Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей - Нил Шубин

Вайн и Мэтьюз не измеряли возраст дна напрямую; их метод был совсем новым и требовал доработки, лишь после этого можно было рассчитывать на широкое признание теории Гесса. Подтверждение пришло только через несколько лет — как результат совместных исследований, проведенных учеными из Колумбийского университета, Стэнфорда и Института Скриппса в Калифорнии. Масса новых данных, новые теории и старые идеи Вегенера позволили журналу «Тайм» в 1970 году напечатать статью с красноречивым заголовком: «Геопоэзия становится геофактом».

Для профессоров Гесса и Хейзена этот переворот в мышлении означал славу и академические почести. Но старая вражда не угасла. Из-за ссор с Эвингом, главным образом вокруг идеи континентального дрейфа, Хейзен и Тарп стали в Колумбийском университете персонами нон грата. Хейзен являлся профессором, и его нельзя было уволить, но это не остановило Эвинга: он отстранил Хейзена от заведования кафедрой, срезал замок на двери его кабинета, выбросил вещи в коридор и отдал кабинет другому. Не поздоровилось и Тарп. У нее не было своего кабинета, так что научную карьеру она закончила, работая у себя дома в Нью-Йорке. О своем отношении к людям и к науке того времени Мэри Тарп высказалась спустя двадцать лет после смерти Хейзена, выступая в Колумбийском университете: «Всю свою жизнь в науке я проработала на заднем плане, но совершенно об этом не жалею. Мне повезло, что я нашла такое интересное дело. Обнаружить в океане рифтовую долину и горный хребет, который тянется по всему миру на шестьдесят тысяч километров, — это ведь важно. Такое случается лишь однажды. Ничего более крупного невозможно найти, по крайней мере на этой планете».

И треснул мир

Если идея Вегенера о континентальном дрейфе касается постепенного перемещения, а геопоэзия Гесса вскрывает тонкие взаимосвязи между отдельными частями Земли, то соединение этих двух идей — тектоника — заключает в себе идею, которая переворачивает основы нашего мировоззрения. В 60-х годах XX века произошли революции в музыке и в политике, но, вероятно, самым заметным изменением было зарождение нового восприятия нашей собственной планеты. Непонятные прежде камни и окаменелости приобрели важный смысл. Ученые с воодушевлением пересматривали устоявшиеся догмы, и одним из первых в этом революционном процессе был канадский геолог Джон Тузо Уилсон. Физик по образованию, он отличался такими личными качествами, которые сильно помогали ему в работе. Позднее он так сформулировал свое кредо: «Я получаю и всегда получал удовольствие, нарушая покой ученых».

В конце XIX века палеонтологам было известно, что в Северной Америке и в Европе существуют характерные горные хребты, пролегающие с севера на юг. В США это Аппалачи, протянувшиеся от штата Мэн до штата Северная Каролина, а в Европе и Африке — каледониды от Шотландии до Марокко. В одном месте на севере Шотландии были обнаружены окаменелости, характерные для Аппалачей, а в некоторых местах в Аппалачах — окаменелости европейского типа. Как живые существа попали из одного места в другое? Можно предположить, что они преодолели это расстояние вплавь, однако большинство этих ископаемых существ жило, прикрепившись к камням на дне, и не могло передвигаться так далеко.

По мнению Уилсона, вооруженного новой теорией, события развивались так, как в игре ребенка с бутербродами с маслом и джемом. Что произойдет, если бутерброд с маслом и бутерброд с джемом сначала сложить, а потом разъединить? Когда бутерброды соединяются, джем и масло слипаются, а когда расходятся, то на масле остаются кусочки джема, а на джеме — кусочки масла.

С точки зрения Уилсона, с Европой, Северной Америкой и Атлантическим океаном произошло примерно то же. Сначала, сотни миллионов лет назад, континенты были разделены океаном. Затем океан закрылся, континенты столкнулись, и образовалась горная гряда. Когда континенты разъединились вновь, эта горная гряда распалась на две части, которые сегодня представляют собой Аппалачи и каледониды. А американские окаменелости в Европе? Это просто фрагменты старого континента, оставшиеся здесь с тех пор, как открылся Атлантический океан.

Джон Т. Уилсон, запечатленный в тот редкий момент, когда он не нарушает покой ученых.

Уилсон, как и многие его последователи, считает, что устройство земного шара, которое мы изучаем на уроках географии, сродни моментальному фотоснимку: в прошлом было великое множество других вариантов, и столько же образуется в будущем. Земная кора состоит из нескольких плит, каждая из которых несет океан, континент — или и то, и другое. Эти плиты перемещаются относительно друг друга по мере того, как конвекция под корой вызывает расширение океанического дна посередине хребтов, обнаруженных Тарп, и его разрушение в глубоководных желобах.

В 1984 году, спустя более полувека после гибели Вегенера, НАСА осуществила первое прямое измерение континентального дрейфа. По всему миру были установлены около двадцати станций, направляющих лазерный луч к спутнику, снабженному отражателями. Расположенный рядом с лазером телескоп собирал отраженный спутником свет. Измеряя время, необходимое лазерному лучу для прохождения от каждой станции к спутнику и обратно, удалось определить расстояние до спутника. Если плиты движутся, расстояние до спутника со временем должно меняться. Так сотрудники НАСА показали, что Северная Америка и Европа удаляются друг от друга со скоростью полтора сантиметра в год. А Австралия приближается к Гавайям со скоростью семь сантиметров в год. Земные плиты движутся приблизительно с такой же скоростью, с какой на нашей голове растут волосы.

За срок жизни человека плиты смещаются незначительно, но в геологическом масштабе это может приводить к чрезвычайным последствиям. В этом танце тектонических плит можно выделить несколько основных элементов. Плиты могут смещаться одна относительно другой. Если они трутся друг о друга, то происходят землетрясения, как в разломе Сан-Андреас в Калифорнии. Некоторые плиты врезаются друг в друга. Если это происходит с континентами, то в результате столкновений образуются новые горные хребты. Тибетское нагорье возникло около сорока миллионов лет назад, когда Индия начала врезаться в Азию. Но плиты могут и расходиться. Если по какой-либо причине конвекционные потоки поднимаются под океаническим дном, возникают рифты и хребты, подобные тем, что обнаружили Хейзен и Тарп. Если такое движение происходит под сушей, то суша может расколоться.

Соединяем по точкам горы и разломы в Северной Америке и в Африке. Заштрихованные области соответствуют породам с одинаковыми характеристиками.

Движение тектонических плит объясняет очень многое. Фариш и его группа попали в Гренландию, как мы видели в главе 1, из-за сходства местных горных пород с породами Коннектикута и Канады. Многочисленные трещины, озерные отложения и песчаники указывают на то, что двести миллионов лет назад в восточной части Северной Америки произошло важное событие: образовался рифтовый разлом. Сходными характеристиками обладают горные породы на противоположной стороне Атлантического океана, в Марокко и в Европе. Характер горных пород и окаменелостей позволяет соединить эти точки: когда-то восточная часть Северной Америки, Гренландия и Марокко составляли единый континент, который раскололся на части в процессе открытия Атлантического океана двести миллионов лет назад.

Карты и рифты, однако, позволяют найти гораздо более глубокие связи, нежели связи между точками на глобусе.

Внутренняя карта

В 1967 году техасская судостроительная компания «Левингстон» начала строительство судна «Гломар Челленджер», которое выглядело, как любое другое судно, за исключением того, что в центре его возвышалась буровая установка высотой около двадцати метров. В следующие пятнадцать лет «Гломар Челленджер» бороздил моря и бурил дно. За время его эксплуатации было сделано более шестисот скважин. Буровая установка позволяла поднимать керны породы с глубины до шестисот метров под поверхностью дна. Каждый керн поднимали на поверхность в виде пятидесяти или более десятиметровых сегментов камня и морских осадков, по виду напоминавших серо-коричневый флагшток. Всего было поднято почти двадцать тысяч кернов. Настоящее сокровище для ученых: по этим образцам можно узнать возраст, историю и состав морского дна. Сегодня эти образцы все еще лежат в хранилищах по всему миру, и ученые продолжают их изучать, хотя сам «Гломар Челленджер» давно пошел на слом.

Внутри этих образцов — слои минералов, состоящие из различных атомов, которые позволяют изучить состав атмосферы, температуру и многие геологические процессы на планете за последние двести миллионов лет. Особенно важны для нас те атомы, которые могут рассказать о содержании кислорода в атмосфере. Главное то, что концентрацию кислорода в атмосфере можно приблизительно оценить по содержанию различных форм углерода. На нашей планете углерод и кислород существуют в равновесии: углерод, выбрасываемый вулканами и поглощаемый живыми организмами и минералами, взаимодействует с кислородом и влияет на его уровень в воде и в воздухе. Измеряя содержание разных форм углерода в каждом слое осадка в керне, можно определить содержание кислорода на планете в некоторую эпоху.