Но что же могло заставить Нил опуститься настолько ниже нынешнего уровня моря? И почему всю эту глубоко прорытую впадину затем полностью заполнили осадочные отложения? Появилась очередная тайна, и к головоломке добавился еще один отдельный фрагмент.
Фрагмент головоломки № 3: Скважина на дне океана
На протяжении десятилетий сейсмологи изучали дно Средиземного моря с помощью акустических волн. Ученые видели слои отложений, соответствующие опусканию бассейна в миоцене, плиоцене и в более ранние времена. На протяжении большей части мезозоя и кайнозоя бассейн Средиземного моря был частью огромного океана Тетис, который простирался от Гибралтара до Индонезии. Затем в миоцене бассейн прогнулся из-за давления, вызванного столкновением между Африканской и Евразийской плитами (это столкновение, или коллизия, привело также к поднятию Альп). Однако в 1961 г. сейсмические профили впервые выявили некий выделяющийся слой, который обеспечивал очень «яркое» отражение звуковых волн. Его назвали М-отражателем. Материал этого слоя сильно отличался по плотности от слоев ила и песка в остальной части разреза, поэтому исследователи сразу предположили, что это могут быть залежи соли. Они «соткали» своего рода одеяло по всему Средиземноморью площадью с морское дно, но залегающее глубоко под ним. Это позволило предположить, что когда-то данный слой отложился по всему дну, а затем был перекрыт более молодыми отложениями. В 1967 г. итальянский сейсмолог Джорджо Руджери предположил, что М-отражатель не просто состоит из соли, но и соответствует соляным пластам, давно известным по Мессинскому проливу. Он выдвинул гипотезу, что когда-то все Средиземное море высохло, превратившись в гигантский соляной бассейн, и ввел термин «Мессинский пик солености» (или «Мессинский кризис солености»). Однако у его догадки не было никаких прямых доказательств.
Тем не менее гипотезу явно стоило изучить. Ученые предложили, чтобы бурением дна Средиземного моря занялся «Гломар Челленджер» – в тринадцатой своей экспедиции и через два года после первого рейса. Экспедиция должна была решить, что представляет собой М-отражатель и прав ли Руджери. Как и во всех плаваниях Проекта глубоководного бурения (DSDP), в тринадцатой экспедиции на судне находилась большая группа ученых во главе с тремя специалистами. В числе последних были ведущая микропалеонтолог Мария Бьянка Чита и Кен Сюй, седиментолог китайского происхождения, известный как первопроходец во многих областях исследований. В частности, он выяснил, как формировались калифорнийские меланжи (глава 23). Когда я пишу эти строки, ему 94 года, и он получил за свои важные открытия почти все возможные награды в области геологии, включая медаль Волластона Геологического общества Лондона и медаль Пенроуза Геологического общества США.
Последним в этой тройке был специалист по морской геофизике Уильям Райан, который занимался геофизикой, профилями глубин и забором кернов. Когда я учился в аспирантуре в Ламонте в 1977 г., Билл Райан преподавал нам морскую геологию, и я слышал эту историю непосредственно от него. Он участвовал в десятках океанографических экспедиций Обсерватории Ламонт, а его изобретения и разработка технологий эхолокации, океанографической съемки, глубоководных камер и драг помогли собрать множество данных с морского дна. Райан спокоен, сдержан и замкнут, говорит медленно и негромко, но его идеи и самодисциплина вне всякого сравнения. Хотя во время лекций он сохранял бесстрастие и не повышал голос, я до сих пор отчетливо помню, как он описывал первый свой опыт картирования абиссальных[102] равнин Мирового океана. Райан отметил, что они были такими плоскими и такими огромными, что ученые целыми днями плыли над абиссальным плато, а эхолот постоянно давал одно и то же значение глубины.
Кен, Билл и Мария присоединились к проекту с разными целями: найти причину хорошо известного падения уровня океана во всей Европе в позднем миоцене (Сюй); разыскать хорошую морскую миоцен-плиоценовую последовательность и улучшить биостратиграфическое датирование морских пород Средиземноморья (Чита); выяснить природу М-отражателя и узнать, как сформировался Средиземноморский бассейн (Райан). В начале 1970 г. «Гломар Челленджер» вышел из Лиссабона, прошел Гибралтарским проливом и сразу же приступил к бурению в Балеарской впадине (западная половина Средиземного моря между Испанией и Сардинией – Корсикой, включая Балеарские острова). Первые места бурения (точки 120, 121 и 122) находились на западной окраине Балеарской впадины у восточного побережья Испании (рис. 24.7). Пройдя мощные толщи плейстоценовых и плиоценовых морских илов, ученые обнаружили на границе миоцена и плиоцена мощный слой гравия. Это позволило предположить, что в Средиземноморский бассейн попадали грубые речные отложения или даже внезапные паводки из арройо (сухих пустынных русел). Не являясь окончательным доказательством, это все же убедительно указывало, что верхние склоны Балеарской впадины не всегда находились под водой, а некогда были широкими аллювиальными конусами выноса[103], покрытыми песком и гравием, которые смывало с суши.
Рис. 24.7 Концентрическая зональность распределения эвапоритовых минералов в Балеарской впадине в западном Средиземноморье. Показано расположение мест бурения по Проекту глубоководного бурения (Deep Sea Drilling Project, DSDP). Предоставлено Deep Sea Drilling Project
Затем судно отправилось бурить дальше на восток и вниз по склону этой впадины. Когда геологи опустились ниже плейстоценовых и плиоценовых илов, обнаружилось кое-что поистине удивительное – слоистые строматолиты (см. главу 13) и корки доломита, указывающие на то, что нижняя часть склона представляла собой суперсоленую приливно-отливную (литоральную) илистую отмель, где покрытия-маты могли быть образованы только синезелеными бактериями и некоторыми водорослями. Вода была настолько соленой, что образовывались необычные минералы, такие как доломит. Это убедительно подтверждало тот факт, что дно Средиземного моря высыхало, поскольку строматолиты и литоральные отложения доломитов не могут развиваться в глубинах океана, а фотосинтезирующие бактерии не способны жить без солнечного света.
Наконец, корабль отправился к намеченной целевой точке – центру Балеарской впадины. Когда геологи пробурили плиоценовые морские отложения, они нашли толстые слои соли и гипса, залегающие на сотни и тысячи метров ниже нынешнего дна Средиземного моря. Это стало надежным доказательством, что около 5,5 млн лет назад западное Средиземноморье полностью высыхало. Одновременно подтвердилось то, что подозревали многие сейсмологи: М-отражатель оказался мощным слоем соли и гипса позднего миоцена, и этот слой обнаруживался под донными пластами по всему Средиземноморью.
Такую же картину вы найдете в любом полностью высохшем водоеме – например, в Мертвом море или калифорнийской Долине Смерти. На окраинах этих бассейнов могут оказаться аллювиальные гравийные, а иногда и литоральные отложения со строматолитами и карбонатными минералами. Ряд известных экспериментов, проведенных итальянским химиком М. Усиглио в 1849 г., показали, что для образования карбонатов (например, кальцита, арагонита или доломита) необходимо испарить около 50 % исходной воды. Следующая зона вокруг «мишени» богата сульфатами (в частности, гипсом), которые образуются, когда испарение удаляет 80 % исходного объема воды. Наконец, последними в осадок выпадают «горькие соли»: галит (хлорид натрия), сильвин (хлорид калия) и разные формы хлорида кальция. Эти соли образуются, только когда испаряется не меньше 90 % первоначальной воды; они выпадают в осадок из высококонцентрированного рассола по мере того, как остатки влаги исчезают из середины бассейна – центра «мишени».
Удивительные открытия продолжались. Одна скважина прошла через принесенные ветром дюнные отложения из пустыни на дне Средиземного моря, которые состояли из зерен кварцевого песка, смешанных с высохшими раковинами планктона. Эти материалы выветрились из старых морских илов, доставленных песчаными бурями миоцена. В других кернах обнаружились многочисленные грязевые трещины, свидетельствующие о том, что дно полностью высыхало. В большинстве кернов геологи нашли слои соли и гипса, чередующиеся со слоями обычных морских отложений: это говорило, что дно Средиземного моря высыхало, затем снова ненадолго затапливалось, после чего снова высыхало, и так раз за разом. Именно повторяющиеся стадии высыхания и затопления обеспечили такую огромную толщину отложений соли и гипса в Мессинском проливе. Если бы испарение произошло один раз, то после исчезновения воды остался бы только тонкий слой соли и гипса. Фактическое количество соли оценивается в 4 триллиона триллионов килограммов, то есть больше 1 млн кубических километров! Это в 50 раз больше, чем содержится в Средиземном море сейчас. Таким образом, для этого требуется, чтобы Средиземное море высыхало минимум 50 раз, поэтому в прошлом должны были происходить частые колебания между затоплением и высыханием.
Решение: гигантское мертвое море
Тринадцатая экспедиция DSDP продолжилась далее к востоку, мимо Италии и Сицилии; судно пробурило скважины в восточном Средиземноморье и обнаружило еще больше отложений того же типа. К моменту окончания работ ученые на борту считали полученные доказательства неопровержимыми. По их мнению, другого объяснения просто не было. Средиземное море некогда было огромной пустыней (рис. 24.8).
Рис. 24.8 Высыхание Средиземноморского бассейна в представлении художника. Источник: Wikimedia Сommons
И все же, когда геологи вернулись из путешествия и начали излагать свои результаты на научных конференциях в начале 1971 г., они столкнулись с невероятным скепсисом и сопротивлением. Какими бы серьезными ни были их аргументы, у многих ученых не укладывалось в голове, что все Средиземное море когда-то высохло и образовало заполненный солью пустынный бассейн на глубине до 1800 м ниже уровня моря – подобный расширенной версии Мертвого моря. Даже полвека спустя все еще есть профессионалы, которые противятся этой идее, хотя большинство согласилось с заключениями, которые Сюй, Райан и их коллеги отстаивали в 1970 и 1971 гг.