».

Применение правил тектоники плит

Сиднейский университет

Дитмар Мюллер.

Первоначальная цель Мюллера не была в высшей степени амбициозной. Он просто стремился создать платформу с открытым исходным кодом, на которой геологи могли бы реконструировать Землю после Пангеи в цифровом виде, чтобы современная палеогеология «глубокого времени» больше не была прерогативой исключительно нефтяных компаний и богатых исследовательские группы.

Даже когда он и его сотрудники пошли дальше и начали реконструировать суперконтиненты, они не осмелились исследовать всю земную историю с нуля. Скорее, подобно Вегенеру, они будут синтезировать десятилетия исследований, которые уже проводились. Используя быстрые суперкомпьютеры, они опробовали различные возможные сценарии эволюции континентов, а затем остановились на изображении, которое лучше всего соответствует существующим данным и тому, как, как известно, работает тектоника.

Континенты не могут прыгать на север, затем на юг и снова на север. Они также не могут прыгать, крутиться, шататься или прыгать.

Первой целью команды было создать программу, которая моделировала бы движение тарелки не на плоском листе бумаги, а на сфере. Континентам было дано несколько осей или вращений, позволяющих земле и плитам двигаться независимо друг от друга, что они, кажется, делают, если вы не знаете, что они связаны. (Старые модели, как правило, правильно отображали континенты, но не учитывали границы и движение плит. )

Одним из их самых больших достижений было строгое моделирование земного шара в соответствии с набором законов — «правилами тектоники плит». ” — что ученые почерпнули из десятилетий тщательного изучения морского дна. Одна версия этих правил восходит к Scotese, но Сиднейская группа и другие лица обновили их.

Например, скорость ни на одном континенте не может превышать 20 сантиметров в год, но дно океана может двигаться быстрее, чем континенты. Вообще говоря, континенты не могут совершать резких, резких движений (хотя, как говорит Скотезе, «время от времени… бух !»). Крупные континенты никогда не вращались полностью вокруг или даже на 180 градусов всего за несколько десятков миллионов лет. И, за исключением случайных ударов , дела на Земле в целом развивались медленно и гладко. Континенты не могут прыгать на север, затем на юг и снова на север. Они также не могут прыгать, крутиться, шататься или прыгать.

Вот изображение Сиднейской группы, показывающее скорость распада Пангеи.

Ключевым моментом, который сделал это возможным, стал скачок вычислительной мощности. Требуемая грубая сила, по словам Мюллера, обычно недоступна для использования академическими геологами. Когда время можно было упорядочить на быстром компьютере, могло уйти 10 дней или даже две недели на прогон десятков возможных конфигураций твердой Земли за период в 250 миллионов лет, чтобы выяснить, какая из них с наибольшей вероятностью будет правильной. Однако новейшие суперкомпьютеры могут выполнить ту же работу за три-четыре дня.

Один из исследователей Мюллера, Кара Мэтьюс, недавно закончила связывать воедино две модели до- и пост-пангейской эры — одну, относящуюся к 230 миллионам лет назад (230 млн лет назад, в стандартных обозначениях), и вторую оттуда к 410 млн лет назад. Первый принадлежит Мюллеру, а второй был создан Торсвиком из Осло и постдоком Мэтью Домейером. Обе части считаются стандартными произведениями, и задача Мэтьюза в основном заключалась в том, чтобы заставить их работать вместе. В результате получается исчерпывающая модель с шагом в 1 миллион лет, гораздо более детализированная, чем интервалы в 10 миллионов лет, использованные в предыдущих описаниях.

Еще одним большим достижением является то, что новая модель стремится правильно разместить континенты в продольном направлении. Торсвик использовал экспериментальный метод , который, как он утверждает, правильно определяет долготу. (В апреле он будет награжден престижной медалью Артура Холмса отчасти за свою новаторскую работу над этим методом.) Он основан на том, что, по его мнению, является путеводной звездой — огромными кусками превосходно старой, глубоко погребенной породы с неизящными названиями Большая магматическая провинция . (LIP) и Большая провинция с низкой скоростью поперечной волны (ЛЛСВП).

В статье 2014 года Торвсик утверждал, что его продольный метод работает, по крайней мере, еще во время кембрийского взрыва 540 млн лет назад, когда разнообразие жизни резко возросло. Одной из ключевых причин является стабильность двух LLSVP (одна под Африкой и вторая под Тихим океаном), которые, в отличие от большей части суши Земли, по-видимому, оставались почти неподвижными после кембрийского взрыва. В то время как все остальное на планете перемещалось во времени, LLSVP — нет, и поэтому они являются фиксированными продольными ссылками.

Еще одно ключевое достижение комбинированной модели Мэтьюза заключается в объединении поверхности с недрами Земли вплоть до ядра. В отличие от конкурирующих анимаций, которые показывают только массивы суши на поверхности земного шара, модель GPlates показывает движущуюся, бурлящую Землю внизу, в дополнение к контрольному появлению реверсивных магнитных линий на расширяющемся Атлантическом океане.

Но, хотя это и захватывающе, это было бы почти анти-кульминацией, если бы команда Мюллера остановилась на этом — если бы они сейчас не решили распространить модель GPlates на Родинию и дальше. Что и произошло дальше.

Реконструкция Родинии

Когда в 1970-х впервые было высказано предположение о существовании Родинии, она подверглась тем же насмешкам, что и исходная теория Вегенера. Чжэн-Сян Ли, профессор Кертинского университета и один из ведущих мировых экспертов по Родинии, сказал, что на протяжении 1980-х годов он рисковал профессиональным презрением, чтобы предположить, что существовал цикл суперконтинентов — «циклы — плохое слово». он сказал. Самой смелой приемлемой гипотезой было то, что Пангея была случайностью или, самое большее, «эпизодом» — слова, которые не обязательно предполагали, что у нее были предшественники. Что касается Родинии, то ее название еще даже не было придумано. Ортодоксальность заключалась в том, что Пангея была уникальной и незаметной.

Это будет первая модель, представляющая период от 1 миллиарда до 410 миллионов лет назад как единое целое, привязанное к тектоническим законам.

Все изменилось в 1990-х годах с публикацией знаковых документов , которые начали документировать существование Родинии, начиная с наличия очень старых каменных плит внутри существующих континентов — возрастом в миллиарды лет, как позже будет обнаружено, на основе калий-аргонового датирования. Кратоны, как их называли, обычно были заключены в гораздо более молодые породы, что предполагает их отдельное происхождение задолго до этого. Часто они имели площадь в сотни тысяч квадратных миль и проникали вглубь Земли на сотни миль. Камни одинакового возраста были найдены разбросанными по всей планете — в Швеции, Мексике, Мозамбике, Австралии, Антарктиде — что позволяет предположить, что все они когда-то были частью одного и того же, гораздо большего пространства. Новый канон теперь включал Родинию.

Университет Сиднея

Эндрю Мердит.

В прошлом году, когда Пангея была убрана, Мюллер поручил аспиранту Эндрю Мердиту, эксперту по опалам с растрепанными волосами, начать работу по распространению модели GPlates на Родинию. Но как? Чем дальше в прошлое вы уходили, тем меньше и меньше камней вы встречали — доказательства, необходимые для создания какой-либо точной картины. Сами плиты были другими — некоторые были поглощены мантией Земли; многие разбились на куски; большинство из них были разной формы. Возраст самых старых подтвержденных корок — в Австралии и Канаде — составляет около 3,8 или 4 миллиардов лет, но им очень повезло, что они избежали разрушения.

Однако Мердит не начинал с нуля. Существовали известные кратоны, на которые, как считалось, распалась Родиния: например, четыре части в Африке — Конго, Калахари и Сахара, не говоря уже о Западной Африке, которая была соединена с Амазонией (сегодняшней Южной Америкой) в дни Родинии. Также было четверть века исследований, в том числе работа над рисованной анимацией в Google (ниже).

Самое главное, у него была Ли, эксперт по Родинии в Кертине. Ли уже был одним из руководителей пятилетнего проекта, финансируемого Организацией Объединенных Наций, который завершил работу в 2004 году и создал модель суперконтинента, хотя она и не была загружена в Gplates. Он согласился сотрудничать с молодым человеком.

Полученная модель должна быть наиболее вероятным факсимиле. Он был первым, кто связал воедино постродинские плиты и представил период от 1 миллиарда до 410 миллионов лет назад не как фрагментарные снимки, а как единое целое, закрепленное в тектонических правилах. Мердит сказал: «Мы не являемся экспертами в какой-либо конкретной области — по столкновению Австралии и Индии или по столкновению Южной Америки и Африки, — но мы разработаем модель, предоставим ее людям и скажем: «Отлично, знаете ли». больше о том, как работает Южная Америка, чем мы. Так что вы исправите это или сообщите нам, что не так, и мы сможем это исправить ». Это будет «эталонной основой, которую люди смогут использовать для улучшения своих моделей». В любом случае, это была его надежда и надежда Мюллера.

Детские шаги на миллиард лет назад

Когда работа Ли прибыла в Сидней, Мердит и его начальник, британец по имени Саймон Уильямс, поняли, что кое-что не так. Модель Ли нарушила как минимум пару более серьезных тектонических правил. «Мы прошли через это, и были периоды времени, когда Китайская и Сибирская плиты творили сумасшедшие вещи, двигались очень быстро и вращались», — сказал Мердит. «Если в 900 миллионов лет он был на севере, то в 800 году он был обращен на юг, а затем в 700 — на восток или запад, что, если судить по тектоническим правилам, непостоянно и слишком быстро».

Существующие модели Родинии больше походили на догадки и напоминали теорию дрейфа Вегенера.

Но это относительно легко исправить. Более сложная задача заключалась в том, что, хотя модель Ли была уважаемым изображением распада Родинии и движения последующих континентов, она не пыталась найти границы тектонических плит, на которых лежали континенты. Когда Кара Мэтьюз сделала свой раздел Пангеи модели GPlates, границы плит уже были настроены ее сотрудниками из Осло. Но между эпохами Родинии и Пангеи некоторые плиты раскололись или изменились, а геологических свидетельств того, что существовало так давно, было гораздо меньше. В этом отношении существующие модели Родинии больше походили на догадки и отдавали вегенеровской теорией дрейфа.

Таким образом, сам Мердит должен был определить размер, форму и границы пластин. Чтобы добраться туда, он взял под рукой подсказки, такие как известный возраст и наклон горного хребта, кратоны и палеомагнитные свидетельства. Он знал, что если бы он мог построить правильную модель с 410 млн лет назад, когда работа Мэтьюза закончилась, – примерно через 750 млн лет назад, он был бы в значительной степени дома, потому что Родиния не сильно сдвинулась бы, если бы вообще сдвинулась с того времени на 1 миллиард лет назад. примерно тогда же сформировался суперконтинент. Так что он должен был задокументировать разрыв примерно в 350 миллионов лет.

Приступая к работе, Мердит внесла поправку на непостоянство Китая и Сибири Ли, найдя интерпретацию данных, которая переместила их из центра действия на периферию основных блоков земли и позволила более плавно сталкивать континенты. . Это была художественная лицензия; можно было смотреть на одни и те же данные и делать разные выводы о появлении геологических сцен.

Теперь Мердит начал методично продвигаться через весь период. Он ставил перед собой небольшие ежедневные цели — работать с временным интервалом от 50 до 100 миллионов лет в одной части земного шара, затем в другой и третьей. Во-первых, он занялся континентом Гондвана, от 520 до 650 млн лет назад, периодом, о котором у него было больше всего информации. Он просмотрел академические статьи, написанные за эти годы, с прицелом на выяснение всех важных границ плит. Он увидел, что время для столкновений Австралии, Антарктиды, Африки и Индии казалось неподходящим — они не согласовывались с новыми данными, которые он собрал. Поэтому он начал соответствующим образом корректировать модель. Он соединил воедино кусочки Африки, но теперь обнаружил, что это вытеснило Австралию из картины. Ему пришлось вернуться к данным по Австралии. Он сделал новую настройку, которая заработала обратно. Теперь он перешел к Южной Америке и существовавшим тогда континентам Лорентия, Балтика и Рио-де-ла-Плата, которые более или менее являются современным Уругваем.

Но все это происходило с натяжкой. Он обнаружил, что может закончить небольшой участок земли в Южной Африке за несколько дней; но он провел несколько недель на более крупных блоках, таких как Индия и Австралия.

Модель двигалась с шагом в 20 или 30 миллионов лет, что гораздо меньше, чем детализация в 1 миллион лет в модели эпохи Пангеи Мэтьюза, но это было возможно благодаря данным. В некоторых местах вообще не было данных, что вынуждало его рисовать от руки то, что имело наибольший смысл с учетом тектонических правил.

К октябрю у Мердита был черновой вариант, охватывающий период от 500 до 650 млн лет (см. ниже). Теперь он прыгнул назад к 750 млн лет назад, когда Родиния начала распадаться. Он все еще корректировал границы плит, надеясь, что, когда он закончит, результат совпадет с тем, что он создал для 650 млн лет назад, «и действительно сольется вместе». У Мердита был личный крайний срок — он женился в середине декабря, и к тому времени ему нужно было достичь возраста 750 млн лет с моделью, в которой «все [двигалось] как один большой блок на поверхности Земли».

Эндрю Мердит/EarthByte

Распад Родинии 650 миллионов лет назад в модели Мердита.

«Это детские шажки», — сказал он. «Ты делаешь понемногу каждый день, и не кажется, что ты делаешь много. Затем вы оглядываетесь назад через несколько месяцев, и у вас есть модель, которая прекрасно сочетается».

Приложения для геологии и изменения климата

Система Gplates, разработанная командой Мюллера, хороша не только для отслеживания эволюции континентов. Это картографическое программное обеспечение общего назначения, которое позволяет ученым визуализировать все виды данных о Земле. Он использовался для создания карты того, как гравитация меняется вокруг планеты, и как потоки жидких горных пород глубоко в мантии постепенно искажают поверхность Земли. А в 2014 году Адриана Дуткевич, палеогеолог польского происхождения и жена Мюллера, использовала его для решения проблемы, очень актуальной и по сей день: как морское дно взаимодействует с атмосферой и влияет на изменение климата. Она возглавит проект, который впервые с 1970-х, будет составлена ​​всесторонняя карта морского дна, на этот раз в цифровом виде.

Идея витала в воздухе уже давно — собрать базу данных примерно из 200 000 образцов корки морского дна, собранных с 1950-х годов во время исследовательских океанских круизов и хранящихся в Национальном управлении океанических и атмосферных исследований США (NOAA). Но до Дуткевича никто не был готов продираться через гору отчетов NOAA.

Вместе с командой, в которую входили ее муж и специалист по машинному обучению, Дуткевич начала исследовать образцы. Во-первых, были плохие новости; база данных была неисправна. То, что было написано в индивидуальных описаниях первоначальных образцов горных пород, на которые она смотрела, не всегда соответствовало самим образцам. Поэтому ей приходилось читать исследовательскую работу, прилагаемую к каждому образцу. Только тогда она сможет узнать, какие из них соответствуют стандартам Gplates.

Через три месяца Дуткевич получил 14 500 твердых образцов. Команда ввела их в алгоритм машинного обучения, предназначенный для визуального отображения ее выводов. Он выдал интерактивную трехмерную геологическую карту морского дна — виртуальный вращающийся глобус (видео ниже), о котором она объявила в статье в августе 2015 года в журнале Geology. (Вы также можете играть с интерактивной моделью онлайн.)

Она была широко подхвачена основными цифровыми СМИ. «Людям очень нравится играть с такими вещами на своих компьютерах, — сказал Дуткевич. «Для обычного человека вы могли видеть, что это не просто глубокая темная яма, полная грязи».

Карта означает, что впервые появилась привязанная цифровая модель, соединяющая данные с поверхности моря, наиболее подверженной воздействию атмосферы и непосредственного воздействия сжигания ископаемого топлива, на само морское дно. Фитопланктон — микроскопические морские растения — поглощают углекислый газ из атмосферы на поверхности. Когда они умирают, они опускаются и покрывают морское дно отложениями, удерживая там углерод. В совокупности они поглощают гораздо больше углерода из атмосферы, чем растения на суше, сказал Дуткевич. Ее карта показывает, где сосредоточены эти поглотители углерода.

Но Дуткевич сказал, что модель показывает, что ученые понимают раковины гораздо меньше, чем они думали. В частности, прямой связи между поверхностью и морским дном меньше, чем считалось ранее, а состав отложений намного сложнее.   Необходимы дополнительные исследования. «Нам срочно нужно понять, как океан реагирует на изменение климата», — сказала она.

Суперкомпьютер и алгоритм сыграли решающую роль в создании карты. Это позволило ей соединить разные наборы данных вместе — «действительно больших наборов данных», — сказала она. «Без компьютера не обойтись. Человеческий разум не может обработать всю эту информацию».

К геологической машине времени

Как далеко в историю Земли вы можете зайти?

Майк Тетли, бросивший школу, бывший рок-басист и один из лучших аспирантов Мюллера, сказал, что с палеогеологической точки зрения можно вернуться на 3 миллиарда лет назад. До этого недостаточно камней или коррелирующих данных, чтобы делать какие-либо выводы. По крайней мере, не сейчас.

Университет Сиднея

Майк Тетли

В 2014 году Тетли поговорил с Ли, экспертом по Родинии, который вслух задавался вопросом, не существует ли нового способа нанести на карту давно минувший мир, включая долготу. Палеомагнитные инструменты, используемые для датирования горных пород, основаны на поведении магматических пород (тех, которые образовались из остывающей магмы) при так называемой «температуре Кюри». Когда магматические породы остывают до точки Кюри, на них остается неизгладимый отпечаток магнитного поля в этот момент времени. Исходя из этого, исследователи расшифровывают широту, на которой образовалась скала, но не могут определить долготу, потому что магнитное поле Земли направлено с севера на юг, а не с востока на запад.

Ли предложил Тетли попробовать другой экспериментальный метод — взглянуть на базальт, одну из самых распространенных горных пород на Земле. Считалось, что базальт непроницаем для обнаружения его физического происхождения, без какой-либо сигнатуры направления, но у Ли было предчувствие, что можно написать алгоритм, который раскроет его секреты. Только он понятия не имел, с чего начать.

«Я говорю: это базальт из зоны субдукции. Узнать его. Это базальты срединно-океанических хребтов — изучите их». Он изучает структуру вещей».

Тетли предложил попробовать. Один кусок базальта казался человеческому глазу неотличимым от другого, но Тетли решил проблему, используя машинное обучение. Он загрузил базальтовые данные за 500 миллионов лет, полученные из образцов горных пород, каталогизированных во всемирном архиве. «Я сказал ему: «Вот так выглядит базальт». Это как роботы 50-х — «Вот так выглядит женщина». Но я говорю: «Это базальт из зоны субдукции». Узнать его. Это базальты срединно-океанических хребтов — изучите их». Он изучает закономерности всех вещей».

Если бы этот метод был успешным, сказал Тетли, он мог бы решить проблему долготы — «знание того, где на Земле все это произошло», — потому что сигнатура долготы может быть зафиксирована в базальте способом, ранее незаметным для людей, но это алгоритм может сработать. «Вы вводите все данные, а алгоритм с ними справится», — сказал он. «Это эффективно позволяет вам идентифицировать камень из любого периода времени, если у вас есть некоторые измерения».

Тетли написал код, и они с Ли провели тест. Они взяли модель Земли между 5 и 30 млн лет назад на основе палеомагнитных данных. Затем они попросили алгоритм Тетли предсказать, как континенты будут двигаться за тот же период времени, используя только загруженные им базальтовые данные. Совпадение составило 75%, «что для алгоритма очень хорошо», — сказал Тетли. — Потому что мы ничего ему не сказали. Он использовал то, что знал из данных, и делал прогнозы о вещах, не входящих в его набор данных». По крайней мере, сейчас алгоритм Тетли нельзя использовать изолированно — для надежного результата ему нужен второй источник данных привязки, сказал он. Но это предполагает, что машинное обучение можно использовать для уточнения палеогеологических карт в древние времена.

Мюллер назвал Тетли «одним из тех, кто один на миллион», который «фактически находится на пути революционного, я бы сказал, способа выполнения этих реконструкций пластин глубокого времени». Для Мюллера это долгожданный телетранспортер. «Если видение — это машина времени, — сказал он, — то это не просто путешествие в определенное место в прошлое, а настоящий анализ. Вы знаете, что происходило в тот период по-разному».

Следующий миллиард лет

Следующим шагом будет объединение данных Эндрю Мердита о Родинии — после того, как они пройдут экспертную оценку и будут опубликованы — с алгоритмом Тетли, который должен уточнить продольное расположение плит и континентов. Они добавят в базу данных по полезным ископаемым. Результат, среди прочего, надеется Мюллер, станет инструментом прогнозирования для горнодобывающих компаний. «Он скажет вам, в каких местах, вероятно, образовались месторождения меди и золота», — сказал он.

И это может помочь ответить на следующую большую проблему — как вернуться до Родинии во времена ее предшественника, суперконтинента Нуна, о котором почти не было данных, который должен был сформироваться почти 2 миллиарда лет назад. У Ли уже есть фора в картографировании и этого. «Это даст нам возможность, я думаю, впервые реально изучить эволюцию Земли через несколько циклов суперконтинентов — слияние и рассредоточение суперконтинентов, а также изучить, как это повлияло на недра Земли», — Мюллер. сказал. Он сделал паузу. «Это займет время. Очевидно, история научила нас, что все всегда занимает больше времени, чем мы думаем. Но у нас здесь много критической массы и импульса, и я думаю, что в ближайшие несколько лет мы увидим много захватывающих вещей».

Факты о Пангее, древнем суперконтиненте

Графика суперконтинента Пангея
(Изображение предоставлено Райнером Лесневски через Getty Images)

Около 300 миллионов лет назад на Земле не было семи континентов, а вместо этого был один массивный суперконтинент под названием Пангея, который был окружен единым океаном под названием Панталасса.

Объяснение образования Пангеи положило начало современной теории тектоники плит , которая утверждает, что внешняя оболочка Земли разбита на несколько плит, которые скользят по каменистой оболочке Земли, мантии.

За 4,5-миллиардную историю планеты сформировалось и распалось несколько суперконтинентов в результате вспенивания и циркуляции мантии Земли, составляющей 84% объема планеты, по данным Геологической службы США. (откроется в новой вкладке). Этот распад и образование суперконтинентов резко изменили историю планеты.

«Это то, что движет всей эволюцией планеты во времени. Это основной фон планеты», — сказал Брендан Мерфи, профессор геологии в Университете Святого Франциска Ксавьера в Антигонише, Новая Шотландия.

История Пангеи

Более века назад ученый Альфред Вегенер предложил идею древнего суперконтинента, который он назвал Пангеей (иногда пишется как Пангея), собрав воедино несколько линий доказательств.

Первым и наиболее очевидным было то, что «континенты подходят друг другу, как язык и канавка», что было весьма заметно на любой точной карте, сказал Мерфи. Еще один красноречивый намек на то, что все континенты Земли были единым массивом суши, исходит из геологических летописей. Месторождения угля, обнаруженные в Пенсильвании, имеют такой же состав, как и залежи угля в Польше, Великобритании и Германии того же периода. Это указывает на то, что Северная Америка и Европа когда-то были единым массивом суши. По словам Мерфи, ориентация магнитных минералов в геологических отложениях показывает, как магнитные полюса Земли мигрировали в течение геологического времени.

В летописи окаменелостей идентичные растения, такие как вымерший семенной папоротник Glossopteris, встречаются на ныне сильно разрозненных континентах. А горные цепи, которые теперь лежат на разных континентах, такие как Аппалачи в Соединенных Штатах и ​​Атласские горы, охватывающие Марокко, Алжир и Тунис, были частью Центральных гор Пангеи, образовавшихся в результате столкновения суперконтинентов Гондваны и Лавруссии.

Образование континентов путем отделения Пангеи вследствие дрейфа континентов. (Изображение предоставлено Димитриосом Карамитросом через Getty Images)

Слово «Пангея» происходит от греческого «пан», что означает «все», и «гея» или «Земля», согласно Онлайн-словарю этимологии . Суперконтинент сформировался в результате постепенного процесса, охватывающего несколько сотен миллионов лет.

В начале фанерозойской эры (541 миллион лет назад до наших дней) почти все континенты находились в Южном полушарии, причем Гондвана, самый большой континент, простирался от Южного полюса до экватора, согласно главе научного книга « Древние суперконтиненты и палеогеография Земли » (Elsevier, 2021). Северное полушарие в значительной степени было покрыто Панталассовым океаном. Другой океан — названный Япетом в честь мифического греческого титана — между палеоконтинентами Лаврентия, Балтика и Гондвана начали смыкаться в ордовикский период (от 485 до 444 миллионов лет назад), а затем исчезли в течение силурийского периода года (от 444 до 419 миллионов лет назад), когда Балтика и Авалония столкнулись с Лаврентией, образовав Лавруссия, согласно главе, « Фанерозойская палеогеография и Пангея ».

Наконец, около 320 миллионов лет назад, с геологической точки зрения, произошло крупное столкновение, «когда Гондвана, Лавруссия и промежуточные террейны столкнулись, образовав суперконтинент Пангея». Согласно главе, написанной земными учеными Трондом Торсвиком, Мэтью Домейером и Робином Коксом.

Однако Пангея не была мегалитом, как думает большинство людей. Например, «океан Палеотетис к востоку от Пангеи оставался широким на протяжении всего каменноугольного периода [359].от миллиона до 299 миллионов лет назад] и представлял собой нечто вроде барьера между суперконтинентом и рядом крупных независимых азиатских террейнов, включая Тарим, Северный Китай, Южный Китай и Аннамию». от 299 до 251 млн лет назад), «многие бывшие перигондванские террейны отошли от северо-восточной окраины Гондваны, положив начало открытию океана Неотетис», согласно главе.

Когда распалась Пангея?

Движение материков на планете Земля в разные периоды от 225 миллионов лет назад до настоящего времени из-за дрейфа континентов. (Изображение предоставлено Тинкивинки через Getty Images)

Пангея распалась на несколько фаз между 195 и 170 миллионами лет назад. Распад начался около 195 миллионов лет назад, в начале юрского периода , когда, согласно главе, открылась центральная часть Атлантического океана. Суперконтинент раскололся в основном по предыдущим швам.

Гондвана (нынешняя Африка, Южная Америка, Антарктида, Индия и Австралия) сначала отделилась от Лавразии (Евразия и Северная Америка). Затем около 150 миллионов лет назад Гондвана распалась. Индия отделилась от Антарктиды, а Африка и Южная Америка разделились, согласно статье 1970 года в Journal of Geophysical Research . Около 60 миллионов лет назад Северная Америка отделилась от Евразии.

Климат Пангеи

Наличие одного массива суши, созданного для очень разных климатических циклов. Например, внутренняя часть континента могла быть совершенно сухой, поскольку она была заперта массивными горными цепями, которые блокировали всю влагу или дожди, сказал Мерфи.

Но угольные месторождения, обнаруженные в Соединенных Штатах и ​​Европе, показывают, что части древнего суперконтинента вблизи экватора, должно быть, были густыми тропическими лесами, похожими на амазонские джунгли, сказал Мерфи. (Уголь образуется, когда мертвые растения и животные погружаются в болотистую воду, где давление и вода превращают материал в торф, а затем в уголь). .

Климатические модели подтверждают, что континентальная внутренняя часть Пангеи была чрезвычайно сезонной, согласно статье 2016 года в журнале 9.0215 Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология (открывается в новой вкладке). Исследователи в этом исследовании использовали биологические и физические данные из формации Моради, области слоистых палеопочв (ископаемых почв) на севере Нигера, для реконструкции экосистемы и климата в период существования Пангеи. По сравнению с современной африканской пустыней Намиб и бассейном озера Эйр в Австралии климат в целом был засушливым с короткими повторяющимися влажными периодами, которые иногда включали катастрофические внезапные наводнения.

Климат также влиял на то, где жили животные. В позднем триасе рептилоидные животные из семейства Procolophonidae жили в одном регионе, а родственники млекопитающих, известные как цинодонты, жили в другом, согласно исследованию 2011 года, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences . ) найденный. Цинодонты населяли один тропический район Пангеи, где два раза в год выпадали муссонные дожди. На севере проколофониды жили в регионах с умеренным климатом, где дождь шел только один раз в год. По словам исследователей, вполне вероятно, что цинодонтам нужна была богатая водой территория, которая ограничивала их передвижения по Пангее.

«Интересно, что такая элементарная вещь, как то, как организм справляется с отходами, может ограничивать движение всей группы», — сказал Уайтсайд в заявлении . По словам Уайтсайда, в более засушливых районах «рептилии имели конкурентное преимущество перед млекопитающими», и, вероятно, поэтому они там и остались.

Животные Пангеи

Это животное, называемое диметродоном, которого часто принимают за динозавра, было синапсидом и вымерло за 40 миллионов лет до появления первых динозавров. Жил в раннепермский период. (Изображение предоставлено: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)

Пангея существовала более 100 миллионов лет, и за это время процветали многие группы животных. В пермский период процветали такие насекомые, как жуки и стрекозы, а также предшественники млекопитающих: синапсиды. Но существование Пангеи совпало с самым страшным массовым вымиранием в истории, пермско-триасовым (P-TR) вымиранием . Также называемое Великим вымиранием, оно произошло около 252 миллионов лет назад и привело к вымиранию 96% всех морских видов и около 70% наземных видов9. 0215 согласно Геологическому обществу Америки (открывается в новой вкладке).

В начале триасового периода появились архозавры, группа животных, которые в конечном итоге дали начало крокодилам, птицам и множеству рептилий, включая птерозавров . А около 230 миллионов лет назад на Пангее появились некоторые из самых ранних динозавров , в том числе тероподы, в основном плотоядные динозавры, у которых в основном были наполненные воздухом кости и перья, похожие на птичьи.

Цикл в истории

Нынешняя конфигурация континентов вряд ли будет последней. Суперконтиненты формировались несколько раз в истории Земли только для того, чтобы разделиться на новые континенты. Прямо сейчас, например, Австралия постепенно приближается к Азии, а восточная часть Африки медленно отделяется от остального континента.

Основываясь на появлении других суперконтинентов в докембрийском суперэоне (от 4,5 до 541 миллиона лет назад), кажется, что суперконтиненты возникают периодически каждые 750 миллионов лет, согласно исследованию, опубликованному в 2012 году в журнале 9. 0215 Исследования Гондваны (открывается в новой вкладке).

Большинство ученых считают, что цикл суперконтинента в значительной степени обусловлен динамикой циркуляции в мантии, согласно статье 2010 года в Journal of Geodynamics .

Кроме того, детали становятся нечеткими. Хотя тепло, образующееся в мантии, вероятно, происходит от радиоактивного распада нестабильных элементов, таких как уран , ученые не согласны с тем, существуют ли в мантии мини-очаги теплового потока или вся оболочка представляет собой один большой тепловой конвейер, сказал Мерфи.

Текущие исследования Пангеи

Ученые создали математические трехмерные модели, чтобы лучше понять механизмы движения континентов. В статье 2018 года в журнале Geoscience Frontiers ученые Земли Масаки Йошида и М. Сантош объяснили, как они моделировали крупномасштабные континентальные движения после распада Пангеи около 200 миллионов лет назад. Модели показывают, как движение тектонических плит и силы конвекции мантии работали вместе, чтобы расколоться и сдвинуть большие массивы суши. Например, большая масса Пангеи изолировала нижнюю мантию, вызывая мантийные потоки, которые вызвали первоначальный распад суперконтинента. Радиоактивный распад верхней мантии также повысил температуру, вызвав восходящие мантийные потоки, отколовшиеся от Индийского субконтинента и инициировавшие его движение на север.

Йосида и Сантос создали дополнительные геологические модели, чтобы предсказать мантийную конвекцию и модели движения континентов через 250 миллионов лет. Эти модели предполагают, что через миллионы лет Тихий океан закроется, когда Австралия, Северная Америка, Африка и Евразия сойдутся в Северном полушарии. В конце концов, эти континенты сольются, образуя суперконтинент под названием «Амазия». Два оставшихся континента, Антарктида и Южная Америка, по прогнозам, останутся относительно неподвижными и отделенными от нового суперконтинента.

Дополнительный отчет Кэрол Столл, автора Live Science

Дополнительные ресурсы

• Запишитесь на бесплатный онлайн-курс Cousera « Наша Земля: ее климат, история и процессы », предлагаемый Манчестерский университет в Великобритании
• Геологическая служба США: Эта динамическая Земля: история Тектоника плит (открывается в новой вкладке)
• Ознакомьтесь с этой интерактивной картой (открывается в новой вкладке), на которой показано, где современные страны могли сидели на суперконтиненте Пангея.

Библиография

Живая наука. « Что такое тектоника плит? » 26 мая 2021 г.

Геологическая служба США. « Внутренняя часть Земли (откроется в новой вкладке)». Последнее изменение: 14 января 2011 г.

Онлайн-словарь этимологии. « Пангея (откроется в новой вкладке)».

Torsvik, T.H., et al. Глава 18 — Фанерозойская палеогеография и Пангея (открывается в новой вкладке). 2021.

Роберт С. Дитц, Джон К. Холден. Журнал геофизических исследований (открывается в новой вкладке). 1970.

Лой, К.В. и другие. Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология (открывается в новой вкладке). 2016.

Джун Лю и Фернандо Абдала. « Ранняя эволюционная история Synapsida (открывается в новой вкладке)». 21 сентября 2013 г.

Геологическое общество Америки. «Великая смерть (откроется в новой вкладке)». 19 мая 2021 г. 

Whiteside, J.H., et al. Труды Национальной академии наук (откроется в новой вкладке). 2011.

Университет Брауна. » На Пангее, суперконтиненте, широта и дождь определяли, где обитали виды «. 12 мая 2011 г.

Джозеф Г. Меерт. Исследования Гондваны (открывается в новой вкладке). 2012.

М. Сантош. Журнал геодинамики (открывается в новой вкладке). 2010.

Масаки Йошида и М. Сантош. Geoscience Frontiers (открывается в новой вкладке). 2018.

Лаура — редактор отдела археологии/истории и журнала «Маленькие тайны жизни» в Live Science. Она также сообщает об общих науках, включая археологию и палеонтологию. Ее работы публиковались в The New York Times, Scholastic, Popular Science и Spectrum, сайте, посвященном исследованиям аутизма. Она получила множество наград от Общества профессиональных журналистов и Вашингтонской ассоциации издателей газет за репортажи в еженедельной газете недалеко от Сиэтла. Лаура имеет степень бакалавра английской литературы и психологии Вашингтонского университета в Сент-Луисе и степень магистра научного письма Нью-Йоркского университета.

Невероятная карта Пангеи с современными границами

Объяснение карты: Кавказский регион

Кавказский регион уже несколько десятилетий охвачен территориальным спором между Арменией и Азербайджаном из-за Нагорного Карабаха. Хотя вспышки конфликта произошли недавно, корни насилия восходят к 1980-м годам.

Но эта карта позволяет нам сделать шаг назад и посмотреть на регион в более широком контексте.

В то время как большинство средств массовой информации сосредоточились на напряженности, эта карта показывает весь кавказский регион, предоставляя ключевые факты и информацию. Какие страны входят в регион? Какая основная хозяйственная деятельность в районе? Как распределено население? Давайте начнем.

Основы

Кавказский регион характеризуется далеко простирающимися горными хребтами, которые долгое время разделяли людей и создавали различные этнические, языковые и религиозные идентичности на протяжении тысячелетий. Сегодня регион охватывает три основные страны: Армения, Азербайджан и Грузия , и граничит с Россией, Турцией и Ираном.

Сосредоточившись на трех основных, вот некоторые основные демографические данные:

• 🇦🇿 Азербайджан Население: 10,4 миллиона 903:50
• 🇦🇲 Армения Население: 3,0 миллиона
• 🇬🇪 Грузия Население: 4,1 миллиона

Дом для около  20  миллионов , Кавказский регион омывается Каспийским морем на востоке и Черным морем на западе. Это территория, четко расположенная между Европой, Азией и Ближним Востоком, но определяемая большинством категорий как Центральноазиатская.

🇦🇿 Азербайджан

Азербайджан — самая большая страна в регионе, как по территории, так и по населению. Нагорно-Карабахская область расположена в пределах официальных границ Азербайджана и почти полностью населена этническими армянами.

Большинство азербайджанцев исповедуют ислам, однако страна считается одной из самых светских мусульманских стран мира. Азербайджанский или азербайджанский язык является наиболее распространенным языком, на котором говорят более 92% человек. Чуть более 1% в стране говорят на русском как на родном языке, а еще 1% говорят на армянском как на родном языке. Возможно, неудивительно, что аналогичная процентная доля определяет количество этнических русских и армян в Азербайджане: 1,5% и 1,3% соответственно.

🇦🇲 Армения

Как и обе ее соседи, Армения получила независимость после распада Советского Союза в 1991 году. Однако, в отличие от своих соседей, она не имеет выхода к морю.

Страна является преимущественно христианской нацией, с этническим составом почти 98% армян, и, по данным правительства, наиболее распространенным языком является армянский. Численность населения упала после распада СССР и в последние годы оставалась относительно неизменной.

🇬🇪 Грузия

Грузия немного меньше Азербайджана по размерам; страна имеет протяженную границу с Россией на севере и имеет длинную береговую линию на Черном море.

Рост населения Грузии похож на историю многих других бывших советских республик. В то время как общая численность населения за последние годы немного уменьшилась, прирост этнических граждан (грузин) фактически увеличился. В стране преобладает христианское население, а самым популярным языком является грузинский.

Где живут люди на Кавказе?

Так как же эти популяции сконцентрированы по всему региону? Эти картограммы из World Mapper с разбивкой по странам:

Азербайджан

Большинство людей живут в столице и ее окрестностях Баку, портовом городе на Каспийском море. Однако некоторые люди также живут внутри страны ближе к границам Армении и Грузии.

Армения

В Армении население сильно смещено в сторону ее столицы Еревана, население которого составляет 9 человек.0429 1,1 млн .

Грузия

Распределение населения в Грузии несколько более равномерное, чем у ее соседей, с преобладанием столицы Тбилиси.

Экономика Кавказского региона

Теперь давайте углубимся в экономическую деятельность на Кавказе. В некоторых частях регион богат нефтью и имеет доступ к таким ресурсам, как обширные нефтяные месторождения в Каспийском море у побережья Азербайджана. Фактически, по трубопроводу Баку-Тбилиси-Джейхан проходит почти 1 миллион баррелей нефти  с нефтяных месторождений в Турцию каждый день.

Отступив назад, взглянем на региональные ВВП:

• 🇦🇿 ВВП Азербайджана: 42,6 млрд долларов
• 🇬🇪 Грузия: 15,9 млрд долларов
• 🇦🇲 ВВП Армении: $12,7 млрд

Азербайджан является крупнейшей экономикой Кавказского региона. Это самая экономически развитая страна из трех, в которой наблюдается быстрый рост ВВП с момента ее перехода из советской республики. На пике своего развития в начале 2000-х национальный ВВП рос ежегодными темпами 25%-35% . Сегодня ее экспорт нефти и газа оказывается чрезвычайно прибыльным, учитывая энергетический кризис в Европе из-за войны на Украине. Ископаемые виды топлива составляют около 95% экспортной выручки страны.

Экономика Армении и Грузии считается развивающейся/развивающейся и зависит от многих видов российского импорта. Однако, по данным Европейского банка реконструкции и развития, в этом году ожидается рост обеих экономик на 8% .

Экономика Грузии восстанавливается после пандемии благодаря бурно развивающейся индустрии туризма, которая в основном привлекает посетителей из России. Кроме того, как в Грузии, так и в Армении приток российских компаний и технических специалистов способствовал росту экономики.

Краткая предыстория

Три страны, составляющие регион, Армения, Азербайджан и Грузия, были республиками в составе Советского Союза до его распада в 1991 году. Кроме того, регионы Дагестан и Чечня в России, также расположенные в географической сфере Кавказа, каждая из которых сохраняет свою идентичность с Россией. Оба региона в большинстве своем этнически нерусские и до сих пор регулярно сталкиваются с насилием из-за борьбы за власть с региональным тяжеловесом.

На самом деле, по мнению экспертов, большая часть напряженности в регионе может быть связана с российским притеснением.

«Подавление Россией национального сопротивления на Кавказе поощряет фундаменталистские движения».
– Доктор Джеймс В. Верч (специалист по Кавказу, Вашингтонский университет, Сент-Луис)

В недавней истории Россия вторглась в Грузию через несколько часов после начала летних Олимпийских игр 2008 года в Пекине, вызвав конфликт в Осетии и Абхазские регионы. Русско-грузинская война считается первой европейской войной 21 века.

Хотя история Кавказа уходит в далекое прошлое⁠ — например, Армянское царство восходит к 331 г. до н. э. — более поздние события были сформированы холодной войной и последующими последствиями распада СССР.

Нагорно-карабахский конфликт

Напряженность вокруг Нагорно-Карабахского региона началась в конце 1980-х и переросла в полномасштабную войну в 1990-е. В первые годы конфликта погибло около 30 000 человек. С тех пор периодически возникали перемирия и насилие⁠ — последний раз боевые действия прекратились в 2020 году. С тех пор было убито не менее 243 человек.

Конфликт впервые начался, когда недавно получившая независимость Армения потребовала вернуть этот регион Азербайджану, который в то время был еще советским государством, поскольку население там было (и остается) преимущественно армянским. Хотя это и не получило международного признания, отколовшаяся группа объявила часть Нагорного Карабаха независимым государством под названием Республика Арцах.

Вот очень краткая хронология:

• 1988-1994: Первая Нагорно-Карабахская война
• Апрель 2016: Четыре дня насилия на линии разграничения 903:50
• Сентябрь-ноябрь 2020 г.: Война возобновилась, пока Россия не договорилась о прекращении огня
• Сентябрь 2022: Вспыхнули новые столкновения, в результате которых погибли сотни человек

Конфликт выплеснулся в регион — Россия на стороне Армении, Турция на стороне Азербайджана.