Изменения уровня моря дают независимую запись драматических эпизодов юрского и мелового периодов, когда твёрдая Земля могла менять свою ориентацию.
Древние картины затопления раскрывают свидетельства того, что земная кора и мантия несколько раз быстро смещались относительно оси вращения.
Новое исследование обнаруживает свидетельства того, что Земля могла пережить несколько эпизодов быстрого истинного полярного блуждания за последние 320 миллионов лет, причём самые сильные сигналы приходятся на юрский и меловой периоды.
Вместо того чтобы полагаться в первую очередь на древние магнитные поля, исследователи отслеживали картины континентальных затоплений и отступлений, вызванных смещением твёрдой Земли относительно её оси вращения.
Результаты поддерживают быстрые события между примерно 150 и 140 миллионами лет назад и между 100 и 90 миллионами лет назад, одновременно бросая вызов представлению о том, что истинное полярное блуждание всегда было незначительным или неизменно медленным.
Географические полюса Земли могут казаться постоянными в человеческих временных масштабах, но твёрдая внешняя оболочка планеты не всегда оставалась неподвижной относительно оси её вращения.
Новое исследование предполагает, что кора и мантия пережили несколько эпизодов относительно быстрой переориентации за последние 320 миллионов лет. Вместо того чтобы опираться главным образом на магнитные сигнатуры, сохранившиеся в горных породах, исследователи нашли свидетельства в неожиданном архиве: древних изменениях того, где океаны затапливали континенты.
Исследование, проведённое под руководством Мэтью Домейера в Университете Осло и опубликованное в журнале Science, выявило четыре интервала со статистически значимыми сигналами, согласующимися с быстрым истинным полярным блужданием. Свидетельства были самыми сильными между примерно 150 и 140 миллионами лет назад и снова между 100 и 90 миллионами лет назад.
Эти находки добавляют независимую линию доказательств в давний спор о том, иногда ли Земля переориентируется в внезапных геологических вспышках, а не только через медленные, непрерывные изменения.
Планета может сама себя уравновешивать
Истинное полярное блуждание не означает, что магнитные полюса Земли просто перемещаются, и не описывает континенты, дрейфующие независимо посредством тектоники плит.
Вместо этого кора и мантия вращаются вместе относительно оси вращения планеты. Ядро и широкие климатические пояса остаются привязанными к этой оси вращения, пока твёрдая внешняя оболочка смещается под ними.
Этот процесс может происходить потому, что Земля не является идеальной сферой. Вращение создаёт экваториальное вздутие, и планета стремится расположить свою внутреннюю массу так, чтобы её наибольший момент инерции оставался выровненным с осью вращения.
Конвекция мантии, погружающиеся тектонические плиты и другие процессы перераспределяют массу. Если это распределение становится достаточно неуравновешенным, твёрдая Земля может переориентироваться.
Обнаружение таких движений в глубоком прошлом затруднено, потому что обычная тектоника плит может создавать очень похожие сигналы.
Уровень моря даёт другую запись
Большинство реконструкций истинного полярного блуждания зависят от палеомагнетизма. Магнитные минералы могут сохранять направление древнего магнитного поля Земли, позволяя учёным оценить, где континент когда-то находился относительно полюсов.
Но интерпретация этих данных требует отделения переориентации всей Земли от обычного движения тектонических плит. Системы отсчёта по горячим точкам могут помочь, но сами горячие точки движутся, а надёжные треки становятся редкими глубже в геологической истории.
Домейер и его коллеги вместо этого обратились к уровню моря.
Когда начинается истинное полярное блуждание, твёрдая Земля движется относительно своего вращательного вздутия. Океаны могут реагировать почти немедленно, тогда как мантия и литосфера нуждаются в большем времени, чтобы изменить свою форму.
Это несоответствие создаёт характерную глобальную картину. Некоторые континентальные регионы испытывают повышение относительного уровня моря и затопление, тогда как регионы в других местах испытывают падение уровня моря и обнажение.
Ожидаемая картина имеет четыре широкие доли, причём два региона получают воду, а два теряют её.
Исследователи реконструировали 320 миллионов лет
Команда проанализировала глобальные карты, фиксирующие, какие континентальные области были затоплены или обнажены с интервалами в 10 миллионов лет.
Сравнивая одну карту с другой, они выявили места, где моря наступали на континенты, и места, где вода отступала.
Затем они использовали логистическую регрессию, чтобы проверить, соответствуют ли эти картины затопления геометрии, ожидаемой от истинного полярного блуждания. Важно, что метод ищет пространственную картину, а не полагается на абсолютную величину изменения уровня моря.
Эта методика не вычисляет напрямую, насколько быстро двигалась Земля. Однако, основываясь на более раннем физическом моделировании, картины, видимые при разрешении карт в 10 миллионов лет, как правило, требовали бы скоростей истинного полярного блуждания не менее примерно 0,6 градуса за миллион лет.
Поэтому исследователи классифицировали обнаруженные события как быстрые в геологических временных масштабах.
Два интервала дали особенно сильные свидетельства
Четыре интервала пересекли статистический порог исследования: 200–190 миллионов лет назад, 150–140 миллионов лет назад, 100–90 миллионов лет назад и 30–20 миллионов лет назад.
Не все четыре были одинаково убедительными.
Самый сильный сигнал появился между 150 и 140 миллионами лет назад, охватывая позднюю юру и ранний мел. Картина затопления показала поднимающиеся моря в частях Южной Америки, Антарктиды и восточной Азии, тогда как юго-запад Северной Америки, западная Европа и восточная Австралия испытали отступающие моря.
Исследователи реконструировали переориентацию по часовой стрелке вокруг оси около 58 градусов восточной долготы.
Этот интервал близко соответствует независимым исследованиям, которые предполагали крупный эпизод истинного полярного блуждания в юрском периоде на основе палеомагнитных измерений и реконструкций плит.
Второй сильный результат произошёл между 100 и 90 миллионами лет назад. Южная Америка, западная и южная Африка и восточная Азия испытали широкомасштабную регрессию, тогда как большая часть Северной Америки и Европы испытала трансгрессию.
Наилучшая модель указала на вращение в противоположном направлении вокруг оси около 53 градусов восточной долготы.
Другие эпизоды остаются менее определёнными
Сигнал ранней юры между 200 и 190 миллионами лет назад был статистически значимым, но лишь незначительно. Его соответствие наблюдаемой картине затопления было сравнительно плохим, что побудило исследователей отнестись к нему осторожно.
Возможное событие между 30 и 20 миллионами лет назад также было слабее двух крупных мезозойских примеров.
Для большей части кайнозоя анализ не нашёл свидетельств быстрого истинного полярного блуждания, обнаружимого при этом временном разрешении.
Исследование также не нашло значимого сигнала в позднем карбоне и перми, который поддерживал бы идею о том, что истинное полярное блуждание было в первую очередь ответственно за быстрое северное движение Пангеи.
Спор далёк от разрешения
Истинное полярное блуждание остаётся спорным, потому что разные методы реконструкции могут давать разные истории.
Исследование 2025 года в журнале AGU Advances, например, реконструировало крупное, но, как правило, медленное истинное полярное блуждание за последние 320 миллионов лет и не нашло свидетельств ранее предполагавшихся быстрых колебаний в меловом и позднеюрском периодах.
Другие палеомагнитные исследования сообщали о гораздо более быстрых движениях. Статья 2024 года в журнале Nature Communications реконструировала смещение примерно на 12 градусов к югу, за которым быстро последовало движение примерно на 10 градусов к северу вокруг перехода от юры к мелу.
Новый подход, основанный на уровне моря, важен потому, что он опирается на в значительной степени независимый геологический сигнал. Согласие между картинами затопления и некоторыми палеомагнитными реконструкциями делает самые сильные мезозойские эпизоды труднее списать на артефакты одной методики.
Если быстрое истинное полярное блуждание действительно происходило неоднократно, последствия вышли бы далеко за пределы географии. Континенты могли бы быстро перемещаться через климатические пояса, изменяя осадки, температуру, морские среды и среды обитания без необходимости эквивалентных изменений атмосферных парниковых газов.
Полюса Земли могут казаться стабильными сегодня, но геологическая летопись всё чаще позволяет предположить, что твёрдая планета под ними иногда была гораздо более беспокойной.
