Земля - живая планета

Земля в отличие, например, от Луны является живой планетой. Ее ландшафт формируется под воздействием внутренних сил, благодаря которым вырастают горы, образуются плато, прогибаются бассейны, хотя в то же время эрозия разрушает неровности рельефа. Самым разительным проявлением этой жизни служат вулканы и землетрясения. Познание природы и происхождения динамики недр планеты всегда было основной задачей наук о Земле.

Теперь известно, что начиная с рождения Земли, имевшего место более 4 700 000 000 лет назад, внутри нашей планеты происходит непрерывное брожение раскаленной массы и что если бы этот процесс внезапно прекратился, то через несколько миллионов лет эрозия уничтожила бы все выступающие части земной поверхности. Тогда Земля стала бы в полном смысле слова "голубой планетой" солнечной системы, потому что вся она скрылась бы под покровом моря.

Более двух столетий ученые тщетно бились над разгадкой динамических процессов, следы которых они видели на поверхности материков. И только каких-нибудь десять лет назад была предложена первая целостная модель, способная объяснить эту эволюцию. Созданная модель, хотя она и была первой, уже совершила переворот в науках о Земле, сравнимый только с тем переворотом, который потряс физику в начале XX века.

Первооснова, гипотезы удивительно проста. А именно: поверхность Земли состоит из десятка гигантских пластин, которые принято называть плитами. Постоянно передвигаясь (со скоростью нескольких сантиметров в год), плиты в процессе дрейфа перемещают расположенные на них континенты. Трение между плитами является источником землетрясений. От столкновения плит рождаются горные Цепи, а в расселины, образующиеся при расхождении плит, поднимается магма.

Прежде чем человек пришел к такому выводу, ему пришлось преодолеть три психологических барьера. Первым барьером оказалось понятие времени. Для понимания истории Земли необходимо было осмыслить гигантский временной масштаб геологических эпох.

Вторым барьером явилось учение о неподвижности земной коры, или, точнее, о вертикальности ее перемещений. Ученые долго считали, Что два изначально смежных континентальных блока пребывают в неизменном положении по отношению один к другому и что все изменения происходят только в вертикальном направлении. А требовалось, наоборот, осознать, что континенты и океаны отнюдь не стабильны: их относительные перемещения на сегодняшний день составляют десятки тысяч километров.

'Если бы возможно было удалить воду, заполняющую океанические бассейны, стало бы совершенно ясно, что характернейшие явления, протекающие в недрах Земли, присущи не континентам, а наибольшей части морского дна...' Здесь изображен Срединно-Атлантический рифт и пересекающие его разломы.

Третьим и, безусловно, самым важным барьером было представление о континентах как об основной арене проявления внутренней жизнедеятельности планеты, хотя 71 процент ее поверхности составляет океаническое дно.

Так как 60 процентов площади, занимаемой Мировым океаном, лежит на глубине, превышающей 2000 метров, а в среднем его глубина равна 4500 метрам, то огромная толща воды, создающая преграду между ложем океана и человеком, оставалась непреодолимой вплоть до середины XX века и все теории эволюции Земли строились исключительно на основании изучения ее надводной поверхности, то есть 29 процентов всей ее площади. Еще сегодня топография невидимой нам стороны Луны известна лучше, нежели дно наших морей. Океаны представляют собой поистине последнее "белое пятно", на которое люди повели атаку.

А между тем, если бы возможно было удалить воду, заполняющую океанические бассейны, стало бы совершенно ясно, что процессы, протекающие в недрах Земли, нагляднее всего проявляются вовсе не на континентах, а в наиболее глубоководных районах морского дна. Речь идет прежде всего о рифте, этой трещине в земной коре, которая опоясывает Землю, речь идет о расселине, через которую почти беспрерывно, по крайней мере в масштабах геологических эпох, просачивается из глубин базальтовая магма.

 

Хаттен и временной барьер

Вплоть до конца XVIII века история Земли почти единодушно трактовалась в согласии с библейскими концепциями сотворения мира.

Исходя из генеалогии, которую библия прослеживает от Адама до Христа, ирландский архиепископ Асшер подсчитал, что Земля была сотворена в 4004 году до рождества Христова, а еще точнее: в воскресенье 23 октября в 9 часов утра! Для любого мало-мальски внимательного исследователя очевидно, что резкие изменения в строении рельефа или в животном мире, происшедшие за указанный период, не могли не сопровождаться катаклизмами. Библия указывала на такой катаклизм - всемирный потоп, который, согласно Асшеру, произошел в 2349 году до н. э. Таким образом, эволюцию нашей планеты за шесть тысяч лет, протекших с момента ее сотворения, объясняли катастрофическими колебаниями уровня океана, который однажды полностью покрыл сушу и затем неоднократно снова наступал на нее.

Эти потрясения нашли истолкование у такого замечательного мыслителя, как барон Жорж Кювье. Он еще в 1812 году писал в своем трактате "Исследование об окаменелых костях": "Разрывы, выпрямления, разрушения самых древних земных пород позволяют не сомневаться в том, что такое их состояние было вызвано внезапными и пагубными причинами... Жизнь, следовательно, претерпевала ужасные потрясения..."

Сам Жорж Кювье насчитывал по крайней мере четыре таких катаклизма.

И действительно, если Вселенной не более шести тысяч лет, то естественные катастрофы, вызванные подземными толчками и вулканическими извержениями, предстают случайными явлениями, не связанными с динамической эволюцией Земли. В течение десятков тысяч лет землетрясения расценивались как божья кара, заставляющая дрожать холмы", по выражению автора одного из библейских псалмов. Землетрясения ставили в один ряд с такими стихийными бедствиями, как ураган или чума, и усматривали в них только разрушительную силу.

«Распределение сейсмичности на поверхности Земли не случайно...» Землетрясения сосредоточены в узких поясах вокруг Тихого океана и вдоль срединно-океанического рифта. Набросок А. Леру, измененный в соответствии со схемой А. Шпильхауза (журнал «Эос», 1975).

Здесь, вероятно, кроется объяснение того, почему люди, выбирая себе места жительства, никогда не руководствовались соображениями сейсмической безопасности. От недр Земли они откупались человеческими жизнями (в среднем от землетрясений ежегодно погибает 14 000 человек, но утверждают, что извержение лавы в Ганьсу в 1556 году унесло жизни 820 000 китайцев).

Как бы ни был свиреп вулкан, население очень быстро возвращается на его покрытые лавой склоны, а на руинах только что разрушенного подземными толчками города обычно сразу же начинает расти новый. И по сей день Калифорния притягивает к себе массу народа, хотя известно, что следующее большое землетрясение причинит материальных убытков на сумму от 40 до 80 миллиардов франков и унесет тысячи, а возможно, и десятки тысяч жизней в зависимости от того, в какое время суток оно произойдет. Люди привыкают к сейсмической опасности, как муравьи к ливням, которые периодически затапливают их муравейники.

Тем не менее сейсмическая активность - явление отнюдь не случайное. Так, она приурочена ко всей периферии Тихого океана. Этот район принято называть "огненным кольцом", настолько он изобилует вулканами. Другая сейсмически опасная зона пересекает Европу и Азию вдоль Альп и Гималаев. Эти два сейсмических пояса, хорошо известные геологам, связаны с теми районами, где возникли самые молодые горные системы, такие, как Альпы, Гималаи, Анды, Скалистые горы, что указывает на связь орогенеза, то есть формирования горных цепей, с сейсмической и вулканической деятельностью.

Все это понял английский геолог Джон Хаттен, который жил в XVIII веке и проницательный ум которого рассмотрел динамику недр Земли во всей ее полноте. Геологическая история нашей планеты, решил он, должна быть исключительно давней, чтобы успело произойти разрушение и обновление существующих форм рельефа в соответствии с ходом известных нам естественных процессов. Впрочем, утверждал ученый, он не обнаружил ни следов первозданного облика Земли, ни чего-либо такого, что предвещало бы скорое светопреставление. Подобное допущение современники Хаттена восприняли как святотатство. И потребовались десятки лет для того, чтобы эта точка зрения была принята всеми. Трудно угадать, в каком направлении пошло бы развитие науки о Земле, превалируй тогда в ней, например, положение индусской космогонии, по летосчислению которой 1975 год нашей эры соответствует 1972942076 году, что приблизительно только в два раза меньше предположительного возраста нашей планеты.

Во всяком случае ясно, что введение понятия чрезвычайно долгого геологического времени позволило науке добиться значительных успехов уже в начале XIX века.

Отныне стали исходить из того, что вулканическая деятельность способствует обновлению поверхности планеты, а эрозия, сглаживая неровности рельефа, постепенно превращает их в цветущие мирные долины.

Следовательно, их географическое расположение отвечает логике, по законам которой протекает земная эволюция и которую человек стремится распознать.

"Землю, - говорил Джон Хаттен, - можно сравнить с живым организмом, который обновляется по мере отмирания его старых тканей... Разрушенная в одном месте, она одновременно воссоздается в другом".

Фактором обновления Земли служит ее "утробное огненное месиво", которое обусловливает поднятие с морского дна горных массивов, сопровождаемое вулканической деятельностью, преобразование осадков в горные породы под воздействием высоких температур (метаморфизм), сейсмичность и деформацию осадочных пород. Таким образом, Земля фактически напоминает тепловую машину, внутренняя и внешняя деятельность которой циклична. Продуктом составных частей этой цикличной работы являются осадочные отложения во впадинах, их качественное преобразование под воздействием высоких температур, складчатость, поднятие земной коры и, наконец, эрозия.

 

Вегенер и барьер неподвижности

В изучении горных массивов ученые XIX века добились больших успехов.

Что же касается геодинамики, то в этом направлении, как ни парадоксально, они зашли в тупик. Геологов прежде всего поражало, что горообразование связано с весьма значительными вертикальными перемещениями земной коры, амплитуда которых составляет 15-20 километров; эти перемещения могут охватить целый ряд линейно вытянутых, тектонически подвижных ее участков, называемых геосинклиналями. Так, было выявлено, что северные Аппалачи, на востоке США, образовались из отложений, уходивших в глубину на 12 километров и покрывавшихся незначительным слоем воды на континентальной коре.

История медленного прогибания этих геосинклиналей, за которым следовало сравнительно быстрое их поднятие, выглядела загадочной. Непонятным также казалось, почему эти геосинклинали занимают столь узкие зоны. Неуемным студентам, задававшим подобные вопросы, отвечали, что здесь все дело в "ослабленных зонах". А если они не унимались и набирались храбрости спросить о природе или происхождении наблюдаемого явления, то в ответ обычно ссылались на сжатие Земли, связанное с ее остыванием. Действительно, это была единственная теория, которая могла увязать имеющиеся факты с законами физики.

Естествоиспытатель любит говорить языком цифр. Не высказываясь вслух, он чуточку разделяет мнение физика лорда Резерфорда, что из всех наук "существует только физика, затем химия, являющаяся разновидностью физики, и, наконец, коллекционирование марок"! Чтобы избежать зачисления в категорию филателистов, геофизик нуждается в хороших геофизических теориях. Прекрасной иллюстрацией узости мышления некоторых ученых служит анекдотический случай, имевший место в 1963 году с автором одной из актуальнейших за последнее десятилетие статей о Земле: ее публикация была отвергнута крупным научным журналом по той причине, что она не содержит "ни новой информации, ни математических расчетов и находится в противоречии с общепринятыми идеями..."

Теория охлаждения Земли представлялась в высшей степени научной; она позволяла производить точные математические расчеты, разумеется, при условии принятия некоторых отправных гипотез. Она была очень удобна для изложения на лекциях. Аналогия сжимающейся в процессе охлаждения Земли с яблоком, кожура которого по мере его старения морщится, приводилась в каждом учебнике географии.

К великой досаде ученых, сделанные расчеты плохо согласовывались с фактами, наблюдаемыми на земной поверхности. Открытые в скором времени шарьяжи, или надвиги одних пластов на другие, недвусмысленно указывали на очень значительные деформации земной коры, сокращающие ее площадь и явно превышающие по величине те, что предусматривались теорией сжатия. По отношению только к Альпам речь шла о сотнях и даже тысячах километров. Эти сокращения площади не находили объяснения в простом отрыве крупных блоков и в их смещении по разные стороны горных цепей.

В 1841 году в Швейцарских Альпах был обнаружен первый надвиг значительных размеров: на протяжении 15 километров древнейшие пласты оказались расположены над более молодыми пластами. Пришлось допустить, что они были вытеснены со своего первоначального местоположения. Автор этого открытия не обнародовал никаких данных - по его собственному признанию, он опасался, "как бы его не упрятали в психиатрическую лечебницу". Но в дальнейшем эти необычные наблюдения были подтверждены и даже умножены. В разных местах ученые отмечали нагромождения шарьяжей, этих "плавучих" пластов, исторгнутых из чрева Земли. Трудно было объяснить это явление иначе, чем значительной деформацией земной коры. Ученые, уверовавшие в шарьяжи, ощутили то, что хорошо можно выразить остротой Марка Твена: "Если бы Швейцарию развернуть и распластать, то получилась бы немалая страна.

Явление значительных сокращений площади, занимаемой горными массивами, произвело сильное впечатление на английского физика преподобного Осмонда Фишера. Чрезвычайная нестабильность земной коры не поддавалась объяснению с помощью гипотезы сжатия, и он ее решительно отверг. Здесь требовалась более мощная движущая сила. И вот, анализируя современное динамическое состояние нашего шара, Фишер был поражен существованием сейсмического кольца вокруг всего Тихого океана. Выбрав для примера Японию, он пришел к мысли, что там все происходит так, словно океаническая кора опускается под остров и этот поддвиг служит причиной землетрясений. Кроме того, ученого удивляло наличие базальтового вулканизма и постоянно сохраняющихся трещин растяжения в Исландии. Он сделал вывод, что "плато", протянувшиеся вдоль оси Атлантики (ныне известные под названием Срединно-Атлантического хребта), разбиты трещиной, образовавшейся под влиянием сил растяжения и являющейся местом выхода жидкой магмы из недр Земли.

И тогда ему стало казаться, что механизм, обусловливающий растяжение в центре океанического дна, должен создать сжатие по краям океанов. Он предложил, согласно его собственной терминологии, систему "конвективных потоков" (Простая аналогия позволяет понять, что представляют собой эти таинственые потоки в недрах планеты: когда на огонь ставится кастрюля с овсяной кашей, то в ней образуются "конвективные потоки" - горячая масса поднимается на поверхность, а холодная, более тяжелая, опускается ко дну. - Прим. авт.) в магме, находящейся под литосферой Земли. Что, как не эти потоки, определяет систему сил, центр которой находится на дне океанов? Потоки, поднимающиеся вверх вдоль осей срединно-океанических "плато" в процессе вулканических извержений, формируют новую базальтовую кору, как, например, в Исландии. И наоборот, охлажденные, а, следовательно, отяжелевшие породы как бы проваливаются в свое прежнее лоно, что обусловливает появление сейсмичных зон, как, например, на периферии Тихого океана.

Суперконтинент Пангея 200 миллионов лет тому назад.

Фишер сравнивал эту систему с образованием корочки в лавовых озерах Килауэа на Гавайях. Аналогия, замечательно подкрепляющая современную теорию, совсем недавно была открыта заново, независимо от Фидиера.

Когда расплавленная лава выбрасывается на поверхность озера, то, соприкасаясь с воздухом, она охлаждается и отвердевает. Так образуется кора, которая со временем все более утолщается, а поскольку кора плотнее лавы в расплавленном состоянии, то настает момент, когда ее наиболее плотная и, стало быть, наиболее тяжелая часть отъединяется и вновь погружается в лавовое озеро, где и растворяется. Погружаясь в озеро, она увлекает за собой прилежащую плиту, образуя трещину в том месте, где кора наиболее тонка.

Через эту щель выступает новая порция лавы, и начинается повторный цикл.

200 миллионов лет спустя — современное расположение материков.

Свои наблюдения с 1881 по 1891 год Фишер изложил в труде, озаглавленном "Физика земной коры". Идеи, составляющие основу современной модели строения Земли, заложены в этой книге: Земля как прообраз тепловой машины; взаимосвязь между перемещениями земной коры и сейсмичностью, между вулканизмом и орогенезом; главенствующая роль океанических структур, в частности хребтов и впадин, пассивная роль континентов, подвергающихся воздействию глубинных течений, и т. д.

Важно понять, на каких путях Фишер оказался новатором. Он первый взял за отправную точку нынешнюю динамику нашей планеты (вулканизм и сейсмичность) и построил схему, способную объяснить одновременно и настоящее, и прошлое Земли, В этом его основная заслуга. Много проще составить "тесты" применительно к настоящему времени, когда можно определить многочисленные параметры сейсмичности или распределения температур, чем нарисовать картину прошлого с помощью математических выкладок. С другой стороны, Фишер в своей теории динамики коры отвел решающую роль тектонике океанического дна и, конструируя модель Земли, устремил взор не на континенты, а на океаны.

Это могло совершить революцию в геологических воззрениях той эпохи.

Но об океанах и сейсмичности тогда знали еще так мало, а локальные исследования гор настолько вскружили геологам головы, что его книга осталась незамеченной и не оказала серьезного влияния на развитие геофизики.

Для того чтобы эти идеи прочно вошли в сознание ученых, должно было минуть 70 лет, в течение которых продолжали господствовать фиксистские теории, уделявшие преимущественное внимание континентам, где единственно значимыми движущими силами считались вертикальные сдвиги земной коры.

Открытие радиоактивности в начале XX века вынудило отвергнуть общепринятую модель внутреннего строения Земли. Выяснилось, что благодаря своей радиоактивности Земля обладает собственным источником тепла. Значит, дальнейшее охлаждение Земли и Солнца вовсе не предвещает относительно скорую гибель всего живого на планете.

Все расчеты охлаждения и сжатия Земли оказались теперь ненужными, поскольку теперь даже уже нельзя было сказать, охлаждается она или разогревается. Не говорят же об охлаждении электрорадиатора на том основании, что он излучает тепло! Земля еще не умирает. Она живая планета, очень даже живая. И в этом Осмонд Фишер был прав.

Не напрасно один из журналов дал сенсационное название статье о Земле: "Конец света откладывается".

Но поистине громовой удар по концепции фиксизма последовал совсем не с той стороны, откуда его следовало ждать. На этот раз в роли ниспровергателя основ выступил немецкий метеоролог Альфред Вегенер.

Гроза, вызванная в 1912 году его идеями подвижности литосферных плит, продолжалась сравнительно недолго. Уже в 1925 году французский геолог Термье говорил о них как "о прекрасной мечте, мечте истинного поэта: мы пытаемся овладеть ею, но убеждаемся, что ловим всего-навсего туман иди дым".

Что нового дал нам Вегенер? Его поразило сходство между чертаниями африканского и американского побережий, сходство настолько разительное, что он счел вполне возможным допустить существование сотни миллионов лет назад единого суперконтинента, который затем раскололся на две части, а место разлома постепенно заполнил Атлантический океан.

Основные положения его гипотезы в дальнейшем подтвердились: современные материки образовались около 200 миллионов лет назад из огромного суперконтинента, который Вегенер назвал Пангеей. До разделения Пангеи Атлантической и Индийский океаны не существовали. Животные могли посуху добираться из Африки в Америку и Европу. Существовавшее тогда море Тетис вклинивалось в северную часть суперконтинента, названную Лавразией (включавшую Северную Америку и Евразию), отделяя ее от его южной части - Гондваны (в нее входили Южная Америка, Африка, Индия, Австралия и Антарктида).

О существовании Тетиса свидетельствуют остатки его ложа и осадочные отложения в современных горных массивах. В данном районе тайну горообразования следует искать в длительном процессе сокращения площади дна этой акватории, совершенно исчезнувшей в наши дни. Альпы окончательно сложились в результате встречного движения Африки и Европы, а Гималайские горы - Индии и Азии.

Гипотеза Вегенера позволяла реконструировать взаимное положение континентов до начала их дрейфа, а стало быть, осмыслить с единой позиции происхождение геологических формаций, горных поясов и климата суперконтинента. Немецкий ученый как бы складывал заново разодранную на куски газетную страницу, стремясь не только восстановить форму самого листа, но и воссоединить отдельные буквы, воспроизведя тем самым цельный текст.

Именно по этой причине некоторые геологи, наделенные способностью глобального охвата явлений, остались горячими сторонниками Вегенера. Но их призыв признать его гипотезу оказался гласом вопиющих в пустыне, так как они жили в эпоху, когда геофизика как наука только еще зарождалась. Колоссальный прогресс техники и математики позволил проникнуть далеко в глубь нашей планеты. От "поэзии" перешли к уравнениям. Теперь слово было за физиками.

Итак, с точки зрения геофизиков того времени, гипотеза дрейфа континентов представлялась абсолютно бесперспективной, так как ученых интересовали только геологические процессы, протекающие на Земле в настоящее время. Теория Вегенера, согласно остроте отца современной геофизики Гарольда Джеффриса, "является объяснением, которое ничего не объясняет из того, что мы (геофизики. - Авт.) хотим объяснить".

И действительно, хотя Вегенер был знаком с трудом Фишера, однако дрейф земной коры он связывал с силами, действующими на континентах, а не подо дном океана. Он представлял континенты чем-то вроде самоходных паромов, которые, двигаясь, вспарывают подобное мягкому воску днище океанов. А физики показали обратное: породы, слагающие океаническое ложе, прочнее пород, слагающих континенты, и, следовательно, их перемещения исключены. Не в пользу Вегенера говорили также землетрясения и вулканы, которые, согласно его гипотезе, никогда не могли бы встречаться на дне океанов, а возникали бы лишь вокруг континентов, шельфы которых, по представлению ученого, претерпевали деформацию при Перемещениях материков.

Итак, механизм дрейфа континентов, предложенный Вегенером, был ошибочным и не объяснял современную динамику земной коры, то есть распределение и происхождение сейсмичности и вулканической деятельности, а также природу и структуру океанического дна. Срединно-океанические хребты Вегенер считал частями континентов, оторвавшимися от них во время дрейфа. В его модели эти хребты не играли существенной роли, а между тем в действительности они составляют основной элемент геодинамики.

Теперь можно только фантазировать, что произошло бы, согласуй Вегенер свою теорию мобилизма с верной в целом динамической схемой Фишера.

Возможно, лет тридцать было бы выиграно. Возможно, это ускорило бы изучение океанического дна. Во всяком случае, сам Вегенер; признавал, что ключ к решению проблемы находится на дне океанов. "Увы, - говорил он, - долго еще нельзя будет добыть с океанического ложа образцы горных пород". В самом деле, только их изучение; помогло бы найти общие закономерности развития динамики земной литосферы и проследить ее геологическую историю, то есть смести противоречия между показаниями геофизики и геологии.

 

Юинг и исследование океанического дна

Исследованием морских глубин, или, как тогда говорили, абиссали, ученые по-настоящему занялись чуть более ста лет тому назад. Но в течение долгого времени науку больше всего интересовало, существуют ли там живые организмы, а затем, когда их существование подтвердилось, возник вопрос, нет ли подобных видов в ископаемом состоянии на континентах. Точно так же, ибо это свойственно человеческой природе, как импульсом для изучения других планет солнечной системы послужила проблема существования или отсутствия жизни в неизвестных мирах. Гегемония биологов в изучении глубоководного дна окончилась только после второй мировой войны. Еще в одном из учебников издания 1942 года, который на протяжении целого ряда лет расценивался как библия океанографов, можно было прочесть: "С океанографической точки зрения топография океанического дна представляет интерес лишь постольку, поскольку она устанавливает пределы интересующим нас акваториям..." Яснее не скажешь!

Действительно, после нашумевшего кругосветного плавания, которое совершило с 1872 по 1876 год английское судно "Челленджер" и во время которого было установлено приблизительное распределение типов осадков и открыты крупные горные системы на дне океанов, морская геология, казалось, утратила к ним интерес. Однако измерение температуры придонных вод указывало на наличие в центре Атлантики сплошного горного хребта, который тянется к югу и который в 1850 году был назван Телеграфным плато (его обнаружили суда, прокладывавшие подводный кабель).

Топографию этого Срединно-Атлантического хребта, как он стал именоваться впоследствии, знали очень плохо. Немецкое судно "Метеор" (Экспедиция на "Метеоре" продолжалась с 1925 по 1927 год. - Прим. перев.) проведя вдоль него серию точных зондирований дна, впервые обнаружило сильную изрезанность рельефа, но на этом все и кончилось.

Любопытно отметить, что выход "Метеора в море первоначально был задуман и частично финансирован с целью выяснить возможность получения золота из морской воды для выплаты контрибуции, которая была наложена на Германию после ее военного поражения в 1918 году. Эта экспедиция не дала надлежащего ответа на поставленную задачу, но была удивительно продуктивной в других отношениях. Впрочем, когда снаряжаются в путь на поиски неизвестного, то предлог не имеет особого значения, а полученные результаты редко соответствуют тому, что ожидалось...

По-настоящему серьезно за изучение океанов физико-математическими методами взялся голландский геофизик Венинг-Мейнес. Вскоре после окончания первой мировой войны он занялся измерением приращений силы тяжести на морях. Если допустить, что океанические бассейны образовались вследствие погружения континентов, то следовало бы ожидать, что сила тяжести здесь будет необычно малой, поскольку континенты сложены из пород более легких, чем подстилающая их "мантия". Если же, наоборот, величина силы тяжести оказалась бы нормальной, то это доказывало бы, что океаническая кора должна была бы быть значительно тяжелее континентальной, чтобы скомпенсировать дефицит массы, возникающий в результате того, что водный слой значительно легче аналогичного слоя континентальных пород. Вопрос имел принципиальное значение, так как многие геологи утверждали, что под водой лежат погрузившиеся континенты, и на этом основании пытались доказать существовавшую ранее непрерывную связь между материками, которые в действительности, медленно дрейфуя, теперь удаляются друг от друга.

Измерить отклонения силы тяжести, имеющие порядок 1/100 000 ее полной величины, - нелегкое дело даже на земной тверди. Это все равно, что установить колебания веса у тучного человека с точностью до одного грамма. А желание осуществить эти замеры в море с судна, испытывающего килевую и бортовую качку, кажется и вовсе невероятным. Для решения этой задачи Венинг-Мейнес в период между двумя мировыми войнами провел в подводных лодках десятки месяцев, что, принимая во внимание его более чем двухметровый рост и подверженность морской болезни, нельзя назвать иначе как подвижничеством! Ученый упорно регистрировал малейшие отклонения в колебаниях двух маятников, когда лодка находилась в погруженном состоянии, чтобы максимально уменьшить эффект качки. Все эти "мучения, которые он переносил с типично голландской выдержкой, щедро окупились. Сначала он показал, что в океанических бассейнах сила тяжести находится в пределах нормы. Это доказывает, что структура океанического дна коренным образом отличается от континентальной. Но, что важнее всего, он открыл значительные аномалии силы тяжести в зонах глубоководных желобов, окаймляющих Тихий океан. Ему представлялось, что это можно объяснить только наличием нисходящих ветвей конвективных потоков магмы, на которые указывал Осмонд Фишер.

Открытие аномалий силы тяжести в зонах глубоководных впадин, где глубина достигает 10000 метров, а также наличие там вулканизма и очагов землетрясений позволяло утверждать, что эти зоны активны и играют основополагающую роль в динамике земной коры. Но так далеко Венинг-Мейнес не заглядывал. Его занимали только глубинные зоны океанического дна под вулканическими островами. Будучи человеком технического склада ума и железной дисциплины, он, безусловно, именно в силу этих качеств характера не позволил себе выйти за пределы программы Намеченных исследований.

Лишь американец Морис Юинг, перейдя от разрозненных исследований, основанных на точечных измерениях, к планомерным, то есть предусматривающим непрерывные измерения геофизических параметров, обогатил морскую геологию новыми идеями. До него заслуженные ученые по нескольку лет своей жизни посвящали сбору океанологических данных для решения одной-единственной проблемы. Он был первым, кто заведомо ставил перед собой задачу получения максимального объема информации по всем интересующим его проблемам, для чего в случае необходимости сам изобретал нужные приборы.

Морис Юинг не тяготел к какой-нибудь одной научной или технической дисциплине. Превосходный физик, отличный экспериментатор, незаурядный мастер на все руки, он с одинаковой легкостью жонглировал математическими формулами и разбирал мотор неисправной лебедки. Он один являл собой прототип разносторонне подготовленного океанологического экипажа, выполняя функции моряка, инженера, естествоиспытателя, физика и математика. Будучи теоретиком, Юинг в то же время не придавал слишком большого значения математическим выкладкам.

Он поставил своей целью вырвать у Земли как можно больше тайн, в частности на тех двух третях ее поверхности, которые оставались еще неисследованными. Юинг готов был использовать любые средства, позволяющие "видеть" сквозь толщу воды, единственная польза от которой, говорил он, заключается в том, что она "позволяет его лодке передвигаться из одной точки в другую".

Стремление всегда и во всем быть первым и упорство в достижении поставленной цели, которые он, несомненно, унаследовал от отца, фермера северного Техаса, где во время засухи приходилось снаряжать повозку за водой, где родился инстинкт пионера, толкающий идти все дальше и дальше на поиски новых фактов, могущих приоткрыть завесу над тайнами нашей планеты, - эти два качества составляли сильнейшую сторону характера Юинга. Другие исследователи делали ставку на блестящие, но шаткие умозаключения. Юинг же, как он отмечал сам, оперировал только "голыми фактами". Умозрительные построения его интересовали постольку поскольку. Как и его предки, Юинг любил бескрайние просторы "дикого" Запада, где человек знает, что он может построить ранчо в любом приглянувшемся ему месте, что он здесь первый и что сюда его гонит цивилизация. Пионер океанографии, он устремлялся в неведомый и полный неожиданностей мир, проторяя путь другим подвижникам науки.

А все началось в 1934 году, когда к Юингу обратился профессор Принстонского университета Ричард Филд, склоняя его проявить интерес к структуре континентального шельфа - продолжения материковой платформы. Ричард Филд был убежден, что разобраться в геологии континентов возможно только после изучения океанического дна, причем начинать надо с континентального шельфа и вести исследование до самого срединного хребта. Свои мысли он внушал с усердием ветхозаветного пророка" троим людям, которым посчастливилось сыграть главную роль в разработке новой теории эволюции Земли, потому что экспедиции, которыми руководили эти три ученых - Морис Юинг из Колумбийского университета под Нью-Йорком, Гарри Хесс из Принстонского университета и Эдвард Буллард из Кембриджского университета в Англии, - сделали большую часть важнейших открытий в период с 1950 по 1970 год.

Юинг, как ему и советовал Ричард Филд, начал с изучения континентального шельфа. Для этого он прибегнул к методу сейсмического зондирования, то есть взрывал в море динамит и измерял время распространения сейсмических волн на разных расстояниях от эпицентра взрыва, что позволяло определить природу слоев пород, через которые проходили волны. В 1937 году он первый доказал, что на континентальном шельфе находятся мощные осадочные бассейны. Его открытие вскоре было подтверждено кембриджской группой, работавшей под руководством Булларда по другую сторону Атлантики. Это сулило сказочные перспективы для нефтяной промышленности.

Тем не менее, по свидетельству Юинга, президент компании "Стандард ойл" в Нью-Джерси ему тогда заявил: "Даже за пять центов, истраченных на подобные исследования, мне будет не оправдаться перед моими пайщиками".

Но Юинг стремился как можно скорее выйти за пределы континентального шельфа, к глубинам, превышающим 2000 метров, в настоящую стихию океана. Вторая мировая война, во время которой он зарекомендовал себя в военно-морском флоте США как талантливый изобретатель и физик, способствовала осуществлению его мечты. Военное ведомство, понимавшее важность изучения океанических глубин, выделило необходимые средства на реализацию широкой программы серьезных изысканий, позволивших океанологам по-настоящему заняться научными исследованиями.

Открытия следовали за открытиями. Прежде всего обратила на себя внимание своеобразная структура океанического ложа. Полученная на больших глубинах при помощи сейсмического зондирования информация о морфологии дна Северо-Атлантического бассейна позволила вскрыть строение коры, в корне отличающееся от того, что наблюдалось в земной коре на континентах. Это явилось полной неожиданностью. Вместо мощного слоя коры толщиной 30-40 километров, как на континентах, обнаружили тонкую пленку, не более 6 километров толщиной, покоящуюся на плотном веществе внутренней части Земли, которую называют мантией.

Конечно, результаты, полученные Венингом-Мейнесом к тому времени, уже показали, что океаническая кора имеет большую плотность, чем континентальная. Но обычно полагали, что эффект сводится к большей удельной плотности пород океанической коры, а не к уменьшению ее толщины, иначе говоря, мощности. Таким образом, измерения, проведенные Юингом и его сотрудниками и вскоре подтвержденные другими исследователями, показали, что граница Мохоровичича (Мохоровичич, Андрей (1857-1936), - югославский геофизик и сейсмолог, впервые выявивший в 1909 году раздел между земной корой и мантией Земли. - Прим. перев.), соответствующая переходу от земной коры к мантии, под континентами лежит на 30-40-километровой глубине, а под океанами на глубине всего 10 -12 километров. Все говорило о том, что сама мантия чуть ли не выходит на поверхность, или, как говорят геологи, обнажается.

Этот вывод вскоре был подкреплен работами Юинга и одного из его студентов (ставшего впоследствии виднейшим сейсмологом), Фрэнка Пресса, о распространении определенного типа сейсмических волн через ложе океанов. Юинг и Пресс доказывали, что, какова бы ни была природа землетрясения, порождающего эти волны, и в каком бы направлении эти волны ни пересекали океаническую кору, регистрация этих волн может быть объяснена только тем, что земная кора под океанами очень тонка. Оба ученых сделали заключение, что все океанические бассейны имеют одну и ту же структуру. А ведь после появления гипотезы образования Тихого океана в результате отделения Луны от нашей планеты многие ученые полагали, что этот океан отличается от других, так сказать, более "океанических".

Подобному предположению Юинг и Пресс противопоставили "голый факт", а именно малую мощность земной коры под всеми океанами. Они заключили, что на планете существуют только два основных! типа твердой земной коры - океанический и континентальный. Континент не может стать океаном и наоборот. К несчастью, понятие постоянства структуры океанической коры, которое было вполне очевидным, породило кое у кого неверную мысль о постоянстве местоположения самих океанических бассейнов, что усилило позиции сторонников гипотезы фиксизма и вертикальных перемещений.

Но каждая новая жатва на ниве дальнейших исследований показывала, что структура океанической коры резко отличается от структуры коры континентальной. Впрочем, данные, полученные после погружений в океан, не соответствовали экстраполяциям, выводимым из информации, собранной до погружения. Стоило только перейти рубеж континентального шельфа, как начинался новый, причудливый и неожиданный, мир.

Некогда считалось, что ложе океана не подвергается эрозии благодаря мощному покрову мельчайших органических и минеральных остатков, постоянно оседающих с поверхности океана. Было подсчитано, что вследствие эрозии континентов с момента образования Земли мощность осадков в океанах достигла 12 километров. Один знаменитый геолог и океанограф XIX века писал: "Монотонный пейзаж океанического дна нарушается только скелетами животных, попавших сюда с поверхности". Как видим, морское дно представлялось чем-то вроде полукладбища-полусвалки...

Уже после первого обращения к морским недрам в 1947 году Морис Юинг методом сейсмических измерений установил, что мощность осадочного слоя редко где превышает 1 километр и что слой этот весьма тонок или вообще отсутствует на срединном хребте Атлантики, где повсеместно обнажаются вулканические породы базальтового состава.

Оставалось допустить одно из двух - либо мощность осадочных отложений сильно преувеличивалась, либо океанические бассейны, и в частности подводные хребты, геологически очень молоды.

А между тем анализ глубоководных колонок, поднятых со дна длинными грунтовыми трубками, действующими, как иглы, вводимые под кожу, показал, что фактическая мощность отложений в глубоководном ложе даже превышает предполагавшуюся ранее. Более того. В то время, как все предсказывали, что эти отложения должны состоять исключительно из мельчайших частиц, способных перемещаться на большие расстояния благодаря течениям и ветрам, в действительности в центральных районах океана были обнаружены песчаные образования, сходные с теми, которые образуются на побережье в результате действия волн.

Юинг и его сотрудники сразу же заметили, что эти глубоководные песчаные слои встречаются лишь на участках с абсолютно ровным дном и что глубина таких участков последовательно возрастает по мере удаления от континентальной окраины. Эти абиссальные равнины, как их называли прежде, простираются на сотни и тысячи километров. Ни один из известных нам естественных процессов не может создать подобную исключительно гладкую поверхность столь большой протяженности. В условиях континента на такое способен только человек, да и то с помощью механического выравнивания и на несравненно меньшей площади. Очень скоро удалось доказать, что абиссальные равнины обязаны своим происхождением "мутьевым потокам", то есть грязевым течениям, которые, беря начало на материковых склонах, вырезают в них глубоководные долины. Там эти потоки бороздят дно, но по мере продвижения на большие глубины постепенно затухают. Сначала откладываются частицы песка, а затем тонкий ил. Таким образом, их нивелирующее воздействие состоит не в эродировании дна, а в седиментации.

Всего несколько месяцев работы в море опрокинули бытовавшее представление о дне океана как о кладбище.

Отложения в океанических бассейнах, образованные мутьевыми потоками, или так называемые турбидиты, относятся к геологически недавнему времени: они возникли в результате чрезвычайно активной транспортировки осадков!

Но самые удивительные факты были обнаружены в центре океана, там, где проходит ось знаменитого Срединно-Атлантического хребта, который возвышается над абиссальными равнинами.

На приуроченность узкого непрерывного сейсмического пояса к оси океанов первым обратил внимание коллег французский сейсмолог Жан-Пьер Роте. В ярком сообщении на научном конгрессе в Лондоне в 1953 году он описал "линию" повышенной сейсмичности, которая по самому центру пересекает Атлантический океан между Европой и Африкой на востоке и Америкой на западе, огибает южную оконечность Африканского материка, заходит в Индийский океан, окаймляя Мадагаскар, и у западного входа в Аденский залив соединяется с внутриконтинентальной сейсмической зоной, которая связана с так называемыми Африканскими рифтами.