Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения
Тот факт, что в конце XX века сочли необходимым исследовать поведение кошачьих в связи с землетрясениями, свидетельствует о состоянии проблемы прогноза землетрясений: его практически не существует. Конечно, сейсмологи могут с уверенностью предсказать, что, скажем, катастрофическое землетрясение ожидается в районе Лос-Анджелеса в скором времени — но «в скором» может означать и «завтра», и «через 30 лет». По сравнению с предсказанием землетрясений прогноз погоды выглядит исключительно точным, несмотря на то что холодный фронт может так и не прийти или снег появится неизвестно откуда. И тем не менее мы сейчас уже знаем о землетрясениях гораздо больше, чем знали во времена землетрясения в Сан-Франциско 1906 г.
Например, только в 1912 г. возникла концепция дрейфа континентов — ее выдвинул немецкий метеоролог Альфред Вегенер, родившийся в 1880 г. Раньше полагали, что начиная с того времени, когда Земля приобрела свою постоянную форму, материки всегда оставались в тех местах, где они находятся сейчас. Вегенер заинтересовался новой тогда областью атмосферных исследований, метеорологией, и отправился с экспедицией в Гренландию. По-видимому, плавучий лед в окружающих Гренландию водах навел его на мысль о том, что континентальные массы тоже могли бы перемещаться по поверхности Земли. Он стал искать доказательства в поддержку этой гипотезы и обнаружил два вида связи между различными материками. Во-первых, существовали геологические связи: одни и те же осадочные породы одинакового возраста были обнаружены в местах, разделенных океаном. Во-вторых, на разных континентах сохранились сходные ископаемые остатки древних животных и растений, несмотря на то что в XX веке подобные сходства в мире редки, и каждый континент имеет характерную именно для него флору и фауну. Родиной томатов, кукурузы и картофеля является Новый Свет, а капуста, баклажаны и цуккини эндемичны для Европы, и подобную исключительность можно наблюдать у многих видов животных. Однако в очень отдаленном прошлом некоторые растения и животные существовали не на одном континенте. Ярким примером был семенной папортник Glossopteris, произраставший 270 млн. лет назад на территории современных Южной Америки, Африки, Австралии и Азии. Вегенеру было ясно, что, следовательно, когда-то существовал единый суперконтинент, и он подробно изложил свою теорию в книге «Происхождение континентов и океанов», изданной в 1915 г. Все материки на Земле в свое время составляли единый массив, названный им Пангеей.
Некоторые ученые вдохновились этой идеей и считали доводы Вегенера неопровержимыми. Эту относительно небольшую группу стали называть «мобилистами». Однако большинство геофизиков согласились со своим знаменитым коллегой сэром Гарольдом Джеффрисом, который посчитал концепцию в целом нелепой. Собственные наблюдения за землетрясениями убедили его в том, что недра Земли абсолютно твердые. Движущиеся континенты — ну и ну! К сожалению, мобилисты не смогли привести сколько-нибудь правдоподобный механизм, который позволял бы материкам перемещаться.
Концепция дрейфа континентов была впервые предложена в 1912 г. Альфредом Вегенером. В 1915 г. вышла его книга, где он выдвинул гипотезу о существовании в глубокой древности единого суперконтинента, названного им Пангеей. Поначалу отвергнутые большинством геологов, идеи Вегенера в конце концов были подтверждены как геологическими данными, так и открытием тектоники плит, обеспечившей механизм перемещения материков. На приведенных здесь картах показано изменение поверхности Земли на протяжении геологических эпох. (Из материалов Геологической службы США.)
Только через три десятилетия после смерти Вегенера, в 60-е годы. XX века такой механизм был открыт. Как отмечают в своей книге «Рассказ о Земле», вышедшей в 1998 г., Саймон Лэмб и Дэвид Сингтон [1], на это открытие понадобилось бы намного больше времени, не появись в 1950-х годах ядерные подводные лодки. После их постройки впервые возникла настоятельная необходимость иметь карты не только поверхности морей, но и океанического дна. ВМФ США обеспечил достаточное финансирование этого крупного проекта, в котором широко использовалась новая техника эхолотирования для регистрации колебаний, возникающих при взрывах под водой небольших зарядов. Предполагалось, что дно океана сглажено за миллионы лет морскими течениями и осадками и должно быть совершенно ровным. Но это оказалось абсолютно не так.
Наиболее поразительным, как пишут Лэмб и Сингтон, было открытие «опоясывающей нашу планету практически непрерывной подводной горной цепи». «По сути это самый длинный горный хребет на Земле». Помимо этого на дне имелись зоны разломов, как если бы оно было расколото на громадные плиты под прямыми углами к подводным хребтам. Отсюда следовали грандиозные выводы. Океаническое дно было явно не таким древним, как предполагалось, и подвергалось воздействию такой же вулканической и сейсмической деятельности, что и континенты. В 1960 г. Гарри Хесс из Принстонского университета начал сводить воедино эти новые открытия с давно интриговавшими его старыми результатами и создал новую теорию того, что происходило с земной поверхностью под океанами. Срединно-океанические хребты, очевидно, возвышались, но существовали также подводные «острова» с плоскими вершинами, которые он назвал «гайотами». Вероятно, они испытывали опускание, хотя их вершины когда-то могли выдаваться над поверхностью воды, где сглаживались и стали плоскими в результате эрозии. Это должно было означать, что горные породы на дне океанов плотнее, чем на суше, и поэтому они погружались в верхнюю мантию. Оболочка Земли, называемая мантией, располагается между поверхностной земной корой и находящимся в центре ядром, причем породы нижней мантии имеют большую плотность, чем породы верхней мантии. По мнению Хесса, глубоководные горы должны были возникнуть под действием какой-то внутренней силы, затем происходило плавное смещение их в сторону, после чего они вновь начинали опускаться. Он сравнивал этот процесс с лентой гигантского конвейера, непрерывно изменявшего поверхность океанического дна. Дно океанов не было ровным и неподвижным, а постоянно переделывало само себя.
Фред Вайн, учась в аспирантуре Кембриджского университета в Англии, прослушал знаменитую лекцию Хесса и развил его идеи. Вайну было поручено проанализировать результаты магнитной съемки, проведенной учеными Великобритании в Индийском океане. В этой области исследований недавно был сделан вывод о том, что магнитное поле Земли на протяжении истории нашей планеты несколько раз меняло свою полярность. В настоящее время стрелка компаса указывает на Северный полюс, но при инверсии магнитного поля она будет направлена на Южный полюс. Между мантией Земли и ее твердым внутренним ядром располагается внешнее ядро. Сэр Эдвард Буллард предположил, что оно состоит из жидкого (расплавленного) железа и что потоки в этом расплавленном слое создают эффект, благодаря которому поле действительно может со временем менять свою полярность. Доказательство этих представлений было получено с помощью нового метода определения возраста горных пород, основанного на анализе радиоактивного аргона, который был захвачен вулканической лавой в процессе ее охлаждения и превращения в породу. Сложные эксперименты, выполненные в Калифорнийском университете в Беркли, показали, что магнитное поле Земли действительно претерпевало инверсии приблизительно раз в миллион лет.
В 1963 г. Вайн вместе со своим руководителем Драммондом Мэтьюзом пришел к выводу, что на океаническом дне должен существовать двойной конвейер — по одной ленте с каждой стороны срединно-океанических хребтов. Ленты этих конвейеров скользят в перпендикулярном к хребтам направлении, унося от них очередную порцию излившейся лавы и создавая эффект полосчатости магнитных свойств всяких раз, когда геомагнитное поле изменяет свою полярность. Дальнейшие работы таких ученых, как Дж. Тузо Вильсон и Алан Кокс, подтвердили правильность идей Хесса и Вайна, указав, что смежные участки морского дна непрерывно смещаются относительно друг друга, скользя вдоль разломов. Более того, оказалось, что возраст пород, слагающих дно океанов, нигде не превышает 200 млн. лет, т. е. они почти в 10 раз моложе континентальных массивов.
Эти перемещения пород океанического дна заставили многих ученых вспомнить идеи Альфреда Вегенера о едином континенте Пангея, которые долгое время игнорировались. Если под водой происходит столь значительное перемещение, не могут ли и целые континенты двигаться, пусть даже гораздо медленнее? Многие геологи и геофизики стали собирать все больше и больше доказательств того, что происходило в действительности. В марте 1964 г. вблизи Анкориджа на Аляске в районе полномочий геолога Джорджа Плафкера из Геологической службы США произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой 8,6 по шкале Рихтера. Изучив его последствия, геолог убедился в том, что, поскольку на суше в области землетрясения не наблюдается линии разлома достаточной длины, она должна находиться где-то в море у побережья. За несколько последующих лет Плафкер и другие геологи сумели показать, что на определенных участках земного шара океаническая кора погружается в недра Земли, и, перемещаясь, она в какой-то момент уже будет скользить под материковой корой, выталкивая ее вверх и вызывая землетрясение.
