Что такое мел?
Своим цветом Белые скалы обязаны слагающей их породе – мелу. Когда большинство людей слышат слово «мел», им представляются брусочки из белого порошкообразного материала, которыми многие поколения школьников писали на классных досках. Хотя когда-то для этого использовался настоящий мел, большинство современных школьных «мелков» состоят вовсе не из мела, а из порошкообразного гипса, спрессованного в палочки.
Настоящий мел – это мягкий белый пористый известняк, сложенный минералом кальцитом (его состав – карбонат кальция, CaCO3). Он образуется в глубоководных условиях в результате постепенного накопления мельчайших кальцитовых раковин (кокколитов), которые выделяются микроскопическими водорослями кокколитофоридами (рис. 19.2). Распространены включения кремня (тип кремнистой породы, характерный для мела) – в виде полос, параллельных напластованию, или желваков, погруженных в мел (рис. 19.3). Вероятно, его происхождение связано со спикулами губок[75] или других кремнийсодержащих организмов, когда при уплотнении породы вода отгонялась вверх. Часто кремень откладывается вокруг более крупных окаменелостей, которые могут подвергаться силицификации, или окремнению (тогда молекулы кальцита постепенно заменяются кремнеземом).
Рис. 19.2 Мел состоит из крохотных известковых водорослей – кокколитофорид, которые образуют вокруг себя известковые пластинки в форме пуговиц – кокколиты, диаметром всего несколько микронов. Источник: Wikimedia Сommons
Рис. 19.3 В меле нередко встречается черный кремень. Фото автора
Эта сложенная преимущественно мелом толща юго-восточной Англии богата окаменелостями, которые можно найти здесь на многих пляжах. Там есть морские ежи обычные и сердцевидные, которых усиленно изучали палеонтологи, написавшие о них массу работ, а также множество моллюсков и устриц – особенно причудливо изогнутых устриц Gryphaea и Exogyra, которых ученые тоже активно исследовали. В этих породах изредка обнаруживают плохо сохранившихся аммонитов, а еще зубы акул и окаменелости разных рыб.
Мел как порода более устойчив к выветриванию и образованию оползней, нежели глины, с которыми он обычно связан, и поэтому там, где меловые хребты встречаются с морем, образуются высокие обрывистые утесы. Меловые холмы («меловой даунленд») обычно формируются там, где пласты мела достигают поверхности под углом, образуя крутые склоны. Поскольку в меле много трещин, он может удерживать большой объем грунтовых вод: создается естественный резервуар, который медленно высвобождает воду в сухое время года.
Обнажения мела есть не только в юго-восточной Англии. Сложенный главным образом из этой породы пояс проходит через Па-де-Кале до Алебастрового берега в Нормандии и мыса Блан-Не. Под областью Шампань во Франции находятся меловые отложения; они определяют состав почв для выращивания винограда, из которого производят шампанское, и предоставляют природные пещеры для хранения вина. Эта меловая в основном толща простирается далее на восток через Бельгию и страны, расположенные от нее к северо-востоку, включая национальный парк Ясмунд в Германии и скалы Мёнс Клинт в Дании. Мел был настолько заметным и распространенным элементом на значительной части Европы, что в 1822 г. бельгийский геолог Жан Батист Жюльен Д'Омалиус Д'Аллуа назвал в его честь последний период мезозоя.
Мелкие моря парникового мира Мелового периода
90 млн лет назад то, что сейчас является «меловым даунлендом», холмистой равниной Северной Европы, представляло собой влажный известковый ил, скапливающийся на дне большого моря. Мел стал одной из первых пород с субмикроскопическими частицами, попавших под электронный микроскоп; оказалось, что он почти полностью состоит из кокколитов. Эти раковины были образованы кальцитом, извлеченным из морской воды. По мере умирания организмов за миллионы лет постепенно сформировался значительный слой, который под тяжестью других отложений в конечном итоге превратился в горную породу. Более поздние перемещения земной коры, связанные с возникновением Альп, подняли эти былые донные отложения выше уровня моря.
Мел также представляет собой продукт гораздо более масштабного явления – глобального парникового мира позднемеловой эпохи. Во второй половине эпохи динозавров климат был настолько теплым, что эти животные бродили за Полярным кругом в Арктике и в Антарктике. Льдов и снега в то время практически нигде не было, и уровень двуокиси углерода в атмосфере составлял около 2000 частей на миллион (сегодня эта величина превышает 400 частей на миллион и продолжает увеличиваться). Таяние всех этих ледяных шапок привело к значительному повышению уровня океана, и на месте суши появились мелководья. Такие богатые мелом неглубокие моря затопили большую часть Европы, о чем и свидетельствует распространенность мела не только в Англии, но также в Бельгии и Франции. Повышение уровня моря привело к затоплению и Центральных равнин Северной Америки, где появилось Западное внутреннее море (или Западный внутренний пролив), соединявшее Северный Ледовитый океан с Мексиканским заливом (рис. 19.4). Эти моря кишели аммонитами, моллюсками, улитками, огромными рыбами и рептилиями, окаменелости которых сегодня можно найти в сложенных мелом толщах этого возраста – таких как Ниобрара-Чок в западном Канзасе (рис. 19.5) или Остин-Чок в центральном Техасе.
Рис. 19.4 Западное внутреннее море покрывало в меловом периоде центральные равнины Северной Америки – от Северного Ледовитого океана до Мексиканского залива. Составлено по нескольким источникам
Рис. 19.5 Скалы Монумент Рокс в округе Гоув штата Канзас. Мел встречается не только в Европе, но и в отложениях мелового периода центрального Техаса и западного Канзаса. Источник: Wikimedia Сommons
Ничего из сказанного выше не было известно, когда легендарный английский биолог Томас Генри Гексли в 1868 г. прочел рабочим Нориджа лекцию «О куске мела» на собрании, проведенном Британской ассоциацией содействия развитию науки. Гексли твердо верил в необходимость просвещать массы, рассказывая людям о науке и природе, и воспользовался кусочком скромного мела, лежащим у доски, чтобы поведать захватывающую историю обо всех геологических событиях, которые привели к образованию этого вещества, о том, из каких окаменелостей оно состоит и как должны были выглядеть древние меловые моря. Впоследствии эту лекцию напечатали в виде книги; она до сих пор считается одной из величайших научно-популярных работ и одной из первых опубликованных (ныне ее можно найти в интернете). Лауреат Нобелевской премии по физике Стивен Вайнберг назвал ее «одной из лучших книг, когда-либо написанных для любителей естествознания». Обозреватель Даэл Вольфл из Американской академии содействия развитию науки отмечал в 1967 г.:
То, что сегодня уроки палеонтологии ценятся гораздо больше, чем в те времена, когда Гексли вел их с помощью куска плотницкого мела, – в значительной степени дань уважения гению Гексли. Сейчас у нас гораздо больше знаний, чем у него, но у нас нет ни лучшего примера искусства убедительно и понятно объяснять, чем занимается наука, ни более яркого примера того, как ученый обязан применять это искусство.
20. Смерть динозавровИридиевый слой
Эпоха рептилий закончилась, потому что продлилась достаточно долго и изначально была ошибкой. На закате мезозойской эры наступал лучший день. Вокруг бегали маленькие теплокровные животные, которые воровали и ели яйца динозавров, а также постепенно учились воровать и другие вещи. Цивилизация была не за горами.
Открытие по случаю
Благодаря множеству чрезмерно упрощенных учебных пособий многие люди считают, что ученые всегда планируют свои исследования ради достижения какой-то определенной цели, делают несложные прогнозы, а затем ищут ответ с помощью экспериментов. Однако большинство учебников (и людей) не учитывают элемента удачи в науке. Многие величайшие научные открытия были сделаны случайно, без какого-либо плана.
Так, в науке, особенно в химии, известны сотни примеров случайных открытий. Ганс фон Пехманн в 1898 г. случайно открыл полиэтилен. Непреднамеренно появились «жвачка для рук» Silly Putty, тефлон, цианакрилатный суперклей, спрей Scotchgard и вискоза; неожиданно были открыты гелий и йод. Примеры из медицины – пенициллин, веселящий газ, оральные контрацептивы. Миноксидил – популярное средство для роста волос – изначально был синтезирован для лечения язвы желудка, а виагру разрабатывали для улучшения кровотока, а не против импотенции. Неожиданными были многие великие открытия в физике и астрономии – планета Уран, инфракрасное излучение, сверхпроводимость, электромагнетизм, рентгеновские лучи и многое другое. Среди практических изобретений к случайным можно отнести струйные принтеры, кукурузные хлопья, безопасное стекло, керамику Corningware и вулканизацию каучука. Перси Спенсер после окончания Второй мировой войны искал применение излишкам магнетронов и, когда один из них расплавил шоколадный батончик в кармане его лабораторного халата, понял, что их можно использовать в качестве микроволновых печей. В 1964 г. два физика, Арно Пензиас и Роберт Вильсон, пытались избавиться от «шума» в своей недавно разработанной микроволновой антенне. Когда они устранили обычные помехи, оставалось какое-то фоновое «шипение», с которым не удавалось справиться. Еще более удивительно, что источник этого звука оказался в 100 раз мощнее, чем ожидалось, и был равномерно распределен по небу, а не исходил из какого-то одного точечного объекта на Земле или в космосе. В конце концов ученые поняли, что обнаружили давно предсказанное микроволновое реликтовое излучение – след Большого взрыва. В 1978 г. за свое открытие Пензиас и Вильсон получили Нобелевскую премию