Докембрийские цунами в свете современных данных

Цунами являются катастрофическими природными явлениями, повторяемость которых в масштабах геологического времени весьма велика. Если только в течение XX и начале XXI веков было зарегистрировано почти 1300 событий такого рода, из которых почти полторы сотни характеризовались значительной силой [17], то можно предполагать, что их число в истории Земли измеряется миллиардами. Катастрофы в Индийском океане (2004 г.) и Японии (2011 г.) способствовали значительному росту интереса ученых во всем мире к изучению как современных, так и древних цунами [20][29]. Несмотря на тщательный анализ особого типа отложений — цунамитов — и других геологических индикаторов этих катастроф в геологическом прошлом, знания о них до сих пор остаются ограниченными [9][30]. И речь идет только о «классических», т.е. океанических цунами, тогда как эти катастрофы могут происходить и в континентальных условиях [3][7][17]; установление их следов в осадочных последовательностях — еще более трудная задача. При этом надо отметить, что именно изучение древних цунами указывает на реализуемость этих явлений в относительно мелководных эпиконтинентальных бассейнах [10]. С учетом возможно большого количества цунами в прошлом Земли имеет смысл сконцентрироваться на их анализе на отдельных отрезках геологического времени.

Изучение докембрийских цунами представляет важность для понимания специфической динамики планетарной среды, а также позволяет уточнить критерии расшифровки природы сложно построенных, подчас глубоко метаморфизированных комплексов. Некоторыми исследователями уже была аргументирована возможность широкого проявления цунами не только в протерозое, но также в архее и даже гадее [12][13][15][16]. В этой связи возникает вопрос о возможности обнаружения свидетельств цунами в докембрийских комплексах. Удивительно, но, несмотря на его кажущуюся сложность, за последние 25 лет было опубликовано несколько десятков работ, в которых представлена информация о докембрийских цунами разного возраста и из разных регионов. Речь идет именно о конкретных геологических свидетельствах, и прежде всего выделении типичных цунамитов. Соответствующие исследования стимулировались, как правило, интересом либо к древнейшим импактным событиям и их геологическим следствиям, либо к палеосейсмичности и расшифровке соответствующих текстурных особенностей пород. Хотя полученные сведения были представлены большей частью на страницах ведущих международных журналов и за авторством крупных специалистов, они оказываются разрозненными, подчас даже фрагментарными. В этой связи на первый план выходит задача по систематизации накопленной информации для получения общей картины проявления цунами на докембрийском этапе развития Земли.

Целью настоящей работы является синтез ранее опубликованной информации о докембрийских цунами. Он важен как для общей характеристики их пространственно-временного распространения и возможных причин, так и для установления меры их изученности к настоящему времени. Такого рода сводка видится потенциально полезной для отечественных специалистов, т.к. обращает внимание на перспективность новой тематики, которая может изучаться и на территории России, где докембрийские комплексы имеют широкое распространение.

Материалы и методы

Основным материалом для настоящей работы являются разрозненные литературные данные, касающиеся интерпретации докембрийских цунами в конкретных локусах. Для сбора международных источников была использована библиографическая база Scopus, характеризующаяся значительной полнотой [4][33]. Информация из отечественной литературы может быть получена с помощью «Научной электронной библиотеки», однако эффективным оказалось также использование популярных средств поиска в сети Интернет. За первичным сбором библиографической информации последовало внимательное изучение ее содержания с выделением действительно релевантных источников. В конечном итоге для последующего анализа было отобрано 39 работ — статей в ведущих журналах. Во избежание перегрузки настоящей работы библиографической информацией и результатами ее первичного анализа (см. ниже) она размещена в открытом доступе в Цифровом репозитории Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону, РФ) в качестве блока исследовательских данных (Приложение), как это принято в практике современной научной деятельности.

Основным методом является контент-анализ отобранных источников. В каждом из них рассматриваются свидетельства о цунами: устанавливаются возраст, географическая привязка, причина и характер информации. Возраст определяется в соответствии с информацией из анализируемых источников, ряд из которых содержит точные датировки. В данной работе за основу берется Международная хроностратиграфическая шкала [14], т.к. именно ее подразделения рассматриваются в большинстве анализируемых работ; кроме того, она обладает достаточной дробностью. При этом полученные в итоге результаты вполне могут выражаться и в терминологии принятой в России Общей стратиграфической шкалы [5], с которой международные подразделения коррелируются по возрастным отметкам. Иными словами, привязка к международной шкале диктуется сугубо методологическими соображениями, а не ее предпочтением. Более того, важно отметить, что в настоящее время обсуждаются возможности коррекции международной шкалы [32]. Географическая привязка носит предельно общий характер — катастрофы отнесены к одному из крупных регионов (например, Индостан или Южная Африка). Привязка к геологическим структурам не проводится в силу неоднозначности трактовок докембрийской геологии ряда территорий и сохраняющейся неопределенности относительно пространственно-генетического соотношения их структур в докембрии. Что касается причин цунами, то они обсуждаются в большинстве работ и оказываются либо импактными, либо сейсмическими. Другие известные причины этих катастрофических явлений [17] в литературе не рассматривались. Наконец, характер информации оценивался двояко. Во-первых, обращалось внимание на критерии (седиментологические, геохимические и т.п.), по которым идентифицировались древние цунами. Во-вторых, анализировалась однозначность интерпретаций (является ли цунами единственно предполагаемым явлением или возможны альтернативные объяснения). Здесь важно подчеркнуть, что интерпретации цунами в докембрийских комплексах в любом случае носят гипотетический характер, хотя во многих работах они подробно обосновываются.

После первичного анализа каждого из отобранных источников проводился синтез систематизированной с использованием вышеотмеченных критериев информации. Несмотря на наличие четко скомпилированных данных, видится возможным только их качественная интерпретация. Связано это с тремя обстоятельствами. Во-первых, в некоторых работах отмечается наличие свидетельств нескольких цунами (однако о точном их числе судить затруднительно). Во-вторых, информация из разных регионов и представленная разными специалистами в ряде случаев могла относиться к одному цунами. В-третьих, ряд работ посвящен, по всей видимости, одному событию в том же самом регионе, однако сходимость соответствующих свидетельств не всегда можно четко увидеть. В этой связи могут быть сделаны выводы лишь об относительном количестве цунами по временным отрезкам докембрия и регионам. С несколько большей определенностью можно говорить об их соотношении по возможным механизмам, а также о характере информации.

Результаты

Синтез имеющейся библиографической информации показывает, что за 25 лет исследований в различных регионах мира было установлено несколько десятков проявлений цунами в докембрии (Приложение). В ряде случаев можно говорить о почти что глобальных катастрофах, свидетельства которых получены из разных локусов, но приблизительно с одного возрастного уровня, а в других — о сериях сравнительно часто повторяющихся событий в одном и том же регионе. Нередко специалистам удавалось интерпретировать присутствие «настоящих» цунамитов в метаморфических комплексах.

Относительное количество изученных цунами в докембрийской истории меняется (рис. 1). Для самых ранних этапов развития Земли эти события только предполагаются, однако их свидетельства пока не были обнаружены в ходе полевых исследований. Они появляются для палеоархея (конец раннего архея по отечественной шкале [5]), при этом сразу в довольно большом количестве. После мезоархейской «паузы» количество идентифицированных цунами снова возрастает в неоархее и далее в палеопротерозое (последняя треть позднего архея и ранний протерозой соответственно по отечественной шкале [5]). На оставшейся части протерозоя число цунами сначала снижается, а потом возрастает, однако не достигая палеопротерозойского уровня (рис. 1). Безусловно, такая динамика отражает скорее неравномерный исследовательский интерес к различным временным интервалам докембрия, однако палеоархейский и палеопротерозойский пики гипотетически могут отражать и реальное усиление действия факторов геологической эволюции (например, увеличение частоты космических импактов или интенсификацию сейсмичности), способствующих более частому и/или масштабному проявлению цунами.

В географическом отношении докембрийские цунами известны из различных регионов мира (рис. 2). При этом география протерозойских (особенно палеопротерозойских) катастроф такого рода оказывается более широкой, чем архейских. Последние известны лишь из Австралии и Южной Африки. Гипотетическое цунами на территории России (Балтийский щит) также относится к первой половине протерозоя [1]. Хотя палеотектонические реконструкции для докембрия (особенно для архея) еще остаются предметом дискуссий [22][23][26], их различные варианты указывают на проявление цунами в действительно разных секторах планеты в протерозое.

В имеющейся литературе рассматриваются только две причины докембрийских цунами: импактная и сейсмическая (Приложение). Архейские катастрофы вызывались большей частью ударами космических тел, что неудивительно с учетом интенсивности этих процессов на ранних этапах планетарной эволюции [24][25][31]. Напротив, для протерозойских цунами чаще указывается сейсмическая и, как правило, более локальная причина.

Характер информации о докембрийских цунами в анализируемой литературе достаточно однородный (Приложение). В большинстве случаев речь идет о седиментологических интерпретациях состава (например, присутствие обломков большой размерности) и текстурных особенностей пород (вполне очевидно, что они являются большей частью метаморфическими, и, следовательно, установление их изначальной осадочной природы — отдельная задача). В очень редких случаях используются геохимические, минералогические и палеонтологические (последние только для протерозоя) свидетельства. Нередко интерпретации являются вторичными, т.е. изначально устанавливается геологическое событие, которое могло спровоцировать возникновение цунами, что формирует основу для последующей интерпретации особенностей пород. Чаще всего такой подход относится к импактным цунами. При этом важно, что в большинстве отобранных источников интерпретации цунами носят однозначный характер, тогда как альтернативные объяснения (например, «цунамиты» могли на самом деле формироваться под действием сильных штормов) предложены лишь в 13% работ (Приложение). Это указывает на довольно некритичный подход специалистов (безусловно, не всех) к интерпретациям.

Обсуждение результатов

Представленное выше обобщение сведений о докембрийских цунами позволяет предложить ряд интерпретаций. Прежде всего интерес представляет полнота имеющейся информации. С учетом древности комплексов и их метаморфизма кажется довольно удивительным обнаружение свидетельств цунами в количестве нескольких десятков из разных временных интервалов и регионов. Однако это отнюдь не говорит о действительной полноте информации. Во-первых, длительность докембрия составляет около 4 млрд лет [14]. Если взять за основу современную повторяемость цунами [17], то получаем, что имеющиеся свидетельства касаются лишь примерно 0,0000001% возможного числа этих катастроф на данном интервале. Стоит также обратить внимание на отсутствие данных (возможно, невозможность их получения в принципе) для гадея-эоархея и их ограниченность для мезоархея (рис. 1). В пространственном отношении лишь в структурах Австралии и Южной Африки найдены свидетельства архейских цунами, а для протерозоя белыми пятнами оказываются Северная Африка и Аравия, Сибирь и Южная Америка, не говоря уже об Антарктиде, несмотря на широкое распространение там докембрийских комплексов. В этой связи даже кажущиеся необычно многочисленными свидетельства цунами, представленные в литературе (Приложение), являются, скорее всего, лишь случайно сохранившимися и столь же случайно обнаруженными. Это, однако, не снижает их ценности, т.к. они подтверждают распространенность данных катастрофических явлений в докембрии.

Стоит отметить, что геологические процессы, которые могут выступать в качестве причин цунами, активно действовали в докембрии. Такими причинами являются не только космические импакты [9], интенсивность которых на ранних этапах эволюции планеты действительно была высока [24][25][31], но также землетрясения, подводные оползни, извержения вулканов и особые метеорологические явления [9][17]. Хотя время и механизм инициации тектоники литосферных плит остаются предметом дискуссий в современной геологии, имеющиеся представления указывают на ее функционирование на протяжении хотя бы части докембрия [2][8][27][36][39], что позволяет предполагать широкое проявление связанной с ней сейсмичности и, как следствие, цунами. Подводные оползни также известны из докембрия [11][18][19], и нет оснований сомневаться, что некоторые из них были способны генерировать цунами. То же самое относится и к подводным извержениям вулканов [6][38]. Выдвигать гипотезы о метеорологических цунами сложнее, т.к. их механизм связан с колебаниями атмосферного давления [28], а известно, что в докембрии оно не только отличалось от современного, но и испытывало долговременные изменения [34]. Сказанное вновь указывает на значительную неполноту информации о докембрийских цунами. С одной стороны, действие отмеченных геологических процессов на этом интервале говорит о том, что проявления цунами могли быть не менее частыми, чем в настоящее время. С другой стороны, те из них, что вызывались подводными оползнями, подводными вулканическими извержениями и, возможно, метеорологическими явлениями, пока не идентифицированы в породных комплексах.

Значительная неполнота информации может быть связана с рядом обстоятельств, а именно плохой сохранностью свидетельств цунами в осадочных последовательностях (тем более с учетом последующего метаморфизма), сложностью их идентификации, а также недостаточным интересом исследователей [9][30][35][37]. Особо следует отметить трудности различения цунамитов и штормовых отложений, которые современным ученым представляются значительными, при этом даже при изучении гораздо более молодых осадочных комплексов [21]. Использование при идентификации цунамитов преимущественно седиментологических критериев видится вполне оправданным, однако преобладание столь однозначных, по сути безальтернативных интерпретаций в работах по докембрию (Приложение) кажется удивительным, в том числе и при сравнении с аналогичными блоками информации по более поздним интервалам геологического времени и, в частности, по триасовому периоду [30]. Это лишь усиливает гипотетический характер информации о докембрийских цунами, делая целесообразным ее последующий критический анализ. Нельзя исключать, что часть установленных цунамитов на самом деле не являются таковыми.

Сравнение с информацией по фанерозою [9][30] указывает, что космические импакты были как будто более частой причиной цунами именно в докембрии (особенно в архее). Однако при этом необходимо понимать, что фанерозой имеет значительно меньшую длительность [14], а число импактных цунами, еще не идентифицированных в фанерозойских осадочных последовательностях, могло быть значительным [9]. Более того, необходимо принять во внимание площади, которые были заняты морями и океанами в докембрии, а также учесть, что космические импакты архея сами по себе привлекают исследователей, вследствие чего шанс обнаружить связанные с ними цунами возрастает. Тем не менее имеющаяся информация (Приложение) все-таки позволяет выдвинуть предположение о снижении доли импактных цунами после архея. Другая гипотеза касается увеличения доли сейсмогенных цунами с протерозоя (Приложение), что может объясняться, в том числе, установлением тектоники литосферных плит современного типа именно в середине докембрия.

Заключение

Предпринятый синтез ранее опубликованной информации о докембрийских цунами позволяет сделать три общих вывода. Во-первых, свидетельства цунами получены уже из раннего архея и более поздних временных интервалов; особо выделяются палеоархей (конец раннего архея) и палеопротерозой (ранний протерозой). Во-вторых, предполагаемые архейские цунами проявились в Австралии и Южной Африке и имели большей частью импактную причину; напротив, протерозойские цунами известны из различных регионов, а по природе своей были чаще сейсмическими. В-третьих, хотя ранее опубликованная информации указывает на проявление цунами в докембрии, она отличается предельной неполнотой как в части числа известных событий, так и в части их природы.

Данная работа указывает на перспективность изучения докембрийских цунами. Безусловно, широкая распространенность докембрийских комплексов на территории России может рассматриваться в качестве существенной предпосылки для разработки отмеченной тематики. Иными словами, отечественные геологи вполне могут внести весомый вклад в совершенствование соответствующих представлений, а традиции российской науки, и прежде всего нацеленность на построение целостных концептуальных схем позволяют вывести эти представления на принципиально новый уровень. С практической точки зрения это может быть важно для поиска и аргументации уникальности новых объектов геологического наследия, являющегося ценным ресурсом, освоение которого несет социально-экономические выгоды.

Приложение

Данные, скомпилированные и систематизированные в целях настоящего исследования, представлены в открытом доступе в Цифровом репозитории Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону, РФ):
https://hub.sfedu.ru/repository/material/801311452/, DOI: 10.18522/sfedu.dataset.801311452