Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Когда на Земле появилась жизнь, возник новый мощный механизм: биологически опосредованное формирование минералов. Организмы создают полезные минералы (например, зубы состоят из минерала апатита, который представляет собой фосфат кальция), однако не делают этого ни с того ни с сего. Самые первые известные биологически сформированные минералы встречаются в строматолитах (рисунок 10). При создании собственной структуры эти массовые колонии микроорганизмов улавливают уже существующие минеральные зерна, однако там также происходит осаждение нескольких минералов, что создает сложную мелкомасштабную слоистую структуру. Жизнь не только образует минералы непосредственно, но и влияет на их количество косвенно: как только фотосинтезирующие растения начали насыщать кислородом атмосферу и океаны, на поверхности Земли появилось множество новых минералов-оксидов. Увеличение числа минералов необратимо: мы уже никогда не сможем вернуться к тем шести десяткам (или около того), что существовали до образования планет.
Исследования в области минералогии имеют и практическую сторону (знаете ли вы, что при разработке наполнителей для кошачьих туалетов использовался минералогический опыт?), и «чисто исследовательские» аспекты, и это справедливо для большинства наук о Земле. Хотя многие ученые (и организации, которые поддерживают их изыскания) сосредоточены на практических вопросах, которые интересуют общество — вопросах первостепенной важности, для которых нужны знания специалистов по Земле, однако продолжает процветать и поиск знаний о нашей планете, ведомый исключительно любопытством. Значительная часть этой книги имеет дело именно с такими исследованиями — исследованиями, которые породили такие поистине революционные идеи, как тектоника плит или эволюция (я считаю, что Дарвин занимался наукой о Земле; эта тема его очаровывала, и окаменелости внесли свой вклад в его идеи). Но здесь я хотел бы обратиться к некоторым прикладным аспектам исследований, особенно тем, которые связаны с нынешними и будущими социальными проблемами.
В какой-то степени прикладной и чистый — термины хотя и полезные, но несколько произвольные, поскольку эти сферы часто переплетаются. Возьмите, к примеру, ядерное оружие — тему, которую вы, вероятно, не связываете с геонауками (за исключением того, что для поиска и добычи урана требуются геологи и инженеры, знающие геологию). Однако ключевая часть ядерных программ — испытания. Поскольку большинство стран хотят уменьшить, а в конечном итоге и устранить угрозу ядерного оружия, и в то же время часто с подозрением относятся к намерениям других стран, то на первый план выступает обнаружение и определение характеристик секретных ядерных испытаний. В значительной степени эта задача выпала на долю ученых, занимающихся геонауками: особенно активное участие принимали сейсмологи, но присоединились также геохимики, океанологи и специалисты по атмосфере.
Во время холодной войны начались международные переговоры о запрете испытаний ядерного оружия, и почти с самого начала в них участвовали ученые. Оба основных действующих лица этих переговоров, США и СССР, не хотели, чтобы по их территории перемещались группы специалистов, инспектирующих засекреченные объекты. При этом советские ученые утверждали, что могут легко идентифицировать ядерные взрывы даже на больших расстояниях, в то время как их американские коллеги настаивали, что существующих возможностей сейсмологии недостаточно для обнаружения даже довольно мощных взрывов — если только не размещать сейсмографы рядом с полигонами. Такие противоречивые заявления вызвали подозрения обеих сторон, что тут дело уже не в науке, а в политике. В результате в Соединенных Штатах появилась масштабная государственная программа, направленная на улучшение сейсмического обнаружения ядерных взрывов. Эта работа, начатая в 1960-е годы, во многих отношениях оказалась очень успешной. Поскольку сейсмологам предоставили свободу исследований, то эта программа не только усовершенствовала способы обнаружения ядерных испытаний, но и сыграла большую роль в развитии теории тектоники плит и улучшении понимания землетрясений и внутреннего строения Земли. Интересно, что первоначальное расхождение между советскими и американскими возможностями обнаружения оказалось не фикцией — обе стороны предоставили истинные данные. Несоответствие было вызвано тем, что сейсмические волны распространялись по-разному из-за разных геологических условий на советских и американских полигонах.
Хотя в основе методов обнаружения лежит сейсмология, используются и другие методы, основанные на геонауках. Гидрофоны, барографы, приборы для регистрации волн давления в океане и атмосфере могут улавливать сигналы от далеких взрывов — вне зависимости от того, исходят они от подводных вулканов, влетевших в атмосферу метеоритов или испытаний ядерного оружия. Кроме того, поскольку ядерные взрывы выделяют в окружающую среду характерные радиоактивные изотопы (это происходит, даже если проводить испытания под землей), то обнаружение даже очень малых количеств таких изотопов будет недвусмысленно свидетельствовать о проведенном ядерном взрыве. Таким образом, средства, разработанные геонауками для совершенно других целей, оказываются крайне важны для продвижения Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, принятом Организацией Объединенных Наций в 1996 году. После его полного претворения в жизнь все ядерные испытания будут запрещены, а с помощью тех же самых геонаук (и координирования наблюдений через одно из подразделений ООН в Вене) можно будет гарантировать соблюдение этого запрета. Президент США Барак Обама пообещал двигаться к миру без ядерного оружия. Во многом благодаря сообществу ученых сейчас существует возможность проверить, когда такая цель будет достигнута.
Надеюсь, в один прекрасный день мы сможем вычеркнуть ядерное оружие из списка угроз будущему человечества. Однако даже если не обращать внимания на ранее обсуждавшиеся риски, которые могут потенциально уничтожить цивилизацию, например, супервулканы и удары крупных астероидов, поскольку вероятность таких событий в ближайшем будущем крайне мала, — существуют и другие проблемы. Далее я хочу затронуть некоторые такие проблемы, включенные в список, приведенный в начале этой главы.
Начнем с энергетики и минеральных ресурсов. В целом недра Земли дают нам полезные ископаемые и топливо и тем самым обеспечивают основную часть вещей, необходимых для функционирования современного общества. Количество этих ресурсов ограничено — фраза совершенно шаблонная, но от этого она не перестает быть истинной. В СМИ много обсуждают ситуацию с нефтью и газом, и, несмотря на то, что пик добычи нефти (момент, когда добыча достигнет максимума, а затем начнется необратимое снижение) продолжает отодвигаться в будущее из-за открытия новых месторождений и разработки новых технологий добычи, рано или поздно он все равно наступит. Есть разумные шансы, что к тому времени появятся возобновляемые источники энергии для удовлетворения потребностей общества. Но еще есть и менее широко обсуждаемая проблема: исчерпание минеральных ресурсов.
Все минералы, которые мы используем, берутся из земной коры — единственной легкодоступной для нас части планеты (в основном это континентальная кора). Однако 99 % массы коры приходится всего на 8 элементов из 92. В эту восьмерку входят алюминий и
