"Как будто Крым"

В хребте Петра Первого реки мутные, непрозрачные, с невкусной водой, отдающей сырой штукатуркой (гипс!) и часто просто соленой. Но я люблю "Петра", он бесконечно разнообразен, этот Соленый хребет, он как будто весь в прыжке, в движении вперед, в борьбе с противостоящей ему косной силой.

Все гармские рыболовы предпочитают ущелья Гиссарского, самого южного из тяньшанских хребтов. Гиссарский хребет — это обычно древние палеозойские граниты и гнейсы, вылезшие на колоссальную высоту. С этих вершин давно смыло все осадки, какие на них были. И я не люблю Гиссар, он кажется мне однообразным: граниты и гнейсы, гнейсы и граниты, в которых и слоев-то никаких не видно, сплошная громоздящаяся масса, перебитая трещинами всех направлений. Но зато в Гиссаре голубые и абсолютно прозрачные реки, где водится самая крупная и красивая форель — мечта всякого настоящего рыболова, воспетая Хемингуэем.

Ближайший к базе экспедиции участок Гиссара называют Кабуд-Крым, что, конечно, сразу хочется переделать в "как будто Крым". Это близко: полчаса, и ты уже взбираешься по ухоженной тропе на приступочку красивых холмов у подножия "как будто Крыма". Вот эти холмы в отличие от самого Гиссара, нелепо высоко и беспредельно однообразно громоздящегося куда-то к самому небу, мне нравятся очень.

По классической для нас и не раз уже упомянутой книге Рубина, эти красивые (то зеленовато-синие, то красные) приступки — передовая зона Южного Тянь-Шаня, последние остатки "осадочного чехла", который покрывал его когда-то целиком. И вот эти холмы, где под прикрытием невысоких, удивительно живописных скал, похожих на древнюю каменную кладку, запрокинутую назад, к хребту, градусов на сорок пять, в уютных низинах спрятались невидимые с равнины красивые кишлаки (ну прямо Бахчисарайчики!) и в журчанье арыков райские сады, — так вот они-то действительно похожи на маленький Крым. Нужно только стараться не смотреть вверх, где половина небес состоит из однообразно-сиреневого гнейса с пятнами снега (в ноябре) у самых облаков. Летом это "каменное небо" (кое-где, правда, прикрытое чахлой травой) удручает по-настоящему (это южный склон Гиссара): оно пропитано злым белым солнцем и жарит отраженным излучением, как второе светило. Осенью и зимой, пожалуй, в этом "небе" есть прок: оно усиливает уже слабое, плохо греющее солнце, и в ноябре в крошечных для местных масштабов долинах "как будто Крыма" зеленеет по-весеннему трава.

Я люблю "как будто Крым" не только за уютные кишлаки, смешливых остроглазых детишек, гарцующих на лохматых, будто синтетических, ишаках, не только за журчащие арыки и красивые скалы. Я люблю его за то, что он дарит минуты ощущения очевидности геологического времени. Проходя этими запрокинутыми пластами к Гиссару, за полчаса добираешься до раннемелового периода, представленного, как несколько высокопарно выражаются геологи, ярко-красными песчаниками.

И вот мы стоим у истоков. Южная кромка древней Азии... И мы видим, что в юрском, а может быть, и в триасовом периоде, 150-200 миллионов лет назад, здесь громоздились горы, не такие высокие, как этот нынешний сиреневый Гиссар, но достаточно приличные; во всяком случае и тот, древний Гиссар был голым, с гнейсов были смыты все осадки. Но потом время, вода и воздух сточили горную страну до основания, выровняли ее, и фиолетовый гнейсовый фундамент стал покрываться красным песком и мелкой галькой, которые сносились с севера. Оттуда, где в самом раннем мелу, 130 миллионов лет назад, на месте нынешнего Туркестанского хребта были какие-то возвышенности. Красный песчаник, сейчас как бы боком приваленный к своему ныне вздыбленному гнейсовому основанию, тонок и монолитен — хоть сейчас на жернова и точила. Галька в нем, если попадается, отлично окатана, до блеска.

И это ярчайшее свидетельство того, как медленно и не спеша все делалось, сортировалось и окатывалось. Но кончился самый нижний мел, начался не очень нижний (это мы уже двинулись в обратный путь по пластам-кадрам геологического фильма), и все грубее песчинки и гальки в красном (а иногда и в сине-зеленом) песчанике, и это выразительно подсказывает: горы на север от этих мест тронулись в рост, реки ускорили течение, песчинки перестали успевать хорошенько дробиться и сортироваться. А под занавес нижнемеловой эпохи, в виде многозначительного финала, вся эта тогдашняя равнина Южного Тянь-Шаня стала быстро опускаться и была залита морем. Может быть, это был длинный залив, отпочковавшийся на восток от одного из окраинных морей древнего океана Тетис. Море это плескалось где-то на месте нынешнего Душанбе, а Индия, виновница последующей геологической драмы, еще была далеко "в пути", где-то южнее экватора.

Залив этот кончался совсем рядом — километрах в семи-восьми на восток от "сейсмички", до поселка Гарм еще есть признаки морских отложений, дальше — нет! Удивительно: лет через восемь, когда будет закончено только разворачивающееся сейчас строительство Рогунской ГЭС на Вахше (это километрах в пятидесяти на западе), рукотворное море зальет долину Сурхоба примерно так же далеко на восток...

...Море было мелкое, устричное, ракушечное, и оно оставило следы — окаменелости, хотя и ушло скоро. И уже в верхнем мелу море после еще одного короткого отступления пришло прочно и утвердилось на всем протяжении нынешнего Южного Тянь-Шаня, до самой Кашгарии, что уже в Китае. Море становилось все глубже, и все больше на его дне наслаивалось осадков — известняков. Именно эти пласты стали нынче набекрень, скалами-стражами, глядящими равнодушно на приближение с юга противоположного борта долины хребта Петра Первого.

...Мы спустились с "как будто Крыма", унося богатые трофеи — глыбу крепчайшего серого известняка с поверхностью, буквально усеянной красивыми хорошо сохранившимися ракушками. И в известняке же — большая редкость! — красный отпечаток коры какого-то дерева, плававшего в древнем теплом море и затонувшего миллионов этак семьдесят лет тому назад. Так и видишь это голубое море и горы на северном его берегу, покрытые вечнозеленым лесом. Индия, плывущая с юга, была уже недалеко, и над благополучием всей этой страны (гор, морей, островов) нависла пока невидимая за горизонтом угроза.

Вполне можно представить себе, как выглядел океан Тетис, сжатый между Азией и подступающей с юга Индией до карикатурных для звания океана размеров. Ведь именно такой период развития проходит сейчас область между Австралией и Индокитаем — хаос тесно сжатых маленьких морей, островных дуг. Дуга здесь сидит на дуге, желоб на желобе. Опускающиеся по всем правилам мобилизма в мантию остатки океанических плит там, внизу, сталкиваются друг с другом, образуя как будто "купола" из фокальных поверхностей глубоких землетрясений (под Целебесским морем). Грандиозные землетрясения сотрясают сейчас кору и мантию и этого геологически обреченного участка океана Тетис.

Вот так далеко увела нас небольшая прогулка в "как будто Крым"...

 

Вахшский надвиг

Конечно, на раннетретичном море не кончается история Передовой зоны Южного Тянь-Шаня. Кончается только ее летопись — разрез осадочных пород у кишлака Шуль, где проходила экскурсия.

От развилки, что недалеко от Комсомолабада, можно проехать налево вдоль Сурхоба, мимо 'как будто Швейцарии' и приехать в Гарм и Хаит. А можно свернуть направо, на Хорог, вдоль Обихингоу и оказаться в южной части Гармского полигона, за хребтом Петра Первого. Вот он, въезд на 'южный профиль'.

Дальше на восток и на запад есть места, где эта история более полная. Двадцатью километрами западнее, за поселком Новабад, в местах, которые за необычайную идилличность и пышность пейзажа так и хочется назвать "как будто Швейцарией", можно увидеть грандиозные песчаниковые скалы в виде чаши и у того же Рубина узнать, что это — само дно синклинали, то есть местного опускания, прогнувшего когда-то весь многоэтажный непрерывный комплекс отложений от мела до нашего времени. Там есть обрывы, красиво выветренные, со статуями-останцами. В этих обнажениях И. Е. Рубин и прочитал следующие страницы истории северного азиатского берега реки Сурхоб, геологические структуры которого для геолога-горизонталиста были чем-то вроде передовой, на которую наступали с юга чужеродные силы. Он так и назвал эти хребты и долины Передовой зоной Южного Тянь-Шаня.

На одном из перевалов 'как будто Швейцарии'. Здесь и воды больше, и зелени, и даже дождей (по официальным данным и личным наблюдениям) выпадает больше, чем у нас, в Гарме, а расстояние — всего-то двадцать километров. О причинах этого говорит разное, но в основе, видимо, опять-таки своеобразие геологического строения.

В расцвет третичного эдема — эоцена, 40-50 миллионов лет назад, пробил час: дно теплого мелкого моря начало подниматься и осушаться. Трудно не связать это событие с тем, что Индия уже вплотную подошла к Азии. Налаженное опускание под Азию океанической плиты, шествующей впереди Индии, стало быстро разлаживаться: переходная, уже довольно толстая и легкая литосфера, несущая на себе прибрежные северные индийские моря, не желала лезть в мантию. Все здесь напряглось, выгнулось, последние моря исчезающего Тетиса быстро высыхали.

С этого времени Передовая зона Южного Тянь-Шаня поднимается. Еще быстрее поднимались осевые части хребтов, и с них стало смывать осадки в долины. 750 метров красных песчаников и конгломератов (песок с галькой) слой за слоем накопились с тех пор в пра-Сурхобской долине (она была намного шире теперешней). Сам же Гиссар быстро сбросил с себя чехол и вырос до колоссальной высоты.

Так и хочется мысленно продолжить наклоненные слои — скалы известняков и песчаников и закруглить их на невероятной высоте над Гиссарским хребтом в виде самого настоящего чехла или шатра... Но скорее всего ядро хребта росло так быстро, что рвало эти пласты, как нож парусину. Километровой и двухкилометровой высоты стены фиолетовых гнейсов грубо прорывают причудливую вязь древних структур и уходят в небо...

А с юга все ближе подступал, уже подминая под себя пра-Сурхобскую долину, вал высоко поднятых и перемятных пород, составленных из осадков бывших мелких окраинных морей Индийского континента.

...Декабрь. Выслушав по радио, что в Москве 20 градусов мороза, я выхожу на крыльцо, на теплое солнышко, в рубашке, чтобы обдумать то, что собираюсь сейчас написать. Вот он, передо мной хребет Петра, весь уже заснеженный и сверкающий, как глыбы рафинада (внизу пока золотая осень). Хребет тянется сюда, к Сурхобу, ко мне длинными отростками-отрогами, похожими на мускулистые лапы огромного, на вид смирного, но готового к прыжку, подкрадывающегося зверя. Каждый отрог разделен у конца оврагами и ущельями на отрожки поменьше. Это пальцы и когти. Когтистая лапа нависла над рекой, надвигается...

С одного берега на другой коллеги-геодезисты послали луч лазера. Отраженная уголковым отражателем (он отражает луч, словно зеркало, но посылает отражение точно туда, откуда получил луч) игла этого луча помогла уловить движение, незаметное для глаза: в последнее время Памир надвигается сюда, на Тянь-Шань, со скоростью два сантиметра в год. И, по-видимому, убийственная для "вертикалистов" разница: вверх памирский берег поднимается по сравнению с горизонтальным надвиганием крайне неохотно; вертикальная составляющая по крайней мере вдвое меньше горизонтальной. Вот он, главный источник сейсмической активности хребта!

...С 1949 по 1968 год северный склон хребта Петра Первого придвинулся к Гиссару примерно на 30 сантиметров. Если представить себе, что это придвижение — простое механическое продолжение того, древнего движения, и заняться простым умножением, то получится, что за 100 лет борта великой долины сближаются на полтора метра. За 1000 лет — на 15 метров, за миллион лет — на 15 километров. А за 30 миллионов лет — на 450 километров! Здесь расстилалась широкая сухая равнина (возможно, с небольшим валом посреди, на стыке!), покрытая красными песками и солеными пересыхающими озерами (корочки гипса из отложений этой равнины часто попадаются в обрывах хребта Петра Первого).

На все это надвигались с юга гряды хребтов. И последним вырос прямо посреди широкой Таджикской депрессии Соленый хребет, образованный смятой толщей осадочных пород Передовой (опять военно-стратегический термин) зоны Памиро-Куньлуня.

Прямо около базы экспедиции река Сурхоб сжата между, огромным кукишем докембрийских гнейсов Гиссара — горой со странным названием Мандолюль — и осыпающимся красным левым берегом, где отроги хребта Петра Первого сыплются в воду. Здесь почти уже совсем нет известняков и песчаников северного, азиатского берега древнего океана Тетис. Только в одном месте, на южном берегу, под нависающими обрывами предгорий Соленого хребта вдруг привлекает внимание причудливо перемятая чешуйчатая поверхность. "Живой" разлом! Поверхность из знакомых по "как будто Крыму" сланцев. Поздний мел. И прямо сверху на этот кусочек косо надвинулись с юга чуждые, сочные красные песчаники — раннемеловые!

Более древние слои легли сверху на более молодые. Такой переворот геологической хронологии, ставивший в тупик многих исследователей, был прослежен во многих местах на огромном протяжении великого разлома, надрезающего южный борт грандиозной, вытянутой по широте долины Сурхоба — Кызылсу.

Река Обихингоу вблизи места слияния с Сурхобом, отчего образуется Вахш (который в свою очередь потом образует Амударью). Террасы по берегам горных рек служат географам для проникновения в прошлое и будущее. Как поднимался тот или иной участок горной страны, сколько было затиший в горообразовании, сильнее или слабее идет этот процесс со временем — обо всем этом рассказывают страницы "книги" четвертичного периода — террасы и речные отложения.

Я видел этот живой разлом с воздуха. Аккуратной ниточкой он бежит на сотни километров, обрубая отроги роскошных гор, перепрыгивая, подпороживая реки, ныряя под селевые конусы и выныривая неизменно снова. Как доказал И. Е. Губин, разлом этот надвиговый, он так и назван — Вахшский надвиг. Кое-где он взбирается на высоту.

Вахшский надвиг... Это не просто еще какая-то одна строчка геологической номенклатуры. За этим названием — острота и напряженность отшумевших в свое время дискуссий. Вахшский надвиг, так же как он разделяет тектонической "линией фронта" Памир и Тянь-Шань, разделил в свое время армию тектонистов, изучавших эти места в течение последних тридцати лет.

Одни специалисты видели надвиг, другие не видели, и похоже, что порой это видение или невидение определялось общей позицией автора, его принадлежностью к той или иной школе. "...Некоторые исследователи, отрицающие Вахшский надвиг... исходили не из фактических полевых материалов, а из общих представлений о невозможности горизонтальных движений", — пишет И. Е. Губин. Острота дискуссии к середине 50-х годов приняла такой характер, что президиум Академии наук Таджикской ССР решил специально направить на северный склон хребта Петра Первого бригаду видных геологов, чтобы они разобрались наконец, есть надвиг (а значит, возможны ли пологие надвиги в природе) или нет его. Эта уникальная в истории геологии комиссия летом 1955 года дважды пересекала хребет (дело непростое!), осмотрела места, где древние породы лежали на молодых, и пришла к единодушному мнению: надвиг есть.

Много позже, когда утвердились в сейсмологии способы определения современной динамики движений в очагах землетрясений, оказалось, что надвиг как форма движения вообще господствует в обширной горной стране. Это "самый сильный" тип движения. Так окончательно подтвердилась геологическая интуиция Рубина.

Один мой знакомый геолог говорил, что в его науке часто оказывается прав не тот, у кого больше фактов, а тот, кто говорит больше, дольше и в лучшем литературном стиле. И это, пожалуй, в каком-то смысле так и есть. Иначе трудно объяснить, почему одни ученые в этой науке часто утверждают одно, другие — другое, основываясь на одном и том же материале.

Мне кажется, что редкостный случай, когда для решения спора понадобилось отправлять специальную комиссию в поле, к предмету спора, должен стать примером для подражания. Истина рождается в споре, но не от длительности спора, а в результате его.

Сейсмологи по-разному относятся к геологии: иногда посмеиваются над геологическими спорами, упрекают "за гуманитарность", "нефизичность" (забывая, что порой над ними так же посмеиваются деятели настоящей физики — акустики, "твердотельщики"), иногда принимают в этих спорах ту или иную сторону. Но обойтись без геологии сейсмология не может, ибо сейсмология имеет дело с геологическим пространством-временем, резко отличным от всего, к чему физики привыкли в своей экспериментальной и теоретической работе.

А теперь, после небольшой экскурсии в это пространственно-временное облако, прочерченное грозовыми молниями научных схваток, снова в гущу сейсмологической жизни, с корабля на бал, на уже упомянутый выше Ташкентский симпозиум по поискам предвестников землетрясений.

 

Как мобилисты Японию утопили

В некотором царстве, в некотором государстве, а именно в Японии, жили-были злые мобилисты. Мало того, что они на, весь мир крик подняли про сказочные перемещения материков и даже написали популярную книгу о том, "движутся ли, материки", которую другие, не менее зловредные, люди издали на русском языке. (Такеучи, Уэда и др. Движутся ли материки? Москва, "Мир", 1970) Один из них еще и сценарий фантастического фильма сочинил (где сейсмолог Такеучи является действующим лицом), в котором свою многострадальную родину, всю без остатка, запихнул в мантию, а бедных, лишенных родины соотечественников разбросал по белу свету...

...Всю весну 1974 года Средняя Азия нежилась в неслыханной прохладе и пышно зеленела под теплыми дождями. И только в конце мая солнце остервенело накинулось на улицы Ташкента, испепеляя траву, обжигая и обессиливая съезжавшихся в город гостей. По странному и не совсем удобному (в отношении гостиниц и ресторанов) совпадению в городе происходило два выдающихся события разом: кинофестиваль стран Азии и Африки и Международный симпозиум по поискам предвестников землетрясений. Мы, сотрудники Гармской экспедиции, были участниками второго из этих мероприятий и, признаться, временами жалели, что жизнь в виде яркой многоязычной афро-азиатской толпы и заманчивых фильмов, которые еще неизвестно, увидим ли когда, проходит мимо. А мы до рези в глазах сидели в темном зале, где на белом экране вместо красочных зрелищ перед нами разворачивались важные, но порой однообразные и даже иногда скучные кривые, формулы и графики. Про симпозиум и проблему прогноза я рассказывал в других главах. Здесь же еще раз хочу упомянуть о событии, на котором скрестились на момент интересы как сейсмологов, так и участников кинофестиваля. Японские кинематографисты привезли фантастический фильм "Гибель Японии".

На экране в необыкновенно ярких, динамичных кадрах Япония действительно гибла. Залитая огнем вулканов, разрушенная величайшими землетрясениями. Необыкновенно волнующими были кадры, показывающие гибель многомиллионного, многоэтажного современного Токио от сильнейшего землетрясения. Как это сделано, не берусь судить, но полное впечатление, что видишь документальную съемку истинных событий.

Ну а в конце концов Япония сначала постепенно, отдельными островами, а затем и целиком заглатывается глубоководным Японским желобом и по законам плитотектоники (так, как их понимал в момент создания фильма профессор Такеучи) уходит вниз, в мантию, вместе с лесами, полями, уцелевшими храмами и дворцами...

В фильме очень популярно и красочно излагаются основы тектоники плит, новейшего мобилизма. И на первый взгляд в описанном там механизме гибели Японии как будто нет подвоха. "Да, пожалуй, такое может быть, только не так быстро", — говорили те, кто уже давно примкнул к мобилистам. Ну а фиксисты, те, конечно, вовсю потешались: "Вот до чего доводит мобилизм! Опомнитесь, люди!"

Вот какой примерно ход событий, по мысли сценариста, приводит к катастрофе. В районе Японии, как и всех прочих островных дуг, дно океана движется по направлению к материку. По некоей линии, фронту, движущаяся плита встречается с неподвижной, например, плитой, несущей на себе шельфовое, окраинное море. Разойтись плиты могут, только если одна из них (практически это всегда подходящая, океаническая плита) ныряет под другую. Линией такого фронта, перегиба плиты, является глубоководный океанический желоб (такие желоба опоясывают, например, Тихий океан). Нырнувшая плита по какой-то причине (по какой, об этом чуть ниже) не разваливается, не заталкивается под нижнюю поверхность встречной, а в виде длинного языка наклонно спускается в мантию до глубины порой 700 километров (длина такого языка часто превышает тысячу километров).

В каком-то смысле Такеучи безусловно прав: глубоководные желоба — это мрачные бездны, отмечающие поворот вниз и гибель тысяч километров земной коры. Это — как поворот ленты транспортера в чрево опасной машины. И поневоле возникает вопрос: а островные дуги, которые так близко от желобов, не могут ли они в результате какой-то неполадки скатиться в эти засасывающие бездны? По фильму, это происходит из-за перестройки конвективных ячеек подкоровых течений планеты. Где-то в центре Тихого океана непомерно большая Тихоокеанская плита-транспортер ломается, и надвигающаяся ее часть начинает "раньше времени" поворачивать вниз. Там, где такое происходит (а такая перестройка может быть в реальности), возникает новая островная дуга.

Но тот последний участок ленты транспортера, который только что двигался к Азии, внезапно останавливается, лишенный подпоры сзади. По мысли Такеучи, контакт "островная дуга — поддвигающаяся плита" — это напряженная система, равновесие которой обеспечивается постоянным напором подходящей плиты и сопротивлением фронта островной дуги. Как только плита вяло останавливается, лишенная импульса, вперед начинает двигаться до тех пор сжатая, как пружина, литосферная лента, примыкающая к Азии. Ленты меняются местами! И как это принято в плитотектонике, движущаяся лента (с нашлепкой — Японией на переднем конце) засасывается в тот самый желоб, под ленту, ставшую неподвижной и, по-видимому, разорвавшейся в месте изгиба.

Внизу, в мантии, оказываются два языка погруженных плит, встречно наклонных. Красивая идея? Да, хотя и несколько угрожающая. Ведь если она "работает" в реальности, ни один остров, ни один край континента не гарантирован от затопления...

 

Глубокие землетрясения в центре материка

Александр Петрович Орлов, который был одним из зачинателей сейсмологии в России прошлого века, считал, что свободная земная поверхность в силу самого факта своего существования служит источником мощной "потенциальной напряженности", готовой проявиться в виде землетрясений в подходящий момент. Эта глубокая философская идея основана на верном представлении замечательного русского географа о дневной поверхности как об арене мощного диалектического противоборства двух сил: внутренней силы Земли, стремящейся "испортить" правильную земную фигуру, заполнить хаотическими наростами все окружающее планету пространство, и противоположно направленными силами тяготения и эрозии, стремящимися превратить планету в идеальную круглую каплю.

В те времена еще не знали о глубоких, то есть удаленных от "арены противоборства", землетрясениях, существование которых на первый взгляд противоречит стройной картине, воображенной Орловым...

В 1922 году оксфордский ученый Тернер, редактируя международную сводку о принятых сейсмостанциями мира волнах от сильных тихоокеанских землетрясений, обнаружил для некоторых толчков странные несоответствия, неувязки во времени прихода сигнала на разные сейсмостанции. Неувязки эти можно было объяснить, только допустив существование очень глубоких землетрясений.

Еще недавно сам факт (ирония судьбы!) существования глубоких землетрясений был одним из сильнейших и неотразимых аргументов геофизиков против теории дрейфа континентов. Ну конечно, ведь если там есть землетрясения, значит, Земля до 700 километров такая же хрупкая "на излом", как и с поверхности, значит, нет пластичных слоев под корой, значит, не по чему плыть континентам! Увеличить толщину плывущих блоков до 700 километров не решался ни один даже самый смелый мобилист, а как выпутаться из положения, никто не знал.

В 40-х годах советский ученый А. Н. Заварицкий заметил, что землетрясения с глубиной как бы уходят из-под океана под континент. В 1954 году появляется в авторитетнейшем американском журнале статья знаменитого сейсмолога Хуго Бениоффа, который провел поистине колоссальную работу по выявлению пространственной структуры "фокальных зон" глубоких землетрясений (фокус землетрясения — это то же, что гипоцентр, и близко совпадает с понятием "местоположение очага землетрясения"). Открывалась странная и удивительная картина строгой упорядоченности: гипоцентры, излучающие сейсмическую энергию, не расплывались в произвольные пятна и облака, а вытягивались, будто по шеренге, по наклонным (под 30, 45, 60 градусов) поверхностям, погружающимся в недра Земли. Фокальным поверхностям...

Тогда, в 40-50-х годах, конечно, никому и в голову не могло прийти, что фокальные поверхности отмечают в мантии разрушение затонувших литосферных плит. Геологам ничего не оставалось, как объявить "зоны Заварицкого — Бениоффа" сверхглубинными разломами в твердокристаллической мантии. Самые упорные из оставшихся "горизонталистов" осмеливались лишь слегка шевелить чудовищной толщины блоками по наклонным поверхностям "разломов", подчеркивая надвиговый характер контакта. Вертикалисты же, конечно, видели в разломах торжество вертикальной составляющей таких движений. Уже в разгар "глубинно-разломного" толкования фокальных зон нашлись мобилисты, смело предположившие, что фокальные зоны — это сейсмическое, шумовое проявление движения в мантии Земли завернувшей туда океанической земной коры.

В конце 60-х годов, получив в результате массированных работ по международным проектам Международного геофизического года и Верхней мантии колоссальные по объему материалы глубинного сейсмического зондирования земной коры и мантии, ученые вдруг увидели картину во всей ее новой сложности и в то же время гениальной простоте. Они увидели, что твердая кристаллическая внешняя земная оболочка не обрывается грубо на поверхности Мохоровичича (нижняя граница земной коры), а продолжается с нарастающей плотностью до глубин 80-110 километров. Литосферная плита... Дальше, под литосферой, анализ сейсмических данных показал понижение скоростей сейсмических волн, обнаружился пластичный, возможно, частично расплавленный слой — астеносфера. Она была менее плотная, чем океаническая литосфера в целом, а стало быть, литосфера могла тонуть в ней! А прежде чем потонуть, могла и плыть по пластичной астеносфере, ибо там, где зарождается новая литосфера (у океанических срединных рифтовых структур), она легче астеносферы и лишь потом, вдали от рифта, остывая и меняя химический состав, становится тяжелее подстилающего слоя и готова повернуть вниз, нашелся бы повод — препятствие.

Глубокие землетрясения, отмечающие путь погружающихся плит, являются яркой характерной чертой окружения Тихого океана и только в двух местах Земли, нарушая все правила, проявляют себя и под континентами. Это маленький "пятачок" под Южными Карпатами, на территории Румынии (медленные ощутимые качания от этих мощных низкочастотных землетрясений время от времени доходят и до Москвы, например в 1802, 1940 и в 1977 годах), и гораздо более внушительная зона под Памиро-Гиндукушем.

Уже давно работами нашей экспедиции установлено, что эта длинная зона наклонно (правда, под очень крутыми углами) уходит в недра Земли на глубину до 300 километров. Сейсмолог из Душанбе А. Маламуд, воспользовавшись методикой Бениоффа, попытался реконструировать всю механику фокальных зон Памиро-Гиндукуша. Картина, полученная им, была поразительной. Под районом нащупывались две плиты. Тесно прижатые друг к другу боками, они были наклонены встречно. Одна, западная, часть зоны загибалась наверху к Индии, другая, восточная, — к Азии! Вскоре сейсмологи, нашей экспедиции Л. Винник и А. Лукк обнаружили в мантии почти вертикально поставленный блок, через который с повышенной скоростью проходили сейсмические волны от далеких землетрясений Индийского и Тихого океанов. Все вроде сходилось. И вот сначала в местном, душанбинском журнале, а затем и в Москве вышли научные статьи: в центре континента идет погружение, встречное не то засасывание, не то заталкивание в мантию не океанической, как к этому уже привыкли, а континентальной литосферы. В одном из популярных журналов идея была изложена в таких словах: "Представьте себе, что лента эскалатора разорвалась вдоль и продолжает двигаться одной своей половинкой, как ей и положено, под пол метро, а другой, коробясь и топорщась, наползает на него. В метро такой случай был бы тяжелой аварией, но природные эскалаторы выключить некому. Такое взаимное наползание происходит в нашем районе и южнее, вблизи советско-афганской границы. Нырнувшие одна под другую плиты не исчезли бесследно, до глубины в триста километров они "потрескивают", протискиваясь в сжатых чудовищным давлением недрах... Там, под Памиром, движутся вниз и еще сохраняют самостоятельность ступеньки природных "эскалаторов", бывшие земной поверхностью и несшие на себе реки, озера, моря, древние растения и животных".

 

Остановиться и подумать!

Реконструкции ныряющих под Памир плит остроумны, они останутся в истории науки. Но все ли так просто и стоит ли так легко отказываться от многолетней геологической традиции, считающей (и не без основания!) район Памира районом не нисходящих, а восходящих движений? Это величайшая в мире горная страна (после Гималаев). В океанах места погружения плит отмечены глубочайшими на Земле впадинами-желобами, чуть ли не насквозь продырявливающими кору. Бесполезно искать что-то подобное на карте Памира, Южнее хребта Гиндукуш и севернее Дарвазского хребта, там, где в классическом случае пододвигания плит должны быть желоба, нет глубоких рвов, разве что высокогорная Алайская долина, где проходит великий разлом. Но Алайская долина, которая по смыслу должна опускаться, по данным геодезистов и геологов, поднимается вместе со всей горной страной.

И самый главный аргумент. Везде, где встречаются две плиты, погружается та из них, которая является океанической. Эта плита тяжелая, на 80 процентов состоящая из мантийного вещества. К моменту столкновения она так меняет свой состав (заложенный при ее рождении вблизи срединно-океанической структуры), что становится тяжелее подстилающей ее астеносферы на несколько процентов! Она тонет. И именно поэтому же не может быть никакой силой затолкнута в астеносферу гораздо более толстая, легкая, "гранитизированная" плита континента. Она во всей своей толщине в среднем легче астеносферы.

Как писали видные плитотектонисты Дж. Дьюи и Дж. Берд, "континенты участвуют в движении плит как пассивные пассажиры на поверхности плит; в то же время: они накладывают существенное ограничение на движение плит, поскольку из-за своей относительной легкости и плавучести они не могут сколько-нибудь заметно поглощаться мантией". Иначе говоря, пододвигание возможно, пока континент с континентом не соприкоснутся непосредственно. Тогда — коробление, торошение, горо- и складкообразование на стыке, но не пододвигание, или, как выражаются плитотектонисты, не субдукция!

Рис. 9. Может ли утонуть Япония? Гиндукушский хребет? Превращения в мире погружающихся плит. Вверху слева: одна океаническая плита ныряет под другую. Первая приносит на себе материк или его островную окраину. В этом случае погружение первой плиты прекращается, но сближение плит продолжается, и вот в роли 'ныряющей' уже вторая плита (слева внизу). Но вот и она приносит на себе континент (справа вверху). Два континента сталкиваются. Поскольку погружаемая океаническая плита тяжелее астеносферы — пластичной мантии, то она отрывается от континента и тонет безвозвратно в мантии Земли (справа внизу). Окраины континентов взаимодействуют без 'субдукции', как толстые льдины, 'торосясь' по краям глыбами гор. Ни островная дуга Японии, ни окраина континента утонуть в мантии не может

Так что фантазия профессора Такеучи, затолкавшего в мантию свою родную страну, останется интересной фантазией, и только. На рис. 9 показано, как ведут себя, по представлениям плитотектонистов, столкнувшиеся плиты. Океаническая может уйти под океаническую. Океаническая же может уйти и под континент. Но когда вслед за своим океаническим авангардом подплывает к окраине материка, закрывая океан, другой материк (о том, как это было на древних берегах Азии, я рассказывал выше), они начинают контактировать и коробиться краями по своим законам. А затонувшая целиком океаническая плита должна, по-видимому, отломившись от "своего" материка, утонуть в мантии навсегда. Так, видимо, утонули и рассосались в мантии плиты океана Тетис вдоль всего нынешнего Альпийского складчатого пояса — от Альп до Гималаев, кроме двух мест, где они почему-то сохранились в виде реликтов, — под Карпатами и Памиро-Гиндукушем.

Итак, плита под Памиро-Гиндукушем — это погруженное дно океана Тетис, а не затонувшие окраины континентов! Именно здесь Индия, подходя, закрыла 30 миллионов лет назад последнее окраинное море этого океана.

Но если это именно такая, реликтовая океаническая плита, то почему она не исчезла, не утонула в мантии, как другие, не оторвалась хотя бы от поверхности? Судя по расположению эпицентров глубоких землетрясений в районе Памира, эта плита, как бревно-топляк, плотно примыкает снизу к толстой континентальной литосфере, она как будто даже внедрена в нее, зажата верхним своим концом в челюстях сошедшихся краев древних континентов Гондваны и Лавразии.

Но нет, никакие челюсти не удержат плиту, если она тяжелее астеносферы. Миллиарды тонн ее веса увлекут ее вниз, легко разорвав верхнюю перемычку.

И вот мы, несколько сотрудников Гармской экспедиции, предположили, что бревно-плита под Памиром все же легче среды — астеносферы, что "бревно" это держится в ней на плаву и даже всплывает все больше, приподнимая над собой Крышу мира, вмешиваясь вертикальной, прямо-таки фиксистской силой в чисто мобилистский, плитотектонический характер горообразования на месте столкновения материков. Конечно, одних общих геологических доводов мало для такого предположения. Что же подтолкнуло нас к такому повороту?

 

Снова сдвиг и взрыв

Это странное явление заметили, когда начались усиленные работы сейсмологов по программе обнаружения подземных ядерных взрывов. Обычно такие взрывы резко отличались по своему механизму от обычных, тектонических землетрясений. Во все стороны от такого толчка шли импульсы сжатия (все сейсмоприемники в первый момент испытывают качание от взрывного источника сейсмической энергии), в то время как От тектонического землетрясения примерно половина вступлений отрицательные. Надежды, пробужденные в ученых этим резким различием (открывался путь для стопроцентного опознавания, а значит, и для запрещения подземных ядерных взрывов), скоро поутихли, когда стали анализировать данные о не очень сильных подземных взрывах (их-то труднее всего обнаружить и опознать). От некоторых из этих взрывов приходили не только положительные, но и отрицательные первые вступления. При этом распределение плюсов и минусов на сейсмограммах сети станций иногда позволяло сейсмологам распознавать в записях взрывов обычный тектонический механизм-надвиг, горизонтальный сдвиг и т. д. Были подобные записи от некоторых французских ядерных взрывов в Сахаре и от американских — на Алеутских островах.

Ученые заподозрили, что в процессе взрыва в какой-то мере участвуют и тектонические силы, для которых взрыв оказывается чем-то вроде "спускового механизма". Потом пытались выяснить, за какую же часть общей энергии сейсмического толчка можно взвалить ответственность на "эффект возбужденной тектоники" (так мгновенно назвали это явление). Оказалось, самое большое процентов за сорок. Выходило, основной источник энергии — не сдвиговый, не тектонический, а механизмы землетрясений рисуют нам сдвиговую, тектоническую картину, да еще такую, какая наиболее вероятна в этом районе по геологическим условиям.

Эффект возбужденной тектоники... О нем мы говорили в главе "Соленый хребет". Напряжения, вызывающие землетрясения, копятся долго. И иногда, чтобы вызвать это готовящееся землетрясение раньше, чем оно созрело, достаточно просто подкачать воды в геологическую структуру. Возрастет поровое давление, "эффект смазки" уменьшит монолитность массива, и вот происходит землетрясение — тоже своего рода эффект возбужденной тектоники...

И тут возникает вопрос: а есть ли уверенность, что верна на сто процентов сдвиговая модель очага? То есть какую-то часть реальности она, конечно, отражает, но какую именно — сорок, шестьдесят процентов? И тогда в разных местах соотношение этой сдвиговой, тектонической, и несдвиговой компоненты (назовем ее "фактором X") может быть разным при абсолютно одинаковой сдвиговой внешности их всех...

Маскарад в мире сейсмотектоники... И чаще всего вопрос о несдвиговой модели очага возникает в связи с проблемой глубоких, мантийных землетрясений, механизмы которых ведут себя зачастую крайне загадочно и необъяснимо, с нашей "поверхностной" точки зрения.

Вот что писали об этом видные сейсмологи Б. Айзеке, Дж. Оливер и Л. Сайке:

"У островных дуг, где холодный экзотический материал погружается в мантию, природа ставит эксперимент, показывающий, как ведут себя нормальные близповерхностные материалы при высоких температурах и давлениях, действующих в астеносфере".

 

Пространство сейсмотектоники

Когда физика обращалась к странному миру микрокосма, а астрофизики еще оставались в старом, ньютоновском пространстве, надо было обладать яркой нетривиальностью, вплоть до чудачества в глазах даже близких коллег, чтобы подобно Лобачевскому и Риману заговорить о метрике иных, искривленных пространств и подобно Эйнштейну увидеть черты неньютоновской механики и неевклидовых геометрий в реальном мире.

Биологам и геологам, возможно, порой очень не хватает той пространственной раскованности, какую позволили себе физики и математики. Межатомные, межмолекулярные силы, может быть, не просто создают причудливые кристаллы и странной пространственной конфигурации большие молекулы, которые обеспечивают жизненные процессы. Эти силы по-своему перекраивают, перестраивают пространство в своих масштабах. И может быть, на этом фундаментальном допущении будет построена "обобщенная кристаллография", о которой грезил Джон Бернал, наднаука, объединяющая биологию и кристаллографию, наука, которая объяснит наконец геологический феномен возникновения жизни на пустой Земле. Ведь теория вероятностей дает нулевой шанс на случайное создание одной, первой молекулы ДНК, с которой могло бы все начаться. Тогда найдут объяснение и многие другие загадки эволюционного прогресса, которые нельзя объяснить простым действием естественного отбора.

На пространственной ограниченности мы вдруг ловили себя, когда силились понять, откуда по окраине Тихого океана, этой цитадели мобилизма, столько глубоких землетрясений с необычными для всего остального мира типами механизмов. Тип "б1". По меньшей мере наполовину этот тип означает вертикальный сброс, вертикальное движение по вертикальной поверхности разрыва. А ведь в мелких коровых землетрясениях этого типа почти нет! Почему в Тихом океане так, а в фокальной зоне Памиро-Гиндукуша иначе? В диаграмме типов подвижек, идущих в очагах глубоких землетрясений Памира, главное место занимает тип "в", чистый надвиг — тот же, что и в поверхностных землетрясениях. Пока однажды не пришло в голову: все дело в координатах, в системе отсчета. Верхние коровые землетрясения идут вблизи свободной поверхности Земли, они происходят, как говорят физики, в "полупространстве", ограниченном, срезанном сверху земной поверхностью. Вся многолетняя практика географии, а затем и геологии приучила ученых все отсчеты производить от горизонтальной поверхности. Именно относительно этой поверхности все типы геологического движения в очагах землетрясения становятся сбросом, надвигом, сдвигом и т. д. Правильно ли с той же (географической по сути) системой отсчета подходить к глубоким недрам — триста, шестьсот километров от поверхности?

Конечно, в некоторых случаях пространство и там сохраняет черты сходства с нашим, географическим. И там есть верх и низ, поскольку не отменяется сила тяжести. И там есть поверхность равного давления, параллельная дневной поверхности. Но гравитация играет там неизмеримо меньшую роль: ведь и аквалангист не чувствует своего веса в воде, и порой лишь всплывающие пузыри подсказывают ему, где верх, а где низ.

В каком же пространстве идут глубокие землетрясения? Что принять там за поверхность отсчета?

И такая поверхность есть в зонах глубоких землетрясений. Это — сама наклонная плоскость повернувшей в мантию литосферы. Привязавшись к этой плоскости, мы получаем новую "горизонталь", от которой можно по привычной схеме строить все углы. Остается, правда, решить еще, от какого направления на этой плоскости отсчитывать новый азимут. У нас азимут отсчитывался по часовой стрелке от линии перегиба плиты, поворота из горизонтального положения в наклонное, то есть от истинного протяжения в этом месте островной дуги, или (если речь идет о Памиро-Гиндукуше) от самой осевой линии вытянутой с запада-юго-запада на восток-северо-восток полосы эпицентров глубоких землетрясений. Причем за 90 градусов на этом циферблате было принято то направление, откуда плита движется, за 270 — куда она погружается (если считать, что она действительно погружается).

Пришлось вспомнить тригонометрию и выводить формулы пересчета механизмов землетрясений в новое конкретное пространство погруженной плиты, и потом был месяц кропотливого, как сказал бы раньше про кого-нибудь, а на самом деле весьма нудного труда.

Было пересчитано почти полтораста землетрясений. Сто японских глубоких землетрясений и 49 наших, памиро-гиндукушских. Только после этого можно было заняться сравнением и размышлениями.

 

Бомбы в мантии

Что же увидели мы, когда перед нами развернулось в цифрах черное, относительно холодное (литосферная плита, погруженная в мантию, намного холоднее окружающей среды) пространство литосферы, попавшей в плен к Плутону? Мы увидели, что плиты японских островных дуг сдавлены вдоль оси своего падения на всем своем прослеживаемом по глубоким землетрясениям протяжении. Ибо и в верхних частях погруженной, например, под Японское море плиты, и в нижних, обрывающихся на бездонной глубине где-то уже под уссурийской тайгой, господствовало сжатие, направленное по оси этого падения. Выходило, что японские плиты тонут не совсем охотно, сила подступающей сзади, от центра Тихого океана, литосферы буквально заталкивает плиту, и она движется быстрее, чём это было бы только под действием ее собственного веса.

При пересчете мы увидели, что там, в японских плитах, набор типов геологических подвижек оказался не странным и не обычным, как прежде, а стандартным набором любой альпийской складчатой зоны, и выходило, что эти плиты — что-то вроде тех же Альп или Кавказа, только они "сделаны" из океанической литосферы и повернуты набекрень. Странный тип "б" почти весь перешел в надвиг, то есть в тип "в".

Один из основателей и ярых приверженцев плитотектоники — Питер Мольнар (который на вопрос о том, чем он занимается в свободное от работы время, отвечал: "Тектоникой плит" — и который тем не менее был не прочь с азартом сыграть в наш гармский малый футбол) до приезда в Гарм очень много занимался тонущими плитами Тихого океана. Этот молодой американец одним из первых установил, что сдавливание такой плиты по продольной оси, то есть заталкивание ее, — дело вовсе не обязательное. Землетрясения промежуточной глубины (до 300 километров) сплошь да рядом показывают растяжение по оси (например, буквально тонущие, растягивающиеся при этом плиты Центральной и Южной Америки). Он показал и еще одну странную вещь. Некоторые плиты по пути своего падения в мантию то сжаты (плита "заталкивается"), то без всякого перехода как будто растянуты (плита "тонет" сама). "Тонет", "заталкивается" — это условные, конечно, обозначения; что там в самом деле происходит, неизвестно. Самое удивительное, что тонущая плита иногда как бы рвется пополам. В оторванном и далеко ушедшем вниз нижнем обломке плиты продолжаются сильные землетрясения. Причем сжатие в таком обломке, оказывается, идет по типу "заталкивания" — по падению куска плиты.

— Но почему? Ведь ее ничто уже не толкает, — спросил я Питера (дело было у нас на веранде, где мы отпаивали его зеленым чаем после очередного футбола).

— Это. Очень. Трудно, — с удовольствием проговорил Питер простую русскую фразу. — Мы не знаем.

И я подумал, что мы действительно этого не знаем и еще, может быть, долго не узнаем. Но странное и произвольное поведение плит при их погружении вниз (то сжатие по падению, то растяжение) может быть еще одним указанием на то, что сдвиговая маска глубинных землетрясений — это только маска. Она действительно говорит об условиях движения плиты: вот чуть посвободнее — и она как будто растягивается, вот чуть замедлилось погружение — и стрелки сжатия с ходу меняются местами со стрелками растяжения. Но сами землетрясения, непрерывно "стукающие" на всем протяжении плиты, вызваны иной причиной, энергия этих толчков другого происхождения... А сдвиговая маска накладывается, как эффект возбужденной тектоники накладывается на подземные ядерные взрывы. Тогда выходит, что погружающиеся плиты — как бомбы, только вместо взрывчатки они начинены энергией резкого, взрывоподобного разуплотнения (при попадании в менее плотную среду) и не менее резкого схлопывания (взрыва наоборот) при раздавливании плиты в более глубоких и плотных слоях мантии. Но постепенно эта энергия иссякает, плита дробится все более основательно, уравнивается в плотности и температуре с окружающей средой. И тогда она "замолкает", толчки в ней прекращаются (на глубине около 700 километров). Дальше она уже мирно, без толчков усваивается мантией полностью.

 

Подпорка крыши

Каким же предстало перед нами пространство плиты, круто уходящей вниз, под Крышу мира? Даже чисто формальные таблицы с первого взгляда обнаруживали, что под Памиром идет процесс, прямо противоположный тому, что показали механизмы землетрясений Японии.

Плита (или плиты, если их две) растягивалась по длине. А сжата она была поперек, как лента между рольгангами прокатного стана. Можно было рассуждать так.

1. Допустим, плита тонет от собственного веса, как тонут плиты под Южными Кордильерами. Тонуть может только океаническая плита: она действительно может быть тяжелее астеносферы. Если плита под Памиром — реликт прошлого, значит, она оторвалась от поверхностной литосферы 30 миллионов лет назад (по-видимому, тогда сошлись Индия и Азия). Раз она тонет (а скорость такого погружения плит ученые определяют не менее чем в один сантиметр в год), то ее верхний конец должен отстоять от поверхности Земли не менее чем на 300 километров! А она вся не более 300 километров, и никакого зазора между коровыми землетрясениями и глубокими ученые не усматривают.

Рис. 10. Памиро-Гиндукушский узел. Справа, на маленькой схеме, толстой прямой проведена проекция на поверхность самой глубокой части зоны глубокофокусных землетрясений, тонкой линией — изгиб той же зоны на глубине 100 километров. Прямая тонкая линия — предполагаемое первоначальное положение верхней части погруженной плиты на востоке. Стрелками показано современное растяжение по падению плиты, проявляющееся в механизмах землетрясений. Слева — схематический разрез по меридиану восточной части структуры. Древняя реликтовая океаническая плита в настоящее время не погружается, может быть, даже всплывает, добавляя вертикальную подъемную силу в тектонику 'крыши мира'. Прерывистая линия слева — предполагаемое первоначальное положение погружающейся в прошлом плиты океана Тетис. Плиту за верхний конец сдвинула на север давящая с юга материковая плита Индии. Прерывистой линией вверху обозначены широтные разломы северной части Памира. Горизонтальные стрелки — сжатие приблизительно по меридиану всей горной страны

2. Допустим, что плита там все-таки сухопутного, континентального происхождения. Подойдя друг к другу 30 миллионов лет назад, Индия и Азия пустили вниз встречные языки континентальной литосферы, затолкнули их на глубину, несмотря на то что литосферная континентальная плита легче мантии. (При таком заталкивании сила сжатия должна быть направлена по ходу движения.) Сейчас это насильственное заталкивание (вещь вообще-то весьма сомнительная) прекратилось. И легкая литосфера, загнанная против силы Архимеда в мантию, пошла назад, вспять. Причем быстрее всего идут назад верхние части плиты, недавно погруженные в мантию, а нижние, уже успевшие частично уплотниться, отстают, отсюда — растягивающее плиту напряжение.

Оба этих варианта не выдержат вдумчивой критики. В первом остается зиять проблема зазора, которого нет между поверхностью и погруженной плитой. Во втором абсолютно нереальным выглядит механизм заталкивания легкой континентальной плиты в тяжелую плотную мантию. К тому же, допустим, континентальная литосфера действительно ушла вниз на 300 километров. Но перед ней должна была идти, погружаясь, все та же древняя океаническая плита. Ничто не мешало ей продолжать опускаться в мантию и проявлять себя по пути глубокими землетрясениями!

И все же в обоих вариантах есть и привлекательные моменты. Из них-то попробуем составить третий, промежуточный вариант.

Погруженная плита, конечно, может быть только океанической. Но она почему-то не тонет, а даже, видимо, всплывает. Если плиты всплывают, многое объясняется. Например, то, почему азиатский и индийский разорванные вдоль эскалаторы, повернув вниз в разных местах (западный — на юге, восточный — на севере), под районом Памиро-Гиндукуша "встречаются" на глубине, склеиваются боками, превращаясь в единую широкую эскалаторную ленту, единую структуру. Такая "встреча" в глубинах мантии азиатской и индийской лент абсолютно невероятна. Если же представить себе, что лента, изначально единая на глубине, поверху рвется вдоль, причем восточная ее часть перегибается давящей с юга, от Индии, горизонтальной силой на север, многое становится понятным: например; то, почему на западе под прикрытием плиты, всплывающей вверх и на юг, быстро гаснут скорости горизонтальных движений, выявленных геологами, и рядом с великой горной страной существует огромная Таджикская впадина. А на востоке, где сломанная, перегнутая на север часть плиты уже не мешает движению каменных масс с юга, от Индии, происходит как бы прорыв плотины: горизонтальные скорости в литосфере сохраняются очень высокими, и влияние этого движения геологи находят даже за пределами Памира, далеко на севере, в Тянь-Шане. Если бы азиатская плита двигалась здесь под индийскую, картина была бы прямо противоположной.

Да, похоже, что это самая правдоподобная модель... Вот только как может всплывать океаническая плита, если она тяжелее астеносферы?

Мы много и с переменным успехом обсуждали этот вопрос. Сказать, что мы его решили, было бы грубым самообманом. Есть только намеки на выход из сложившихся противоречий и парадоксов.

Первый намек: плита под Памиро-Гиндукушем, несомненно, тяжелее континентальных литосферных плит и Азии и Индии, но тяжелее ли она астеносферы и прочей мантии па всей глубине до 300 километров — еще вопрос. Как раз под Крышей мира геофизики-гравиметристы поместили еще в 30-х годах центр мощной отрицательной аномалии силы тяжести. Обширность и размытость очертаний этой аномалии указывают на то, что ее источник, блок пониженной плотности, лежит именно в мантии. Тогда, в 30-х годах, советские геологи пришли к выводу, что под Памиром находится зона мощного разупрочнения, разуплотнения подкоровых масс с выпучиванием и глубокими землетрясениями, сопровождающими этот процесс.

Откуда же взялись представления о повышенных плотностях мантии под Памиро-Гиндукушем? Оказалось, сейсмические лучи от отдаленных землетрясений, приходя в силу законов преломления в толще планеты к Памиру почти снизу, набирают на последних 300 километрах своего пути некоторую разницу во времени пробега. Через фокальную зону глубоких землетрясений Памиро-Гиндукуша сейсмические лучи проходят на секунду-полторы быстрее. Повышенные скорости обычно свидетельствуют о повышенной плотности вещества. Но всегда ли?

Недавно советские сейсмологи измеряли скорости самых быстрых, продольных сейсмических волн в районе Камчатки. Их интересовало, одинаково ли идет волна через погруженную в мантию плиту "напротык" (слово не я придумал, это принятый термин) и по самой плите, вдоль нее. Оказалось, "напротык", поперек слоев плиты волна идет на 0,3-0,5 километра в секунду быстрее, чем по самой плите. Но почти вертикально приходящие к Памиро-Гиндукушу сейсмические лучи так ведь и идут "напротык" через горизонтальную континентальную литосферу и слои астеносферы (и тогда скорости пониженные) или по самой погруженной почти стоймя плите (и тогда скорости будут повышенные, даже если эта плита несколько менее плотная, чем вмещающая астеносфера). Разница в одну-две секунды пробега набирается очень легко. Наберется и больше, если всплывающая плита, например, внедрена в литосферу Памира (а похоже, именно так и обстоит дело).

Почему прекратила погружаться и начала всплывать последняя океаническая плита древнего океана Тетис? Может быть, когда океан полностью закрылся, мантия стала приспосабливаться к новому положению? Ведь известно, что мантия под океанами и под материками не одна и та же. И как чертик в склянке, затянутой пузырем (вот он только что тонул, а нажали на пленку сверху — пошел всплывать), плита остановилась в своем движении (может быть, успела уже оторваться, уйти километров на пятнадцать вниз) и медленно, торжественно двинулась вверх, поднимая Крышу мира, вмешиваясь в процесс столкновения континентов, смущая геологов и геофизиков.

Уникальный Памирский узел... Впрочем, такой ли уж уникальный? Под Карпатами до сих пор сохраняется узкий язычок глубоких землетрясений. Можно предположить, что и под Кавказом, и под Ираном, и под Гималаями существовали такие погребенные реликтовые плиты, только к настоящему времени они уже "выдохлись", замолчали. А может быть, их остатки и сейчас еще висят в мантии, только обнаружить их трудно: землетрясений в них нет... Недавно американские ученые обнаружили такую "молчащую" крутонаклонную (под 80 градусов) плиту под территорией штата Невада. Она выдала себя тем, что на полторы секунды быстрее пропускала через себя сейсмические волны от южноамериканских землетрясений. Самое странное, что плита, изогнутая дугой, тянется, если нарисовать эту дугу на поверхности Земли, поперек современных очень ярко выраженных меридиональных структур востока США. Похоже, 16 миллионов лет назад на востоке США существовало какое-то море типа Мексиканского залива (где и сейчас есть тянущаяся широтно небольшая островная дуга с наклонно уходящей вниз плитой). Плита под Невадой, по-видимому, тоже не тонет. Она висит и почти не всплывает, в ней самой нет землетрясений. Но наверху, на поверхности Земли, ученые отмечают в Неваде средние и слабые землетрясения, идущие по типу сброса. Причем растяжения в этих землетрясениях направлены так, что заставляют подозревать: плита уже (или еще?) упирается в крышу материка и слабо выгибает ее, начиная (или заканчивая?) вертикальное, сводовое поднятие Невады.

Реликтовые, погруженные в мантию литосферные плиты под Памиром, Карпатами, Невадой наводят на мысль по-новому взглянуть на этапы горообразовательной деятельности по всей Земле. Геологи давно заметили, что все большие горные системы Земли (и нынешние, и давно исчезнувшие) всегда воздвигались на месте геосинклиналей — областей длительного и интенсивного прогибания земной коры. Геосинклинальный этап горообразовательного процесса всегда сопровождался мощным накоплением осадков, чаще всего морских, с мощными внедрениями магматического и вулканического вещества.

Эти окаменевающие потом осадки и внедрения в них возносятся на поднебесные высоты. Поколения геологов пытались выяснить причины именно такой, а не иной последовательности событий. Было придумано много остроумных теорий, ни одна из которых не учитывала, однако, всех деталей удивительного явления. Например, совершенно не ясно, почему все эти геосинклинали и возникшие из них горы всегда были необычайно линейно вытянутыми, узкими и длинными. Сейчас, вероятно, без соединения геосинклинальной теории с новой глобальной тектоникой не обойтись.

И такая видится последовательность. Сначала — классическая геосинклиналь в виде островной дуги с примыкающими к ней с одной стороны глубоководным желобом, а с другой — окраинным морем. Все это в целом под влиянием тонущей здесь окраины плиты опущено, втянуто, как в воронку, в засасывающие плиту глубины; туда же оказываются затянутыми и легкие осадочные породы, что создает здесь гравитационную неустойчивость, возрастающее стремление части вещества вверх. До поры до времени только полоска вулканической суши выдает это скрытое стремление. Но эта полоска — центральная ось будущего общего воздымания. Вот процесс субдукции начинает вырождаться: то ли рифт, порождающий океаническую кору, сблизился с желобом, ее потребляющим, то ли континентальная литосфера, приплыв на мобилиетском "эскалаторе", своим телом закрыла зону субдукции и остановила механизм погружения. Такому вырождению подверглась, по всем данным, зона субдукции у Тихоокеанского побережья Северной Америки близ Невады (рифт слился с фокальной зоной).

И по-видимому, в тонущей плите, лишенной нового подпора сверху, почти сразу происходит раскол. Нижний ее язык от 300 до 700 километров глубиной, продолжая погружение, отрывается и тонет, усваиваемый мантией, а верхний останавливается, а может быть, под влиянием изменившихся внешних условий (например, попав в более плотную подконтинентальную мантию или в восходящую "струю" конвективного мантийного потока) начинает и всплывать. Начинают всплывать и затянутые в мантию против силы тяжести легкие осадки. Американские Кордильеры — это пример перелома в геосинклинальном процессе. По всему фронту Центральной и Южной Америки еще не закончилась субдукция, как уже закончилась она для Северной Америки, но уже силы воздымания начинают одерживать верх. Огромные массы легкого вещества, затянутые "против воли" в мантию, ищут выхода, образуют в коре вытянутые зоны, обогащенные ценными веществами, воздвигают высочайший хребет. Сама же затолкнутая вглубь, под Америку, плита, хотя и продолжает погружаться, готова остановиться. Оттого и механизм глубоких землетрясений там не тот, что, скажем, под Японией, но такой же, как под Памиром!

Давно закончилась субдукция под Памиром и Карпатами, но попятное воздымание затянутого в мантию вещества еще продолжается, сопровождаемое глубокими землетрясениями. А под Гималаями, Альпами этот процесс зашел еще дальше, они переживают последний, уже чисто горообразовательный этап геосинклинального процесса — без глубоких землетрясений.

 

Энергия, накопленная в прошлом

Об этой гипотезе я читал давно. В журнале "Земля и Вселенная" когда-то рассказывалось о коллективе сейсмологов, собравшихся на совещание в Гарме, в своей обсерватории. Помнится, автор статьи сдержанно, но добросовестно изложил основы построений Виталия Пономарева и, не выказывая никакого к ним отношения, перешел к очередному вопросу, кажется к знаменитому случаю, когда Алексей Николаев во время своего весьма серьезного доклада о сейсмической "мутности" в качестве иллюстрации предложил собравшимся свое очень недурное полотно, выполненное в духе если не абстракционизма, то Чюрлениса. О Николаеве и мутности я расскажу дальше, а досказать наконец все про гипотезу накопленной энергии (независимо от Пономарева похожую идею развивают Кучай из Душанбе и Хлобустов из Ташкента) самое время.

Свой рассказ Виталий всегда начинает с ошеломляющих фактов. Последуем его примеру.

Когда строили туннель под Монбланом и основательно уже углубились, начали происходить странные случаи. Вот отвалили большой кусок породы, везут в вагонетке. И вдруг (иногда еще в вагонетке, иногда уже снаружи, в отвале) бах! Взрыв! Камень — в порошок, разлетается вдребезги.

В шахтах иногда происходят горные удары, которые тоже трудно отличить, с одной стороны, от землетрясений, с другой-от взрывов. Когда добираются до "гипоцентра" горного удара, чтобы выяснить, какие деформации вызвали катастрофу (а горные удары — это именно катастрофы), выяснить часто ничего не удается: горные породы перемолоты в пыль.

Один мой знакомый любил спрашивать: что будет, если... И дальше шло что-нибудь такое, чего быть в природе не может. Но такие мысленные эксперименты очень полезны и часто применяются в науке. Помню, один раз он спросил: "Что ты увидишь, если перед твоими глазами разрежут, как арбуз, пополам земной шар?" Я начал напрягать память и мямлить: вот увижу жидкое ядро, в нем твердое ядрышко... Знакомый пришел в восторг от моей тупости. "А ничего тыне увидишь, — заорал он, — ты ослепнешь сразу. Ведь Земля вся, за исключением верхних нескольких сот километров, раскалена добела, ярче самой яркой электрической лампы!" Тогда я, помню, был сконфужен. Но сейчас, я мог бы задать ему тот же вопрос, и, когда он с удовольствием выпалит свое умозаключение, я имею все основания в тон ему сказать:

— А ничего ты не увидишь и не ослепнешь, ты погибнешь сразу от чудовищного взрыва! Ведь освободится вся затаенная в Земле энергия ее гравитационного сжатия. Миллиарды атмосфер — и все наружу!

И пожалуй, он будет еще более сконфужен, чем я, ибо этот мой знакомый — сейсмолог и должен был в первую очередь подумать о механике, а не об оптике земных недр.

Все эти примеры и мысленные эксперименты говорят о том, что в недрах нашей планеты хранится огромное количество энергии. Не следует думать, что эта пассивная потенциальная энергия всестороннего давления пробуждается только в редких, исключительных случаях. При разного рода фазовых превращениях вещества (например, при изменении внешнего давления, температуры) масса даже небольшого объема (например, гранитных пород) по-разному воспринимает это изменение. В составе гранита — кварц, полевой шпат, слюда, у них разные коэффициенты расширения, модули упругости и что-то там еще, в результате в принципе не исключено раздробление гранитной глыбы в недрах, без ее извлечения на поверхность.

Где на Земле возможно повышенное выделение такой энергии? Во-первых, в рифтах. Об этом уже говорилось выше. Там эта энергия выделяется в форме тепла и мощных нагнетательных процессов, обеспечивающих плитотектоническим импульсом всю литосферу планеты. Во-вторых, она должна как-то проявлять себя и в горах. Так или иначе, но горы растут, а с их вершин непрерывно смывается, выветривается слой за слоем. Там происходит непрерывный и неравномерный в пространстве процесс подъема к поверхности сжатой чудовищным давлением бомбы земных недр. Куда девается вся эта энергия, по подсчетам, очень большая? Неужели исчезает бесследно? Не она ли ответственна за большую часть трещин и разломов в коре Земли?

Не эта ли энергия хотя бы отчасти ответственна за бесчисленные землетрясения, которые есть во всех горных системах Земли?

Механизм разуплотнения... Сам автор и энтузиаст этой гипотезы Виталий Пономарев, как это часто бывает, склонен расширить рамки ее применения до весьма широких пределов.

— Представь, — говорит он мне, и глаза его зажигаются фанатическим блеском, — гора! С горы эрозия смывает слой.

Весь столб литосферы до самой астеносферы, на которой он "плавает", становится легче. Он поднимается... Ну, возьми двадцатисантиметровой толщины льдину, срежь верхние два сантиметра, на которые она выступает из воды. Льдина поднимется — но не на все два сантиметра, а на одну десятую оставшихся восемнадцати сантиметров — на 1,8 сантиметра. Так? Срезая льдину слой за слоем, ты уменьшаешь ее толщину, а значит, и величину компенсационного всплывания. Процесс затухает.

В Земле — другое дело! Столб литосферы поднимается после снятия нагрузки на некоторую величину, тоже меньшую, чем эта снятая нагрузка. Но сам столб весь, по всей длине, попав в несколько другие условия всестороннего сжатия, слегка расширится, освобождаясь от избыточного давления, разуплотнится, потеряет в удельном весе. А значит, поднимется еще немного — ровно на столько, чтобы достигнуть прежней отметки. Снизу освободившееся пространство заполняется астеносферным веществом, ничем по составу не отличающимся от литосферного, столб возвращается к прежнему состоянию, ну все равно как если бы льдину снизу намораживали ровно на столько, на сколько ты ее срезал.

Ты понимаешь, раз уж есть гора или континент (любая область сноса), то она себя поддержит, подрастая ровно на столько, на сколько съедает ее сверху эрозия!

— Ты же смотри, что дальше получается, — уже не говорит, а кричит Виталий, задыхаясь от непрерывно прикуриваемых сигарет. — Ты слышал, были ядра роста континентов — это когда Земля дифференцировалась, всплывали комочки веществ полегче, возникли первые участки континентальной коры. Возникнув, они превратились в самоподдерживающуюся и даже развивающуюся систему (осадки после эрозии далеко не уносило, откладывало рядом, суша разрасталась и сама становилась областью сноса, а значит, тоже начинала подниматься, разуплотняясь).

— А тот подъем ведь надо компенсировать, понимаешь же ты! — от возбуждения переходя на свой украинский акцент, кричал Виталий мне уже позже в Москве по телефону. — Область разуплотнения становится областью подсоса. Чего? Ясно — астеносферного вещества. В астеносфере возникает течение от океанов к континентам и горным областям. А разве плитотектоника может объяснить, почему течет астеносфера, да плиты еще ж на себе тащит? Конвекция в мантии? Сомнительно...

Так вот, каждая горная область, каждый континент сосут под себя астеносферное вещество. Но таких зон подсоса много. Скажем, Евразия, Америка. Они гребут под себя вещество, а его мало — слой астеносферы тоньше литосферы, по нему плавающей. Откуда гребут? Из-под океанов. А там, где сталкиваются интересы двух зон подсоса, возникает "водораздел", граница, откуда вещество течет, волоча на себе плиты, в обе стороны! Догадываешься? То ж рифты! Оттуда вещество отсасывается на столько, что возникает новое течение компенсаций, новый подсос, на этот раз снизу, из глубин мантии...

Первая реакция всех знакомых на гипотезу Пономарева — оторопелое молчание. Следствий и выводов так много, что сначала кажется: ужели вот он, ответ на все вопросы? Растекается океаническое дно, раздвигаются континенты, а все из-за чего? Все эти оползни, сели, несущие муть и валуны реки, ледники — это не только результат роста гор, но и причина их роста, и причина роста и существования континентов и течений в астеносфере, и даже причина спрединга — растекания океанического дна у далеких рифтов. Географическая тектоника!

Впрочем...

— Виталий, а как же зона субдукции, заталкивания океанической плиты на стыке континента и океана? Поворачивая вниз по периметру всего океана, литосфера образует прочные завесы, перекрывающие хилые твои течения по астеносфере и, значит, прекращающие весь процесс. А процесс-то не прекращается! И потом, как ты объяснишь, что есть области (тот же Памир, Гималаи), где скорость роста гор на порядок больше, чем скорость их эрозии? К тому же раз плитотектоника остается, значит, и мобилистский механизм роста гор на стыке плит остается тоже... Зачем тогда твой механизм разуплотнения?

Минуту Виталий молчит, ожесточенно затягиваясь сигаретой на другом конце провода, и признается, что "над этим еще надо подумать".

Короче говоря, немало трудностей у гипотезы разуплотнения: слишком уж четко и ясно прослеживается во всем сейсмическом режиме, в механизмах землетрясений тектоническая, геологическая подоплека, направленность всего движения. Но какое-то место в будущей модели сейсмического очага этот дополнительный источник энергии может обрести. Сейчас некоторые сейсмологи (например, наш, гармский, Б. Г. Рулев) разрабатывают сложные (двойные, тройные) модели очага. И уже ясно: чтобы пришел в действие обычный сдвиговый механизм сильного землетрясения (со смещением по большой плоскости), к этому смещению плоскость должна быть подготовлена в предыдущих фазах.

Совсем другую роль несдвиговая компонента может сыграть в глубоких землетрясениях.

Плита, медленно всплывающая под Крышей мира, попадает каждым своим погонным километром в условия все меньшего давления окружающей среды. И по всей длине она разуплотняется, растрескивается, как это нередко бывает с керном пород из глубокой скважины.

Интересно, что распухание плиты, как и керна, идет во все стороны скорее всего одинаково. Но если по наименьшему расстоянию, то есть по толщине, это распухание может идти и без растрескивания, то по длине плиты напряжения от этого неравномерного, усиливающегося кверху распухания, разуплотнения достигают критических величин, приводящих к разрушению — землетрясению (так и керн пород из глубокой скважины разуплотняется во все стороны, а растрескивается только по длине). Становится понятным распределение напряжений в механизме глубоких памирских землетрясений. Если для поверхностных землетрясений сжатие как бы главная ось, а ось растяжения — это скорее ось наименьшего сжатия, то во всплывающей плите главная сила — растяжение. И про ось сжатия глубокого землетрясения в этом случае можно сказать: "ось наименьшего растяжения". Но и это наименьшее растяжение для погруженной плиты фиктивно. Просто в эту сторону плита растягивается без толчков-землетрясений.

Да, непросто распутать Памирский узел... Пусть читатель не думает, что автор самонадеянно взялся разрубить его. Над его распутыванием будут биться еще поколения геологов и геофизиков. Но может быть, читателю теперь будет яснее, как это делалось и делается.