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
Человеческое воображение в высшей степени взбудоражено тем, что наша планета живет бурной жизнью и целые континенты на ней могут по нескольку раз менять свой вид — пусть даже на это уходит порядка миллиарда лет. История сложных форм жизни на Земле насчитывает всего около 600 млн. лет. Однако задолго до этого на планете происходило формирование и преобразование ее внешнего вида. Именно в наше время образовались изящные геологические формы типа Гибралтарского пролива и белых скал Дувра. Всего 30 000 лет назад Берингов пролив между Россией и Аляской не был покрыт водой, а представлял собой сушу — именно по ней в Америку впервые перешли эскимосы (или алеуты) и американские индейцы (согласно историческим записям, это коренное население Америки, но на самом деле они пришли с другого континента).
На этом эпическом фоне весьма примечателен тот факт, что мы все же представляем себе, как происходят землетрясения. Научимся ли мы точно определять, когда именно землетрясения разрушат наши города или когда в результате извержения вулканов возникнут новые горные хребты, сметая города, лежащие у их подножий? Если принять во внимание всю историю пашей живой планеты, то попытка решить эти проблемы иногда может показаться высокомерной. Возможно, об этом знают кошки Сан-Франциско?..
Литература для дальнейшего чтения1. Lamb, Simon, and David Sington. Earth Story. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1998. В этой книге, основанной на многосерийном телевизионном фильме Би-Би-Си, всесторонне рассматривается «Формирование облика нашего мира», как указано в подзаголовке. Богато иллюстрированная цветными рисунками и написанная ясным языком книга рассчитана на широкого читателя, но содержит множество подробностей.
2. Zebrowski, Ernest J., and Ernest Zebrowski Jr. Perils of a Restless Planet: Perspectives on Natural Disasters. New York: Cambridge University Press, 1999. В этой серьезной, но в то же время занимательной книге, посвященной широкомасштабному рассмотрению природных катастроф всех видов, описываются попытки ученых понять природу подобных явлений и определить их последствия для человеческого общества.
3. Harris, Stephen L. Agents of Chaos: Earthquakes, Volcanoes, and Other Natural Disasters. Portland, OR: Mountain Press, 1990. В этой предназначенной для широкого читателя книге о природных катастрофах в США приведен прекрасный материал по землетрясениям и проблемам их предсказания.
4. Menard, H. William. Ocean of Truth — A Personal History of Global Tectonics. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1995. Менард был одним из основоположников теории тектоники плит, и исключительно интересно читать о его научно-исследовательских экспедициях в разных морях, начавшихся в 1950-е годы. Эта книга особенно интересна тем, кто интересуется подоплекой научных открытий.
5*. Раст X. Вулканы и вулканизм. — М.: Мир, 1982. В книге приводятся характеристика вулканических построек, типов и продуктов извержений, поствулканических явлений, прогноз извержений и защита от них.
6*. Резанов И. А. Эволюция представлений о земной коре. — М.: Наука, 2002. Описывается история взглядов на состав и происхождение земной коры — становление геологической, гравиметрической и сейсмической моделей.
7*. Тулиани Л. И. Сейсмичность и сейсмическая опасность. — М.: Научный мир, 1999. Книга посвящена анализу трех кардинальных проблем геодинамики и сейсмологии: расслоенности тектоносферы, строению литосферы сейсмоактивных горных областей, методике оценки сейсмической опасности.
Глава 5.
Чем вызваны оледенения?
Нашу эпоху можно назвать межледниковым периодом. Такими значительными по времени интервалами перемежались пики оледенений, часто встречавшиеся на протяжении последних 35 млн. лет. В так называемых зонах умеренного климата зимой выпадает снег, а весной он тает. В настоящее время обширные ледяные шапки покрывают оба полюса нашей планеты. Следовательно, с точки зрения климатической истории Земли современная эпоха ближе к холодной, чем к теплой. Например, в течение тех 250 млн. лет, когда жили динозавры, климат был гораздо более жарким, и вблизи Северного полюса росли деревья. Что касается более недавнего прошлого, то последний ледниковый период окончился всего около 12 000 лет назад. Примерно 20 000 лет назад на Земле было так тепло, что по территории Хартфордшира на юго-востоке Англии бродили гиппопотамы. Когда в XIX веке здесь нашли кости этих характерных для джунглей животных, ученые поняли, насколько в прошлом климат на Земле отличался от современного: там, где сейчас северные широты и довольно холодно, иногда он приближался к тропическому, а иногда было настолько холодно, что большую часть Северной Америки покрывал ледяной панцирь, южная кромка которого достигала Нью-Йорка и Иллинойса.
Но даже если отвлечься от вопроса о гиппопотамах в Хартфордшире, геологи в конце концов стали с удивлением замечать странную мешанину чужеродных пород, ископаемых остатков, необычных окаменелых устричных раковин на территории Англии, в Северной Европе и во многих районах Северной Америки. Откуда взялись все эти разнообразные материалы? Известный английский геолог Уильям Бакленд полагал, что они должны были отложиться в результате библейского потопа, но вскоре возникли более научные объяснения. Связь между ледниками и упомянутым беспорядочным нагромождением различных материалов, получившим название «ледниковых отложений» (или «морен»), первым установил Жан Луи Агассис. Этот швейцарский ученый начинал как зоолог, а впоследствии стал основоположником многих современных разделов геологии. В 1846 г. он эмигрировал в Америку, был профессором в Гарварде и оказал огромное влияние на целое поколение ученых. Исследуя в конце 1830-х годов один из ледников в Швейцарских Альпах, он заметил, что за последние годы этот ледник уменьшился, оставив после себя молодые отложения такого же типа, как и древние нагромождения обломочного материала, которые можно встретить по всей Европе. Из этого он заключил, что когда-то ледники должны были покрывать значительно большую территорию, чем Альпы и те северные районы, где они существовали в XIX веке. Позднее геологи стали копать глубже и обнаружили, что имеется множество слоев ледниковых отложений. Это означало, что ледники должны были несколько раз перемещаться по территориям Европы и Северной Америки, после чего надолго отступали, а затем вновь продвигались на юг. Возникло новое понимание прошлого нашей планеты — оказалось, что Земля неоднократно подвергалась оледенениям.
От самых древних ледниковых эпох остались лишь отрывочные свидетельства. Из-за непрерывного изменения облика земной поверхности все фактические следы были переработаны своего рода природной бетономешалкой. Но за последние полтора столетия, особенно начиная с 1920-х годов, удалось узнать достаточно много, чтобы составить общее представление о том, как наступал и двигался лед. Крупное оледенение началось в середине каменноугольного периода, т. е. порядка 325 млн. лет назад, и продолжалось в течение пермского периода, 260 млн. лет назад. За этой ледниковой эпохой последовал гораздо более теплый период — время процветания динозавров. В течение последних 35 млн. лет ледниковые периоды были частым явлением и происходили в среднем примерно раз в 100 000 лет, но помимо них случались и более коротковременные периоды наступания и отступания льда. Эта далеко не непрерывная временная шкала означает, что ученым еще многое предстоит объяснить, а это всегда открывает дорогу самым разным теориям и соответственно различным аргументам.
На этом рисунке, сделанном в XIX в., показана примитивная хижина, которой пользовались Жан Луи Агассис и его коллеги в 1830-е годы во время изучения ледников в Швейцарских Альпах. Агассис первым понял, что встречающийся по всей Европе обломочный материал, называемый ледниковыми отложениями, свидетельствует о том, что когда-то, в одну из ранних ледниковых эпох, обширные ледники покрывали большую часть материка, а также Британские острова. (Из книги Louis Agassiz: His Life and Correspondence, vol. 1, by Elizabeth Сагу Agassiz.)
Когда ученые из разных областей науки начали серьезно задумываться о происхождении оледенений, у них была одна очевидная отправная точка. На протяжении геологической истории нашей планеты средние температуры должны были существенно изменяться, и основная причина этих изменений должна быть связана с количеством солнечной энергии, достигавшей земной поверхности. Уже в XIX веке было известно, что путь Земли вокруг Солнца гораздо менее стабилен, чем нам может показаться, когда мы идем по улице. Однако только в 1920-х годах югославский математик Милютин Миланкович точно определил три типа факторов, характеризующих движение Земли в космическом пространстве. Во-первых, Земля обращается вокруг Солнца не по круговой, а по эллиптической орбите — больше похожей по форме на овальное яйцо, чем на круглый бейсбольный мяч. Кроме того, эксцентриситет даже этой эллиптической орбиты меняется с периодом 100 000 лет — на протяжении этого времени орбита Земли становится менее эллиптической и приближается к круговой, а затем вновь вытягивается. Во-вторых, ось вращения самой Земли отклонена от вертикали, и угол наклона земной оси изменяется с периодом 41000 лет от максимального значения 24,5° до минимального 21,5°. (В настоящее время величина этого угла находится почти точно посредине между этими крайними значениями.) В-третьих, Земля вращается вокруг своей оси подобно волчку, слегка при этом покачиваясь. Это покачивание называется «прецессией» и происходит с периодом 22 000 лет. Дополнительный небольшой «скачок» в скорости собственного вращения Земли возникает каждые 19 000 лет.
