Землетрясения и вулканы

К миру наклонно тонущих плоскостей трудно привыкнуть. Это странный мир нынешних наук о Земле. И только сейчас ученые решаются робко ступить в это наклонное пространство, пространство, которое набекрень.

В самом конце 1974 года к нам в Гарм прислали только что выпущенный сборник статей наших коллег — камчатских сейсмологов. И мы не без удовлетворения заметили, что не одиноки в попытках освоить это пространство. П. И. Токарев раскладывает его на планшете, делит специально придуманными "параллелями и меридианами". И наносит на этот планшет точки — землетрясения. Их много, очень много, и Токарев упрощает картину, наносит на план в изолиниях сейсмическую активность. Активность падает с глубиной, но падает неравномерно и примерно так. До глубины 80-120 километров — быстрое падение. Потом сейсмическая активность, примерно постоянна до глубины 160 километров. Потом снова резкое падение. На этом падении очень своеобразно повела себя изолиния 0,17 (в условных единицах активности). Эта изолиния вытянулась почти прямо вдоль всей карты наклонной плиты. И самое удивительное: именно на эту линию спустились вертикали, проведенные исследователем от каждого камчатского вулкана вниз через мантию, к наклонной плоскости тонущей плиты.

...Ученые давно и много спорят о том, как связаны между собой вулканическая и сейсмическая стихия Земли. С одной стороны, если нанести вулканы мира на карту, они всегда окажутся там, где землетрясений много. Значит, связь есть. С другой — вулканы будто избегают районов самых сокрушительных землетрясений, а сильные землетрясения как в пространстве, так и во времени будто стремятся "обойти" вулканы и вулканические извержения.

И вот работа Токарева, его выход в непривычное пространство набекрень пролили новый свет на этот парадокс. Да, вулканы связаны с тектоникой и землетрясениями. Вокруг Тихого океана они всегда располагаются на определенном расстоянии от глубоководного желоба, отмечающего поворот литосферы вниз (на Камчатке--на расстоянии 125 километров). Дуга вулканов параллельна дуге желоба. И как выясняется, самые мелкие детали извивов этой дуги привязаны к сейсмической активности в недрах тонущей плиты. В одном месте на планшете наклонной фокальной поверхности есть резкое местное аномальное падение активности, и именно в этом месте несколько вулканов как бы отрываются от дуги и отступают назад, располагаясь уже не узкой ниточкой, а этаким "мысом".

Итак, связь есть, но связь обратная: вулканы располагаются над тем местом, где сейсмическая активность резко падает. Что-то такое происходит в наклонной плите, что большую часть выделяемой в пути энергии она на глубине 160 километров перераспределяет из сейсмической формы в вулканическую.

Детали этого процесса еще не ясны. Как эта энергия передается вверх, к вулкану, тоже еще не известно. Сам вулканический очаг, нащупываемый сейсмологами по затуханию в нем поперечных сейсмических волн, располагается гораздо выше, уже в коре. Под ним на глубине 30-100 километров расположен гораздо более обширный магматический очаг (его, кажется, нащупали С, А. Федотов и О. В. Потапова с помощью сейсмических методов). Видимо, и это не самый нижний этаж сложного аппарата вулкана, ибо еще ниже на той же вертикали находятся найденные Токаревым области утечки сейсмической энергии из тонущей плиты.

Пока не ясно, что за энергия перекачивается из сейсмической формы в вулканическую. Может быть, именно на глубине 160 километров тонущая плита попадает в такие условия все возрастающего давления и температуры, что самые верхние слои тонущей твердой литосферы начинают плавиться, течь, с одной стороны, смягчая жесткость плиты (и оттого на этой глубине меньше землетрясений), с другой — поставляя расплав, магму для огненной фабрики вулканизма...

 

Металлы и мобилизм

Геологи, занятые поисками полезных ископаемых, традиционно отмежевывались от страстей, вот уже полвека потрясающих тектоническую науку. Было в этом, возможно, нечто рациональное: от геологов-практиков требовали разведанных запасов, а не блестящих теоретических построений. Запасы же разведывались неплохо и по региональным закономерностям, и по аналогии (без выяснения истинного смысла аналогии).

Примерно так до сих пор иногда поступают синоптики, от которых требуется перспективный прогноз. Они выискивают среди прошлых лет такой год, в котором последовательность погод больше всего походила на погоду нынешнего года. Это сходство экстраполируется и на будущие месяцы, при этом истинный смысл той, а не другой последовательности не выявляется, не анализируется.

Но как и в метеорологии, такому прогнозу без теории приходит конец и в геологии. Теории нет еще и сейчас. Это не значит, что ее и не будет. Ростки нового пробиваются наружу медленно. Но принципиальный ответ на некоторые основные вопросы в повестке дня.

Например, такой вопрос: что нас ждет на дне океана? Новые Клондайки или... ничего? Здесь необходимы пояснения. Океан сулит, конечно, немало богатств. В его воде растворены все нужные человеку вещества, только научись добывать их. Кое-какие из этих веществ осаждаются на дне океана в виде железомарганцевых конкреций. Добыча этих конкреций сулит многие выгоды экономике. Но речь все-таки о другом. Есть ли в океанической коре огромных абиссальных равнин океанов крупные эндогенные (глубинного происхождения) месторождения руд металлов? А других веществ? И здесь при ответе на этот вопрос, при ответе, который сам по себе является важнейшим для нас перспективным прогнозом, все зависит от того, на какой точке зрения стоит геолог-"полезник", мобилист он или фиксист. Фиксист, по идее, должен дать весьма положительный ответ: ведь для него кора океанов та же материковая кора, ну, может быть, слегка переработанная, и почему бы в ней не быть таким же месторождениям полезных ископаемых, как и на суше? Но удивительное дело: даже те геологи, которые на словах все еще фиксисты, сейчас уже не будут так уверенно прогнозировать. Слишком уж убедительны последние данные морской геофизики о молодости океанического дна, о простоте и незамысловатости строения океанической коры, простоте, не оставляющей места для такой вершины геологического развития, как богатое месторождение полезных ископаемых.

Да, похоже, что при ответе на главный вопрос новая геология должна разочаровать нас: все богатейшие месторождения мира сосредоточены на суше, а также в шельфовых и окраинных морях. Дерзкая вылазка человека на просторы подлинно океанских глубин (шельф геологически — это тот же материк) очень мало прибавит к тому, что мы имеем. Значит, еще более бережливыми и рачительными должны мы стать уже сейчас...

Значит ли это, что новая глобальная тектоника только отнимает у нас надежды, ничего практически не давая взамен? Нет! Похоже, что, ограничив область нашей экспансии, она зато дает гораздо более точные указания, где искать на оставшихся пространствах, на суше и шельфе.

Уже давно геологи заметили, что месторождения руд металлов по берегам Великого океана расположены узкими полосами параллельно берегам, причем эти полосы расположены как бы рядами, "кольцами", и в каждом следующем кольце встречаются другие руды металлов. В целом для обрамления Тихого океана от берега в глубь континента характерна такая последовательность руд: ближе всего к океану — железо, ртуть, медь (иногда с золотом и молибденом), дальше — свинец, — цинк, серебро и, наконец, олово, опять-таки с молибденом.

Представим себе транспортер, движущийся издалека и долго, на ленте которого насыпана тонким слоем металлическая пыль. Там, где транспортеру надо заворачивать вниз, в недра механизма, приводящего его в движение, стоит щетка, снимающая пыль (чтобы она не попала в движущиеся шестерни). Ясно, что, чем дольше движется транспортер, тем богаче будет "месторождение" металлической пыли, скопившейся у щетки, даже если на самом транспортере этой пыли будет совсем мало.

Примерно так действуют зоны пододвигания транспортеров — океанических плит под окраины Тихого океана. Как бы мало ни несло на себе океаническое дно конкреций с высоким содержанием металла, после того как оно завернуло в глубину и стало медленно наклонно погружаться под материк, на определенной глубине те или иные вещества будут или расплавлены, или растворены окружающей мантией. Ну, а поскольку над зонами погружения плит всегда есть восходящие потоки, выносящие частично погрузившиеся вещества к очагам вулканов, то в некоторые из этих потоков вовлекаются и руды, соскребаемые с ленты океанического дна.

Американский геолог Р. Силлитое заметил, что в Северной и Южной Америке последовательность месторождений руд металлов от берега в глубь континента связана очень простой зависимостью с тем, на какой глубине в данном поясе тянется пододвинутая под континент плита. Каждая следующая группа металлов "снимается" с более глубокого участка конвейера, вот и все. Впрочем, не все, и там есть свои сложности. Геолог заметил: в некоторые эпохи с "конвейера" поступало много руд, в другие — меньше, и это, очевидно, связано с тем, сколько полезных веществ выпало (с помощью бактерий или самостоятельно) на движущееся дно океана.

Так или иначе, но геологи уже пробуют направлять поиск новых месторождений, руководствуясь новым прогностическим признаком. Силлитое проследил очень похожие последовательности месторождений везде, где происходит или происходила субдукция — пододвигание океанического дна. Медно-порфировые руды очень схожего генезиса есть в Румынии, Ираке, Пакистане, в Кордильерах, на Тайване и на Новой Гвинее. Силлитое предсказал открытие таких же комплексов руд в Турции, на островах Фиджи и на Окинаве (прогноз подтвердился почти сразу). Дальше в прогнозе перечисляется еще целый ряд стран, где пока больших запасов не обнаружено, но они должны быть, — это острова Индонезии и Филиппин, Алеутские, Камчатка, Новые Гебриды, Бирма, Таиланд, Греция, Афганистан, Марокко, Алжир.

Это все ныне действующие или недавно действовавшие зоны пододвигания. Но Силлитое берется (может быть, и преждевременно) решать и обратную задачу. Кое-где (на Урале, в Казахстане, Узбекистане) есть те же последовательности месторождений полезных ископаемых очень древнего происхождения. И ученый смело предполагает, что и там когда-то давно действовал тот же механизм пододвигания плит, причем можно прикинуть, в какую сторону это пододвигание шло и под каким углом...

Так гипотеза мобилизма, еще недавно бывшая просто красивой теоретической игрушкой, начинает свою будничную трудовую жизнь, пытаясь сделать свой вклад в проблему геолотического прогноза.

 

Релятивистская геомеханика

Как оценить, как осознать все значение происходящей на наших глазах революции в науках о твердой Земле? Переход от прежнего, торжественно фиксированного в целом пространства геологии ко всеобщему пространственно-временному бурлению не оставляет нетронутым ни одного раздела наук о Земле. Известный геолог Р. У. ван Бемеллен в 1965 году говорил о "релятивистском подходе к описанию и объяснению структурной эволюции". Это, конечно, метафора, ибо "релятивистский подход" в физике, откуда заимствован термин, — это неньютоновский, эйнштейновский подход к странности мира субсветовых скоростей, взаимного перехода вещества и энергии, искривленного пространства-времени.

Но это не случайная метафора, ибо новизна подхода, трещина, расколовшая геологию на "классическую" и "новую", не имеет других аналогов, кроме водораздела между доэйнштейновской и современной физикой.

Уже давно геологи заметили, что характер деятельности вулканов и состав извергаемых из них продуктов закономерно меняются от чисто базальтовых щелочных излияний центральноокеанических вулканов к андезитовым (менее щелочным) лаве и пеплам вулканов островных дуг и почти кислым, с высоким содержанием кремнезема выделениям уже на континентах. Логически все это очень стройно увязывалось с теорией разрастания континентов за счет причленения полуокеанических окраинных прогибов — геосинклиналей, которыми можно попросту считать окраинные моря, ограниченные островными дугами. Старая мудрая теория геосинклиналей! Она охлично показывала, как вокруг древних, еще архейских ядер континентов через стадии прогибания, накопления осадков и последующего воздымания в виде горных цепей этих окаменевших осадков, а затем выравнивания, "пенепленизации" бывших геосинклиналей нарастали, как годовые кольца на стволе дерева, все новые участки материковой, кислой (гранитной) коры. Континент издревле вел наступление на сушу, и в глубинах континентов геологи часто находят структуры, напоминающие очертаниями и излияниями древних вулканов нынешние островные дуги.

И (удивительна логика научного процесса) мобилизм, бывший как будто в состоянии войны с ортодоксальной геосинклинальной теорией, выйдя на новый уровень "плейттектоникс" — тектоники плит, неожиданно чудесным образом раскрыл объятия для "мудрости предков".

Геология обрела пространство. И сразу же появились признаки решения древних и важных вопросов вулканологии. Например, того же вопроса о закономерном изменении состава магм по мере отступления вулканов от океана, а заодно и вопроса о глубине питающих вулканы каналов. Да и сама геосинклинальная теория, которая хорошо показывала, похоже, только теперь начинает объяснять, становясь в ясные причинно-следственные взаимоотношения с премудростью многих других теорий, гипотез и просто фактов, которые существовали прежде как-то сами по себе.

Ну а землетрясения, какое место они занимают в этих событиях? Связаны ли они с технологией Подземного химического завода? Да, связаны. Какое-то место и им отведено на всех ступенях этого сложного процесса. Японский ученый А. Сугимура построил два ряда цифр. В одном были значения некоего коэффициента, выражающего "толеитовость" вулканических продуктов — величину, прямо пропорциональную "алюмосиликатности", то есть океаничности, и обратную "калийности", то есть континентальности вулканизма. И в ряд с этими цифрами, возраставшими по мере перехода от континентальных сейсмовулканических зон к океаническим, встала точно так же возраставшая сейсмическая активность в недрах соответствующей зоны. Вот эти зоны, в порядке возрастания сейсмичности (и толеитового коэффициента, который для краткости не привожу): 1) Алеутские острова и Аляска (0,05); 2) остров Тайвань и Западная Япония (0,05); 3) Индонезия (0,06); 4) Центральная Америка (0,09); 5) Марианские острова и Восточная Япония (0,09); 6) Курильские острова, полуостров Камчатка (0,17); 7) Тонга (0,19).

Конечно, в этой связи многое неясно, но она есть, связь землетрясений с химией вулканизма (так же как есть связь вулканизма с энергией землетрясений на развернутом пространстве тонущей плиты). Чем меньше теряется в подземных лабиринтах тяжелых, основных компонентов вулканического процесса, тем меньше потери и сейсмической энергии... И разве не интересно попытаться понять корни этой связи?

Американский геолог Г. Бич на одном из симпозиумов, подводивших итоги грандиозной программы работ по проекту "Верхняя мантия и ее влияние на развитие земной коры", тех симпозиумов, где уже выковывались основы тектоники плит, родившейся на свет двумя годами позже, как-то сравнил себя и своих коллег с тремя слепцами, встретившими по дороге неведомое: слона. Один из них пощупал хобот и описал слона как что-то черве- или змееобразное. Другой дотронулся до ушей и дал свою интерпретацию феномена: лопух. Третьему попалась нога животного, и он уподобил его столбу.

Долгие годы геологи, геохимики, географы, астрономы, геофизики вслепую с разных сторон шли к пониманию того целого, имя чему — пространство Земли с ее непростым, но и не заумно усложненным главным механизмом действия. Пусть плитотектоника не окончательное и не совсем свободное от противоречий описание явления. Но впервые за долгие годы появился каркас, на который, пусть не всегда с первой попытки, оказалось возможным нанизать весь накопленный мучительно, часто без всякой надежды на понимание природы явления, материал. Впервые действительно стала реальной мечта инициатора проекта "Верхней мантии" советского геолога В. В. Белоусова о создании геономии — общей, единой и неделимой науки о Земле с настоящей капитальной теорией в сердцевине.

Пусть итог всех стараний был несколько неожидан для инициатора (Белоусов — по сей день виднейший фиксист, почти ни пяди не уступивший мобилизму). Так бывает. И о пользе умного консерватизма я уже говорил...

 

Иерархия циркуляций

Впрочем, контуры будущей единой теории сейсмовулканизма ещё только намечаются. Не нужно думать, что пора сдать в архив гипотезы мелких коровых очагов вулканов. Они есть, эти очаги, они нащупаны геофизическими методами. Просто они самые последние, верхние из длинного ряда цехов подземного химического завода. Эти коровые очаги, заполненные "готовой к употреблению", но почему-то так и не использованной застывшей навеки вулканической массой, геологи часто находят обнажившимися, срезанными на поверхности Земли. Следы былого величия давно погасших вулканических зон. В 1960 году в Забайкалье в геологическом маршруте я случайно наткнулся на не отмеченный на геологических картах базальтовый вулкан. По тому, что было когда-то лавовым потоком, я вошел через раздвинутые стены пролома в кратер, где цвело несколько оранжевых саранок, выгодно выделенных черным фоном базальтовой щебенки. Байкал и Забайкалье — зона сравнительно недавнего вулканизма. Эти то низкие и голые, то высокие, залесенные конусы — типичные, представители рифтовых вулканов, тех самых, что и сейчас трассируют огнями извержений зону Великих Африканских грабенов. Рифты — самые близкие родственники, предтечи океанов. "Каждый рифт хочет стать океаном", — сказал как-то геолог В. Е. Хаин в МГУ. Байкальский рифт не стал пока океаном. Но "священным морем" стал. Остановится ли он на этом? Что значат эти умолкнувшие вулканы? Отказ от попытки? Но тогда отчего здесь такая мощная, незаурядная для рифта сейсмичность? Да еще с растяжением в механизмах землетрясений, направленным поперек структуры, на ее разрыв? А может, опять-таки перерыв, передышка? И эпоха новой активизации рифта не за горами?

Да, с рифтами многое неясно... Почему, например, Байкальский рифт, в отличие, скажем, от Африканских, изолирован, похоже, не соединен с мировой системой рифтов? Может быть, он родоначальник совсем новой структуры растяжения на нашей планете? Или, наоборот, след совсем старой? То, что Байкал изолирован, легко проследить по механизмам землетрясений. С юга типичные для этой структуры землетрясения с горизонтальной осью сжатия почти внезапно обрываются близ Саян. В районе Тункинской котловины и гольцов, на небольшом по сути дела пятачке, сейсмолог видит дикую смесь из землетрясений противоположного знака. И все. Еще чуть южнее, в Монголии, славящейся своими катастрофическими землетрясениями, сбросовые механизмы, характерные для рифтов и грабенов, уже не встречаются.

Множество тайн связано со знаменитыми рифтами Грегори — Восточно-Африканскими корытообразными долинами. Почему в одних местах дно этих раздвинутых, как створки дверей в метро, щелей провалено на тысячи метров (цепь великих озер — Ньяса, Танганьика, Альберт, Рудольф трассирует эти провалы) — и совсем рядом из дна рифтов, как столбы, легко и непринужденно взмывают вверх огромные глыбы древних пород — возможных свидетелей зарождения жизни на Земле? Какая сила вынесла плато Рувензори на высоту 5109 метров? Снежные горы — редкость в Африке, а Рувензори, третья, после вулканов Килиманджаро и Кения вершина в Африке, удивительна еще и тем, что она не вулкан и не смятый складками выгнутый хребет, а единая глыба, вознесенная к небесам самое большее за последние 5-8 миллионов лет. Ничтожный срок.

Что происходило здесь за 5-8 миллионов лет? Откалывается ли восточная оконечность Африки, подобно Индии, а затем и Мадагаскару, от великого континента? Но тогда к чему эти излишества — вершины, уходящие за облака? Приличный рифт, родоначальник моря, так себя не ведет. Взять хотя бы рифт Красного моря, залива Акабы, Мертвого моря...

Несомненно, в природе океанических рифтов, рождающих новую земную кору, и рифтов континентальных очень много общего. И там и там — повышенный поток тепла: по плито-тектоническим построениям здесь вертикальный приток мантийного астеносферного вещества "лижет" низы коры, заставляя ее вспучиваться и раздвигаться в стороны. И в океанах, и на материках в этих местах кора лежит прямо на пластичной, с пониженной плотностью астеносферной подушке; того верхнего плотного слоя мантии, что во всех остальных местах вместе с корой составляет литосферные плиты, здесь нет. Из-за этого — отрицательные аномалии силы тяжести. Такие астеносферные подушки найдены геофизическими методами и под Байкалом, и под африканскими рифтами, и под Провинцией долин и хребтов на западе США, и даже под Рейнским и Норвежским грабенами.

Но в отличие от океанических континентальные рифты почему-то не спешат превращаться в океаны, а устойчиво в течение миллионов лет остаются структурами расширения "в запасе". Они не расширяются в геологически ощутимых масштабах, не образуют океанов... Впрочем, из запаса они, похоже, могут выходить и в число активных. И тогда лопается континент и рождается новый океан. Так, видимо, было с огромным рифтом, который гигантским швом от полюса до полюса вспорол целых два древних континента — Лавразию и Гондвану, образовав Атлантический океан. Так, видимо, получилось и с Красным морем, будущим океаном. А это уже близко к африканским рифтам — похоже, скоро пробьет их час.

Да, они в запасе, континентальные рифты, они "не могут" раздвинуть кору и дать жизнь новому океану, ибо рифтам на Земле тесно и мощность их раздвигающего усилия различна. И "фора" — у океанических рифтов, где механизм раздвигания дна налажен давно. Но и эти рифты не вечны. Источник питающего их мантийного вещества может иссякнуть. Пример тому — бесследно исчезнувшие, но несомненно когда-то существовавшие срединные структуры закрытого древнего океана Тетис. Все рифты и океаны Земли — конкуренты. Возможно, судьба старого океана решается тогда, когда ослабевает активность непрерывно поддерживающих, расталкивающих его берега срединных рифтов. Тут же вступает в строй действующих рифт-"резервист" где-нибудь посреди континента, и "свято место" задвигается. Может быть, в тектонической истории Земли действует своеобразный закон сохранения постоянной длины действующих рифтов?..

Рифты-атланты, творящие лик Земли... Мощными мускулистыми руками они раздвигают свои берега, стремясь стать океанами. Многим это удается. Раздвижение невозможно до бесконечности. Чем шире океанический простор, тем большие силы требуется вкладывать для удержания владений. А силы не бесконечны, и атланты подвержены старости, и вот закрывается Тетис, и Тихий океан, несмотря на огромную мощь своих рифтов (самые высокоскоростные в мире — плиты, растекающиеся от тихоокеанских рифтов), кажется, начал отступать перед напором американского берега, медленно, но верно двигаемого рифтом антлантическим.

Океан — это движение. Это вечное усилие. Океан — это процесс.

Ну, а вся Земля в целом? Если раз в 10 лет делать с большой высоты фотографию какой-нибудь горной страны с одной и той же точки и продолжать это занятие 20 миллионов лет — миг на часах геологической истории, — то получится фильм, который можно будет просмотреть, с обычной скоростью нынешнего кинематографа, в течение суток. Мы увидим нечто похожее на поверхность кипящей каши. Поток оползней и обвалов с горных круч сольется в сплошное бурление. Сильнейшие землетрясения, раз в 100-1000 лет меняющие течение рек и раскалывающие хребты, превратятся в непрерывную ежесекундную дрожь, волнами прокатывающуюся по поверхности. Весь внешний покров Земли будет непрерывно и быстро, как самый быстрый поток, течь в низины и моря, обнажая стремящиеся кверху, под действием страшной внутренней силы, все новые слои горных пород. Континенты будут плыть, вздымая буруны, создавая вихри в каменной каше, со скоростью дредноутов.

Когда я был мальчишкой, мне попалась раз какая-то старая, дореволюционного издания популярная книга. В ней герои попадают на поверхность... мыльного пузыря. Став такими маленькими, они увидели на пузыре горы и долы, леса и моря. И когда они спросили у пахаря, как долго существует его мир, тот воззрился удивленно и заверил: вечно, и даже без особых изменений.

Так и наш мир тверд и неизменен только в масштабе нашей жизни, которой хватит от силы на полсекунды того фильма, один кадр которого снимается раз в десять лет. А всей истории человеческой цивилизации хватило бы на краткий, полуминутный эпизод.

Хорошенько представив себе все это, легче перейти к восприятию той революции, что происходит сейчас в науках о Земле. По существу все то упорное сопротивление, которое пришлось преодолеть в течение последних шестидесяти лет дерзкой теории мобилизма, это сопротивление людей, не желающих отказываться от остатков привычных представлений о хотя бы относительной устойчивости окружающего нас мира.

А сейчас... Точно высчитывается, сколько кругов — "рифт — зона Заварицкого — Бениоффа — мантия — рифт" вещество Земли успевает сделать с тех пор, как началось это движение... Оказывается, около восемнадцати кругов. К океаническому желобу, в глубины мантии по наклонно падающей туда литосферной ленте (здесь, как мы знаем, возможен поворот "на малый круг" — в жерло одного из вулканов островной дуги), в мантийные течения, в то место, где в результате какой-то еще дифференциации оно повернет либо наверх, к океаническому рифту и снова в породы океанического дна, либо вниз, в ядро, где своя циркуляция, свои колеса внутри-земного механизма.

Иерархия больших и малых кругов обращения, циркуляции определяет лик нашей Земли. Все подчинено этим колесам обращения, круговоротам, хотя в целом эволюция планеты однонаправлена, необратима. И здесь нет никакого парадокса: рост континентов, внутреннего ядра Земли, развитие жизни необратимы, ибо степень развития этих процессов, степень структурной сложности нашего мира прямо определяются естественным ходом земных часов, числом кругов обращения вещества (ундаций) во внутрипланетных циркуляциях.

Пять ступеней этой иерархии, пять рангов ундаций вещества планеты постулировал виднейший геолог и геофизик ван Бемеллен, тот самый, что писал о "релятивистском" подходе к описанию и объяснению структурной эволюции.

 

Цепная реакция земли

"Геологическое развитие Земли — это результат громадной по масштабам и очень сложной цепной реакции", — пишет ван Бемеллен. Эта реакция, по его мнению, состоит как бы из двух этажей масштабности.

Первый, первичный этаж — это физико-химические реакции. Они направлены к установлению равновесия в субмикроскопических сферах. Эти реакции — радиоактивный распад, всякие фазовые переходы, тепловые взаимодействия, чисто химические реакции, кристаллизация и перекристаллизация. Но, устанавливая равновесие на своем этаже масштабности, физико-химический процесс неизбежно нарушает равновесие на другом, "мегаскопическом" уровне. Гравитационное равновесие на планете, стремящейся принять форму капли, в разрезе строго разделенной на слои все возрастающего к центру удельного веса.

Когда это равновесие нарушается, колесики земной титанической машины запускаются. Перемещаются континенты, погружаются в мантию литосферные плиты, проскальзывают вдоль пластичных слоев разные земные оболочки. Ядро, например, явно вращается относительно всей остальной Земли с востока на запад, — а мантия, возможно, проскальзывает в том же направлении по астеносферному слою относительно твердой "кожуры" планеты — литосферы. Все эти процессы (их можно назвать первичными тектоническими, со всей свитой вторичных тектонических и геологических процессов), в свою очередь стремясь к равновесию, вносят элемент неравновесия в первую, физико-химическую сферу. Так и идет эта общая цепная реакция, раскручивая обороты то сильнее, то слабее, сопровождая и косвенно, возможно, вызывая вспышки жизни на Земле и великие вымирания, циклы горообразования и образования месторождений полезных ископаемых...

Когда в кулуарах геологического или сейсмологического совещания сталкиваются фиксист и мобилист, в яростном споре обязательно прозвучат малопонятные непосвященным слова: "вязкость", "пластичность"... Снова и снова возникает старое недоразумение. Вегенер понимал эти слова буквально, по-ньютоновски, и полагал, что континенты просто плывут по расплавленному подкоровому субстрату. Сейсмология положила конец представлениям о расплавленном субстрате. Все слои планеты, кроме внешнего ядра Земли, проводят как продольные, так и поперечные сейсмические волны. А поперечные волны могут идти только через твердое тело. Это было одним из сильнейших возражений против мобилизма и против любых представлений о "течениях" в мантии, о "ячейках конвекции" и т. д. Но уже Б. Б. Голицын, прекрасный физик, хорошо понимал, что с представлениями обыденного здравого смысла, с физической моделью вязкости "по-ньютоновски" в мантии делать нечего.

Голицын писал: "...благодаря тем громадным давлениям, которые господствуют на таких глубинах, вещество магмы (так в те времена называли подкоровое вещество. — А. Г.) но представляется нам в жидком состоянии, а является скорее телом пластическим, тягучим, чем-то средним между жидкостью и твердым телом (например, как смола, которая с течением времени может течь как настоящая жидкость)".

Пример со смолой стал классическим. Именно твердый вар и еще лед, которые при ударе рассыпаются как хрупкое вещество и, кстати, отлично проводят поперечные волны, на долгие годы стали иллюстрацией представлений о "твердой жидкости": и вар, и лед текут вполне заметно.

И только недавно эти интуитивные представления стали оформляться в математические и физические категории. Выяснилось, что при давлениях и температурах, характерных для земных недр, мантия становится "неньютоновской". Это и есть то, что Бемеллен называет релятивистской геомеханикой, перекидывая мостик между двумя "неньютоновскими" революциями в науке — в физике и в науках о Земле.

Итак, упругая, как сталь, мантия течет. Скорости этого течения примерно соответствуют максимальным скоростям взаимного перемещения плит на лике Земли — около 10 сантиметров в год. Чтобы замкнулась ячейка циркуляции среднего масштаба (то, что Бемеллен называет геоундациями), то есть чтобы атом вещества прошел полный путь от срединного хребта до ближайшей островной дуги типа дуг Мексиканского залива, а потом вернулся обратно, к Срединноатлантическому рифту (учтем еще, что в прошлом расстояние между дугой и рифтом было меньше, а скорости расширения больше: океан-то расширяется все медленнее), достаточно каких-нибудь 30-50 миллионов лет. Для мегаундаций, то есть замыкания грандиозных "колес" циркуляции, двигающих Америкой, Австралией, Индией, Африкой, плитами Тихого океана, время полного возвращения "на круги своя" — 100-150 миллионов лет. Это значит, что вещество, входившее в состав песчинок на океаническом дне где-то в юрском или меловом периоде, может, побывав в мантии и пройдя там через цепь реакций, снова появиться на поверхности и оказаться сейчас в песке одного из островов, затерянных в просторах океана.

Это значит, что новая глобальная циркуляционная тектоника впервые в истории науки дала геологам средство сверхдолгосрочного прогноза. Просто продолжая нынешние движения плит на ближайшие миллионы лет, мы уже можем нарисовать достаточно уверенную карту будущего расположения материков и океанов. Учитывая взаимодействие циклов-ундаций, можно попробовать предсказать и еще дальше, ответить, например, на вопрос, соберутся ли снова в ближайшие 150-200 миллионов лет материки в единую новую Пангею или нет, каков будет тогда климат и как расположатся месторождения еще не родившихся полезных ископаемых? И хорошо бы эти наши прогнозы было кому к тому времени сверить с действительностью!

 

Соль тектоники

Мир идей в науках о Земле... Было бы неправильным представлять его себе так: вот есть теория, она консервативна, ложна, ей на смену приходит новая, правильная. Далека от полноты, на мой взгляд, хотя и ближе к истине, и такая модель взаимоотношений идей: вот две точки зрения, старая и новая, в противоборстве победит, конечно, новая, но возьмет лучшее от старой.

Ф. Энгельс писал: "...в физике и химии находишься среди гипотез, словно в центре пчелиного роя... Окончательные истины в последней инстанции становятся здесь с течением времени удивительно редкими.

Еще хуже положение дела в геологии, которая, по самой своей природе, занимается главным образом такими процессами, при которых не только не присутствовали мы, но и вообще не присутствовал ни один человек. Поэтому добывание окончательных истин в последней инстанции сопряжено здесь с очень большим трудом, а результаты его крайне скудны". Мир геологических идей — как бурлящая поверхность Земли в том "фильме эпох", где один кадр отделен от другого десятилетием. Геология существует как совокупность взаимоисключающих гипотез и теорий, каждая из которых связана с каждой множеством связей различного ранга. Точно так же океан существует постольку, поскольку непрерывно действуют все круги внутриземной циркуляции вещества.

В одном из предыдущих параграфов говорилось о том, что затянутые в мантию против градиента силы тяжести осадки рано или поздно начинают всплывать. Речь шла о затягивании легких вулканических и органических осадков в зоне глубоководного желоба, там, где конвейер морского дна поворачивает в недра земной тектонической машины. Все несложно: скорость засасывания океанической литосферы в мантию близ этих желобов — порядка 10 сантиметров в год. Легкие вещества, попавшие на чужой для них горизонт плотностей и удельных весов (в Земле ведь так: чем глубже, тем большего удельного веса вещества там расположены), по закону Архимеда, пытаются "всплыть" и всплывают. Но порядок скоростей всплывания твердого в твердом совсем иной, нежели скорость субдукции (погружения литосферы в пластичную астеносферу), — в десятки, а то и в сотни раз медлительнее этот встречный процесс.

И получается, что глубокие недра Земли гравитационно неустойчивы, пересыщены в зонах погружения плит легкими осадочными породами, причем тем больше, чем дольше существует эта зона и чем выше скорость пододвигания океанического дна под континентальную окраину... Один путь освобождения от этого вещества — термохимический: через вулканы выбрасываются продукты обезвоживания, дегазации, перегонки тонущих органических осадков. Но наверняка работает, и работает интенсивно (особенно после прекращения процесса субдукции), и другой процесс — процесс выдавливания, всплывания кверху огромных масс слишком уж погрузившихся осадков.

Геологи-солевики сплошь да рядом имеют дело с этим явлением и называют его диапиризмом. Как только пласт соли оказывается захороненным под каменной или глинистой толщей более высокого, чем соль, удельного веса, пласт начинает пучить — будто пузырь хочет собраться и всплыть. Солевые купола часто прорывают все пласты и изливаются на поверхность, растекаясь, причудливо наплывая складками. Есть термин "соляная тектоника". Термин не случаен. Складки солевых пластов являются моделью настоящих складок в настоящих горных цепях, моделью, как говорят, с потрясающим уровнем подобия. И давно уже отдельные геологи задавались вопросом: случайно ли это сходство? И случайно ли многие горы в ранние этапы своего развития так напоминают по своему строению огромные соляные купола?..

Вершины многих гор в Вахшском хребте, недалеко от Гармской обсерватории, часто образуют структуры типа "каменного цветка", перевернутой складки, раскрытой кверху. Может быть, просто случайно несколько вершин после тысячелетий смыва и эрозии совпали именно с такими складками? Но, может быть, наоборот, мы видим срезы могучих излияний неплавленных, неразорванных осадочных пород под влиянием "геодиапиризма"? Ведь еще постукивает глубокими землетрясениями бывшая зона субдукции на юг от этих каменных цветов, совсем недавно закончилось здесь погружение легких пластичных известняков и песчаников меловых и третичных морей. А сейчас перед нами запоздалый результат этого насилия — легкие вещества куполами и складками "фонтанируют" ввысь. Конечно, наиболее глубоко погрузившиеся из этих веществ попадают в царство высоких давлений, горячих растворов и подвергаются кардинальной перестройке на химическом и кристаллическом уровнях, превращаются в вязкие гранитные магмы — и таких излившихся в разные времена гранитных "плутонов" тоже немало и в окрестностях нашей, Гармской обсерватории, да и во всех горных цепях мира.

Легко представить себе, что, "всплывая" из глубин, где они были сжаты чудовищным давлением, пласты горных пород все быстрее разуплотняются, все неудержимее "выхлестывают" на дневную поверхность. И вот намечается еще одно соединение — соединение идеи геодиапиризма с идеей накопленной энергии: и то и другое хорошо стыкуется как с концепциями глобальной тектоники, так и с традиционным, сводовым вертикализмом. И не всеядностью, не беспринципностью попахивает от этого миролюбия и уживчивости, казалось бы, противоположных идей, а веет ощущением близости большого синтеза, становления обобщающей большой геотеории.