10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА - Чарльз Флауэрс

Вопреки распространенному представлению о внешнем виде ученых, можно с уверенностью заявить, что науку создают не только бледные очкарики-аккуратисты, но и физически крепкие, веселые юноши или девушки, чей загар напоминает о путешествиях и приключениях. Именно к этому типу относился студент-геолог Алан Кокс из Беркли, который занялся малоизученной (но чрезвычайно важной и загадочной) проблемой намагниченности различных горных пород. Дело в том, что измерения на многих геологических образцах явно свидетельствовали, что либо горные породы спонтанно меняют свою намагниченность (что представляется по меньшей мере странным), либо Южный и Северный полюсы планеты время от времени меняются местами (не менее странное событие!). Кокс отправился в предгорья Сьерра-Невады (Калифорния) и занялся тщательным исследованием образцов базальтовых пород, образующихся при застывании вулканической лавы. Доэтого геологи были уверены в том, что намагниченность таких пород определяется направлением магнитного поля Земли в момент отвердевания жидкой лавы, т. е. любой кусочек минерала просто «запоминает» направление земного магнетизма в момент своего образования и, подобно застывшей стрелке компаса, всегда остается направленным строго на север. Поэтому их совершенно сбивал с толку тот факт, что магнитное поле базальтов в Исландии было направлено в противоположную сторону (позднее такие же «неправильно намагниченные» базальты были обнаружены во многих других местах, включая Европу, Северную Америку и Японию).

Кокс начал с систематизации и обобщения данных о самых разных по датировке и намагниченности базальтовых образцах, исходя из того, что в далеком прошлом происходили какие-то непонятные «опрокидывания» {flip-flop) магнитного поля Земли. Разумеется, сначала эта гипотеза вызвала лишь раздражение специалистов, но тщательное изучение образцов показало, что магнитное поле половины образцов калифорнийских базальтов действительно направлено на север, в то время как намагниченность второй половины направлена на юг. Примерно к 1961 г. Кокс и его друг, специалист по датировке возраста горных пород Брент Дальримпл установили, что за последние 4 миллиона лет произошло не менее девяти «опрокидываний» магнитного поля Земли, хотя им и не удалось предложить никаких удовлетворительных объяснений этим событиям. Строго говоря, механизм и периодичность этого эффекта остаются непонятными и в наши дни, и мы можем лишь утверждать на основе достаточно развитой методики датировки возраста горных пород, что магнитное поле планеты по непонятным причинам через нерегулярные промежутки времени (минимальный интервал составляет около 100 тысяч лет) меняет свой знак, т. е. Южный и Северный магнитные полюсы меняются местами. К счастью, в последний раз это событие произошло до появления человечества, так как трудно даже представить, какое головокружение и тошноту должны были бы испытать люди при столь немыслимом событии.

Еще до того, как Кокс и его команда окончательно установили странный эффект «перемагничивания» планеты, двое других энергичных исследователей пришли к тому же выводу на основе совершенно иных экспериментальных данных. Фреду Вину и Драммонду Метьюзу, проводившим магнитометрические измерения на научно-исследовательском судне в западной части Индийского океана, посчастливилось в 1961 г. обнаружить в морских глубинах новый геологический феномен, неизвестный их сухопутным коллегам. Оказалось, что параллельно главным подводным хребтам (в геопоэзии Хесса они называются центральными) располагаются перемежающиеся полосы пород белого и черного цвета (такие структуры, естественно, были тут же названы «зебрами») шириной около 1,6 км, с чередующейся направленностью намагниченности.

С учетом всех описанных выше факторов гипотеза Вегенера начала быстро приобретать недостающие ей черты серьезной научной теории. Потоки лавы, создающие подводные хребты, при застывании «запоминают» направление магнитного поля в момент отвердевания. Упомянутые выше полосы, двигающиеся по направлению к континентам, несут «запись» о более ранних состояниях магнитного поля, вследствие чего чередование намагниченности в них должно повторяться (хотя бы в основных чертах) по обе стороны от центральных хребтов. Предсказываемая теорией симметрия магнитных характеристик полос «зебры» действительно была обнаружена, а в 1965 г. почти одновременно двум независимым исследовательским группам (одну из них возглавлял Дальримпл, а вторую составили эксперты по строению морского дна) удалось точно определить дату последнего «опрокидывания» магнитных полюсов (около 900 000 лет тому назад). Кроме этого, появились и другие убедительные свидетельства неоднократного перемагничивания планеты, что сделало доводы Хесса почти неотразимыми и еще раз подтвердило правильность исходных построений Вегенера. Требуемый для основ теории источник энергии был обнаружен – расширение океанов еще со времен первичного континента Пангеи создавало давление, которое заставляло материки дробиться и дрейфовать в различных направлениях, в результате чего сейчас мы наталкиваемся на разрозненные осколки единого целого в виде тропических островов Кару или покрытого льдами Шпицбергена.

В настоящее время можно считать достаточно строго установленным, что континенты действительно медленно сдвигаются от активных центральных океанических хребтов (например, Атлантика расширяется со скоростью 1 сантиметр в год), и их движение хорошо описывается так называемой теорией тектоники плит, естественно объединившей теории Вегенера и Хесса. Толщина земной коры, по-видимому, составляет около 100 километров на суше, 75 километров на дне океана и 160 километров в основании материков, что уже позволяет представить какое-то «лоскутное одеяло» из постоянно расталкивающих друг друга гигантских массивов.

На границах столкновений континентальных плит происходят мощные геологические процессы (типа землетрясений, извержений вулканов и т. п.), создающие новые глобальные структуры, примером чего может служить гигантское Тибетское нагорье, возникшее из-за столкновений Индийской и Евразийской тектонических плит (именно это когда-то утверждал Вегенер). Наиболее сложные процессы происходят на границе скольжения двух плит, двигающихся в противоположных направлениях, где поверхность Земли содрогается под воздействием гигантских сил, вызывающих разрушительные подземные толчки и другие геологические катаклизмы. В Соединенных Штатах давно пользуется печальной известностью район Сан Адреас в Калифорнии, где огромная тихоокеанская плита неотвратимо смещается на север (со скоростью около 6 сантиметров в год.), безжалостно «вдавливая» южную часть Калифорнии в северную.

Полная картина движения континентальных плит пока не расшифрована, поскольку ученые стали прослеживать ее лишь в самое последнее время (несколько десятков лет нельзя даже сопоставлять с длительностью геологических эпох). Однако уже сейчас ясно, что необходимо учитывать траектории скольжения нескольких главных плит (от тринадцати до двадцати, в соответствии с разными вариантами теории) с диаметром около 2500 км и одной огромной тихоокеанской плиты, превосходящей по размерам все остальные в несколько раз. Достаточно легко можно предсказать драматические последствия столкновения этих континентальных плит (например, Индийская плита буквально «вбивается» в Центральную Азию, в то время как лежащая на этой же плите Австралия стремится оторваться от нее).

Как и многие другие открытия последнего столетия, теория дрейфа континентов еще раз доказывает человечеству, что оно остается заложником природы, а воспринимаемый нами мир вовсе не эволюционирует, а стремится, возможно, к какой-то своей собственной цели. Тихий океан, остров Мадагаскар и многие другие образования ожидает судьба давно исчезнувших Пангеи и Панталассы. В природе непрерывно меняется все – от формы созвездий до распределения типов ДНК у биологического вида Homo sapiens или размеров наблюдаемой Вселенной. В мире нет ничего незыблемого и постоянного, что можно было бы назвать твердой почвой под ногами (того, что римляне именовали terra firma), за исключением, возможно, короткого времени жизни каждого отдельного человека, способного воспринимать этот мир и быть благодарным судьбе за сам факт своего рождения и существования.

В 60-е годы прошлого столетия, когда описываемая теория дрейфа континентов стала стремительно развиваться и входить в моду, геологи начали также экспериментально исследовать структуру коры и ядра Земли, причем опять в судьбе великой гипотезы Вегенера сыграла свою роль война и связанные с ней обстоятельства (впрочем, в этой ситуации следует говорить не о войне, а об атмосфере ее ожидания). В годы «холодной войны» для контроля над выполнением договоров о запрещении ядерных испытаний была разработана весьма эффективная и сложная военная система сейсмического мониторинга всей планеты, что стало важным дополнением к уже существовавшей сети гражданских сейсмических станций. Подобно землетрясениям, ядерные взрывы порождают целый набор первичных и вторичных (так называемых афтершоков) низкочастотных волн, которые после взрыва долго продолжают пульсировать и затухать в недрах Земли. На основе данных о таких колебаниях сейсмологи научились легко определять координаты и мощность исходных толчков. Такие измерения одновременно позволили ученым составить довольно подробные карты строения земной коры и исследовать законы прохождения сейсмических волн в самых разных (по плотности и структуре) горных породах. На основе полученных новых данных ученые смогли, наконец, создать достаточно точную картину субдукции (взаимодействия плит при скольжении) на границах зон землетрясений. Измеряя ударные волны, порождаемые движением гигантских скальных массивов, погружающихся внутрь мантии при расширении морского дна, сейсмологи смогли восстановить достаточно достоверно механизм процессов. Мантия, состоящая из горячих и частично расплавленных горных пород, имеет глубину около 3000 километров и достигает ядра Земли (стоит напомнить, что максимальная глубина скважин, достигаемая при использовании новейшего оборудования, не превышает 13 км), причем температура при переходе от коры к ядру возрастает от 1100 °С до 3500 °С.