Физическая география Антарктиды
Геологическая летопись
Антарктида и континентальный дрейф. Геологическая эволюция Антарктиды шла по тому же пути, что и на других южных континентах. Самые ранние главы в довольно фрагментарной летописи Антарктиды уводят нас в седое в прошлое, на 3 млрд лет назад, в раннее Докембрийское время. Сходство в закономерностях развития земной коры и в биологических процессах на всех южных континентах можно проследить на протяжении примерно 150 млн лет, а их эволюционные пути развития начали ощутимо расходиться около 70 млн лет назад, в конце мезозойской эры.
Пути миграции растений и животных, которые, по-видимому, связывали все южные континенты, были в значительной степени отрезаны к началу кайнозойской эры (около 66 миллионов лет назад). Антарктида стала по-настоящему обособленной с образованием пролива Дрейка между континентом и Южной Америкой где-то между 49 -17 млн лет назад, когда стали бурно размножаться и процветать наземные млекопитающие, заселяя все континенты мира. Антарктида долгое время считалась миграционным путем для сумчатых, перемещавшихся между южными континентами в раннем кайнозое. Но документы, подтверждающие эту теорию, были обнаружены только в 1982 году, и связаны они были с находкой на острове Сеймур в море Уэдделла первых ископаемых останков млекопитающих-сумчатых. Последующий рост ледяных щитов Антарктиды сделал невозможным любые дальнейшие миграции наземных животных.
В настоящее время, омытая полярными льдами, Антарктида имеет обильные ископаемые свидетельства того, что ее климат и рельеф в свое время поддерживали гораздо более густонаселенную флору и фауну, чем сегодняшние малочисленные виды бессемянных растений и примитивных насекомых.
Большая часть Антарктиды была густо покрыта лесами в мезозойские времена (около 252 — 66 млн лет назад). В этих лесах в основном произрастали южные хвойные подокарпы и араукарии, с подлеском из папоротников тропического типа. Такие покрытосеменные растения, как южный бук (Нотофагус, лат. Nothofagáceae), зародились в меловой период (примерно 145 — 66 млн лет назад). По мнению некоторых ученых, обнаружение пыльцы Нотофагуса в Трансантарктических горах, датируемое приблизительно 3 млн лет, означает, что Нотофагус мог сохраниться в то время, когда Антарктида дрейфовала к полюсу, охлаждалась и покрываясь льдом.
Были обнаружены остатки пышной вымершей флоры, а также окаменелости мезозойских рептилий, динозавров и амфибий, причем, настолько похожих на окаменелости, найденные на других южных континентах, что многие геологи предположили то, что ранее эти земли составляли один огромный суперконтинент, называемый Гондвана.
Континентальные стратиграфические данные, а также датировка возраста морского дна, скорее всего, означают то, что гигантский континент Гондвана раскололся вдоль Юрских рифтовых разломов 180 -160 млн лет назад и что такие фрагменты, как Африка и Австралия, отделились от Антарктиды в Юрско-Меловое время (около 201 — 66 млн лет назад) и в раннюю кайнозойскую эру. Ранние стадии рифтогенеза были отмечены огромными излияниями Лавового плато (потоков базальта на горе Керкпатрик) и родственными силловыми интрузиями по всей Антарктиде, включая одну из крупнейших в мире расслоенную интрузию Дюфека в горах Пенсакола.
Современная теория связывает подвижные зоны со взаимодействием и сталкиванием огромных плит земной коры (см. тектоника литосферных плит Земли ). Современные границы плит могут сильно отличаться от древних. Древние подвижные антарктические пояса, за которыми следуют современные Трансантарктические горы, резко обрываются на окраинах континента, как будто отрезанные, и, по-видимому, вновь появляются в других местах на противоположной стороне молодых океанических бассейнов.
Многие исследования были направлены на попытки сопоставить между собой детальную структуру противоположных побережий, например Антарктиды и Австралии, в попытке выяснить, действительно ли они были связаны до последнего цикла расширения морского дна от срединно-океанических хребтов. Сходство между древними подвижными поясами теперь наводит некоторых геологов на мысль, что Антарктида, возможно, даже была связана с юго-западом Северной Америки более 600 млн лет назад, в позднем Докембрии.
Геологическое строение Антарктиды. Большая часть геологической летописи Антарктики скрыта под обширными областями снега и льда, которые составляют более 95% поверхности континента. Неизвестно, какие важные отрезки летописи скрыты под погребенными под толщей льда хребтах, таких как Горы Гамбурцева, топография которых была нанесена на карту только при помощи сейсмических исследований большого восточно-антарктического ледяного щита. Необычайно толстый ледяной покров, чрезвычайно тяжелые условия труда и огромные расходы на экспедиции долгое время препятствовали развитию геологических знаний об Антарктиде. Однако значительные успехи, достигнутые геологами многих стран-участниц Договора об Антарктике, позволили получить геологические карты по меньшей мере разведывательного уровня практически для всех открытых горных районов.
Из результатов экспедиций начала XX века возникла концепция, что Антарктида состоит из двух структурных провинций — длинного, стабильного докембрийского щита в Восточной Антарктиде и гораздо более молодых мезозойского и кайнозойского подвижных поясов в Западной Антарктиде, разделенных поясом Трансантарктических гор. Восточная и Западная Антарктида стали известны соответственно как Гондванская и Андская провинции, что указывает на сходство каждого сектора с другими регионами; то есть Восточная Антарктида, по-видимому, имеет общие корни с Гондванской областью полуостровной Индии, а Западная, по-видимому, представляет собой южное продолжение южноамериканских Анд.
По мере того как новые экспедиции изучают и переосмысливают новые данные о горных системах, представления о геологической структуре континента постоянно меняются. Геологическое строение Антарктиды в настоящее время, как выяснилось, более сложное, чем предполагалось в прошлом.
Средняя толщина земной коры как Восточной, так и Западной Антарктиды не сильно отличается от толщины коры других континентов. Было выдвинуто предположение, что если бы весь Антарктический лед растаял, то Западная Антарктида могла бы стать океаническим островным архипелагом. Толщина ее коры около 30 км указывает на отсутствие океанической структуры и она аналогична толщине прибрежных частей других континентов. Кора резко утолщается вдоль фронта Трансантарктических гор. Возможно, это глубокая система разломов земной коры, в среднем около 40 км толщиной в Восточной Антарктиде.
Значительные землетрясения не зарегистрированы вдоль этого или других известных разломов в Антарктиде, наиболее сейсмически спокойном из всех континентов, где, в основном, незначительная активность связана с окружающими ее океаническими хребтами или вулканами. Однако появление одного необычно крупного землетрясения магнитудой 6,4 в море Беллинсгаузена в 1977 году позволяет предположить, что Антарктическая плита может обладать большей сейсмичностью, чем принято считать.
Древняя кора Антарктиды, должно быть, была очень подвижной, и конфигурация континента много сотен миллионов лет назад в Докембрии сильно отличалась от сегодняшней. Древние морские и озерные бассейны были заполнены разнообразными осадочными отложениями и обломками вулканической породы, выветренными из древних земель. В период горного строительства эти материалы подвергались сложной деформации и перекристаллизации глубоко в земной коре с образованием, особенно в Восточной Антарктиде, больших скоплений кристаллических горных пород. Горные породы поднимались на поверхность, горы вырезались эрозией, осадочные породы заполняли новые бассейны, образовывались новые складки земной коры. Снова и снова этот цикл повторялся в ходе эволюции Антарктиды.
Подвижность прекратилась примерно 400 млн лет назад в Трансантарктических горах. Между Девонским периодом (около 419-359 млн лет назад) и Позднеюрской эпохой (которая началась около 164 млн лет назад) в древних озерах и мелководных морях на участках бывших горных цепей, которые были вырезаны эрозией, был заложен слой преимущественно кварцевых (кварцсодержащих) отложений. Известное как маячковый песчаник, это образование платформенных отложений содержит богатую летопись вымерших антарктических форм жизни, включая окаменелости пресноводных рыб в девонских породах, древних лесов умеренного пояса, деревьев Glossopteris в угольных отложениях Пермского возраста (около 299 — 252 млн лет назад) и деревьев Dicroidium в углях Триасового возраста (примерно 252 — 201 млн лет назад), крупных рептилий, таких как Lystrosaurus, и амфибий в триасовых породах.
В 1990-91 годах окаменелости динозавров были впервые найдены в Трансантарктических горах близ Южного полюса. Они напоминали те же окаменелости из раннего Юрского периода, которые ранее были найдены в Китае, и, вместе с соответствующими ископаемыми растениями, указывают на существование мягкого климата в это время в Антарктиде, когда эта часть континента, как полагают, находилась на широте около 65° ю.ш.
Тиллиты — породы, отложенные древними ледниками, — лежат под пермскими угольными пластами во многих местах Антарктиды точно так же, как и на других южных континентах. Широкое распространение эрратических валунов, содержащих микроокаменелости мелового и кайнозойского возраста, свидетельствует о наличии пород, которые моложе маячкового песчаника, залегающего под ледяными щитами вблизи Трансантарктических гор. Самая молодая горная цепь в Антарктиде, составляющая Антарктический полуостров, Землю Элсуорта и часть Земли Мэри Берд является продолжением южноамериканских гор Анд.
Пролив Лемера — это пролив у берегов Антарктиды, между полуостровом Киев в материковой части Земли Грэма и островом Бута. Он является одним из лучших туристических направлений в Антарктиде; крутые скалы окаймляют заполненный айсбергами проход, который имеет в самом узком месте 11 км в длину и всего 1600 метров в ширину. Впервые он был замечен немецкой экспедицией 1873-74 годов, но не был пройден до декабря 1898 года, когда через него прошла бельгийская антарктическая экспедиция «Бельжика». Руководитель экспедиции Адриен де Жерлаш назвал его в честь Шарля Лемэра (1863-1925), бельгийского исследователя Конго.
Остров Half Moon (Южные Шетландские острова) — небольшой Антарктический остров, расположенный в 1,35 км к северу от острова Ливингстон в регионе Антарктического полуострова. Площадь поверхности 51 гектар. На острове есть крупное лежбище антарктических пингвинов, а также гнездятся антарктические крачки и доминиканские чайки. Киты часто патрулируют берега, и с этого небольшого острова открывается потрясающий вид на окружающие горы.
Рельеф. Есть две стороны современного континента Антарктиды. Одна, видимая визуально, состоит из обнаженных скал и ледяной поверхности. Другая, видимая лишь при помощи сейсмических или других методов дистанционного зондирования, состоит из погребенных подо льдом коренных пород. И все это развивалось в ходе долгих и медленных геологических процессов.
Последствия ледниковой эрозии и отложения осадочных минералов преобладают повсюду в Антарктике, а вот эрозионные эффекты от воздействия проточной воды относительно незначительны. Тем не менее, в теплые летние дни редкие и недолго живущие потоки ледниковой талой воды местами всё ж таки существуют. Недолговечная река Оникс, например, течет от нижней оконечности ледника Райт и впадает в бассейн озера Ванда близ пролива Мак-Мердо.
В настоящее время преобладают ледниковые формы рельефа, как и 300 миллионов лет назад, в более ранний период континентального оледенения всей Гондваны.
Антарктида, средняя высота которой составляет около 2200 метров над уровнем моря, является самым высоким континентом в мире (Азия, следующая, в среднем около 900 метров). Доминирующая высота ледяного покрова Восточной Антарктиды составляет 3,5 км или больше в четырех основных центрах: Купол А (Аргус) на 81° ю.ш., 77° в.д. (высота 4091 м над уровнем моря); Купол С (также известный как Купол Цирцеи, Купол Чарли или Купол Конкордии) на 75° ю.ш., 125° в.д. (высота 3233 метра); Купол Фудзи (он же Купол Валькирии) на 77° ю.ш., 40° в.д. (высота 3810 метров над уровнем моря) и станция «Восток» на 77° ю.ш., 104° в.д. (толщина ледникового покрова в данном районе составляет 3700 м).
Самая холодная температура, когда-либо зафиксированная на Земле, была -89,2 °С, была измерена на «Востоке» в 1983 году.
Однако без своего льда Антарктида, вероятно, имела бы среднюю высоту примерно чуть больше 450 м. Тогда бы Антарктида состояла из гораздо меньшего размера континента (Восточной Антарктиды) и близлежащего островного архипелага. Обширная низменная равнина между 90° и 150° в.д. (современные полярные и подледниковые бассейны Уилкса) будет окаймлена хребтами Трансантарктических гор и горами Гамбурцева высотой от 2 до 4 км. Остальное может быть холмистой или гористой местностью. Рельеф в целом бы варьировался от высот 4897 метров в массиве Винсона на Сентинельском хребте, самой высокой точке Антарктиды, до более чем 5500 м ниже уровня моря в прилегающем морском желобе на Западе (Подледная впадина Бентли). Области, которые сейчас называются “землями”, включая большую часть земель Элсуорта и Мэри Берд, будут находиться под водой.
Покрытые ледниками вулканы, многие из которых все еще активны, усеивают западную Землю Эллсворта, Землю Мари Берд и участки побережья Антарктического полуострова и Земли Виктории, но основная их активность сосредоточена в вулканической Южно-Антильской арке. На всем побережье Восточной Антарктиды имеется только один вулкан, давно потухший, Гауссберг (или Гора Гаусса, 90° в.д.). Долгое время бездействовавший вулкан Эребус на острове Росс стал проявлять повышенную активность с середины 1970-х годов. Лавовые озера иногда заполняли, но не переполняли его кратер. Его активность тщательно контролируется самой большой станцией Антарктиды (станция Мак-Мердо, США) находящейся недалеко от его подножья.
Одно из немногих сильных извержений вулкана на острове Десепшен в 1967-70 годах разрушило близлежащие британские и чилийские станции. Затопленная кальдера этого вулкана является одной из лучших естественных гаваней региона.
В то время как вулканы Антарктического полуострова и Южно-Антильского хребта минералогически сходны с вулканами, типичными для Тихоокеанского края, другие в Антарктиде по химическому составу подобны вулканам вдоль Восточноафриканской рифтовой долины.