Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…
Шрифт:
Одно такое событие заслуживает особого внимания, поскольку в результате него возникла наша Луна. Вообще говоря, Луна – довольно странный небесный объект. Спутники всех других планет можно сравнить с комарами, тогда как Луна – настоящий альбатрос; размер нашего спутника лишь в четыре раза меньше размера самой планеты. В XX в. для объяснения этой аномалии астрономы выдвинули несколько теорий. Некоторые утверждали, что Луна возникла независимо, как отдельная планета, а Земля вовлекла ее в свое гравитационное поле, когда она в один прекрасный день проскальзывала мимо. Другие соглашались с предположением астронома Джорджа Дарвина (сына Чарльза Дарвина) и считали, что Луна каким-то образом отщепилась от Земли, когда та еще не затвердела, как дочерняя клетка отделяется от родительской клетки.
В 1969 г. на основании анализа лунного грунта наконец был найден ответ, объединявший обе теории. В частности, выяснилось, что лунные камни содержат меньше летучих газов, чем земные. Это означает, что
Столкновение с Тейей скорее следует сравнить со столкновением машины с лосем – структурные повреждения в таком случае гораздо серьезнее. В результате удара не только улетучилась наша атмосфера, но, возможно, вскипели океаны и испарились целые континенты.
Вспомните о столкновении Земли с астероидом, в результате которого вымерли динозавры. Этот удар, как в библейском Исходе, поднял к небу столбы огня и столько пыли, что она на несколько лет заслонила Солнце. Но Земля как единое небесное тело не пострадала: если воробей разобьет ветровое стекло, машина будет двигаться дальше. Удар затронул глубокие слои мантии и искривил планету, как будто кто-то пробил школьный глобус. Сама Тейя испарилась, и большая часть ее газообразных останков закрутилась в космосе вокруг Земли, создав наше собственное небесное кольцо. Но в отличие от колец Сатурна, состоящих по большей части из льда и камней, это горячее кольцо постепенно остыло и склеилось в единую массу, образовав Луну.
В долгосрочном плане соударение с Тейей подарило нам множество поводов для создания поэтических образов, например полнолуние, а также весну и осень, поскольку слегка сдвинуло вертикальную ось Земли и привело к тому, что вариации солнечного освещения создают смену сезонов. Однако в краткосрочном плане в результате удара наша планета оказалась еще менее гостеприимной, чем была до тех пор. В частности, атмосфера стала еще более горячей и ядовитой, чем предыдущая атмосфера вулканического происхождения. Эта новая атмосфера, продержавшаяся, по-видимому, около тысячи лет, состояла в основном из горячего кремния (представьте себе пары песка) и железных «дождей». Кроме того, пары хлорида натрия, наверное, придавали «воздуху» солоноватый привкус: как будто при каждом вдохе вы лижете соль.
Новорожденная Луна наблюдала за всеми этими событиями с высоты около 25 000 км; она сияла в небе в десятки раз сильнее, чем сегодняшнее Солнце. Это расплавленное огненное тело должно было выглядеть как темный, налитый кровью глаз. Та Луна, возможно, тоже вызывала поэтические образы, но скорее из поэзии Данте, чем Фроста. [7]
В конечном счете Солнечная система исчерпала запасы астероидов и не могла больше систематически осыпать ими Землю. В результате накапливавшиеся в атмосфере Земли газы не улетучивались в космос, а оставались у поверхности планеты. Не менее важно, что на Земле возникли «настоящие» вулканы. На ранних этапах существования Земли вулканов было немного, поскольку магма легко выбрасывала газы через трещины в полужидкой коре. Но по мере окончания бомбардировок космическими камнями планета стала остывать и обзавелась твердой корой с небольшим количеством трещин. В результате магма стала накапливаться под землей. Поскольку в ней все еще содержались растворенные газы, давление в этих подземных очагах периодически достигало критического уровня, так что лава и магматические газы вырывались наружу через слои горных пород и сметали все на своем пути. Хотя сегодня магма гораздо менее подвижна, чем раньше, этот древнейший цикл роста давления и взрыва существует до сих пор. Именно этот цикл и стал причиной событий, произошедших на горе Сент-Хеленс в 1980 г.
7
Роберт Фрост (1874–1963) – известный американский поэт.
После смерти Эдди Трумэн сильно изменился. Дни и недели проплывали в летаргическом сне; он стал рассеянным и небрежным на работе. Как-то ему на голову упало дерево, которое он рубил. Рука попала в снегоуборочную машину. Он потерял сознание, упав с крыльца, и очнулся в снегу в одних трусах. Дела в кемпинге тоже шли неважно. Не было Эдди, стелившей гостям постели, и домики выглядели неопрятно. Трумэн отличился и по части кухни. Эдди никогда не стремилась к тому, чтобы попасть в кулинарный
8
«Любимый» сэндвич Хемингуэя, описанный им в одной из новелл.
В то время как Трумэн все глубже погружался в уныние, гора над ним от месяца к месяцу становилась все сварливее – благодаря движению тектонических плит. В 1980-х гг. термины «тектонические плиты» и «континентальный дрейф» уже начали приживаться в лексиконе геологов, чего нельзя было предвидеть еще каких-то 15 лет назад. Теорию континентального дрейфа впервые предложил немецкий метеоролог Альфред Вегенер, который в начале XX в. обратил внимание на удивительное совпадение береговых линий Южной Америки и Африки, совмещавшихся, как черепки разбитого горшка. Кроме того, на двух континентах были обнаружены одинаковые окаменелости. Получив пулю в шею во время Первой мировой войны, Вегенер решил посвятить период выздоровления написанию книги, в которой утверждал, что континенты покоятся на гигантских плитах, которые каким-то образом медленно перемещаются.
Примерно так, как создание теории естественного отбора подстегнуло развитие биологии, теория движения тектонических плит собрала воедино разрозненные данные о землетрясениях, горах, вулканах и атмосфере и уложила их в общую схему.
Сказать, что геологи нерадостно встретили теорию Вегенера, все равно что сказать, что генералу Шерману был оказан теплый прием в Атланте. Геологи с большим удовольствием высмеивали эту теорию. Однако в 1940-х и 1950-х гг. появлялось все больше и больше новых доказательств перемещения плит, и идея уже не казалась такой нелепой. Равновесие сил изменилось в конце 1960-х гг., а к 1980 г. практически все геологи приняли идею Вегенера – вот такой удивительный поворот в истории науки. Поражение противников теории было настолько полным, что теперь нам даже трудно оценить ее значение. [9]
9
Речь идет о военных действиях в 1864 г. в ходе Гражданской войны в США; в задачу северян под руководством генерала Шермана входило в том числе взятие Атланты.
Порой континентальные плиты перемещаются довольно быстро, вызывая толчки земной коры, которые мы называем землетрясениями. Однако обычно плиты просто медленно сдвигаются по отношению друг к другу, не быстрее, чем растут ногти. (В следующий раз, когда будете стричь ногти, подумайте, что мы еще немного приблизились к «Большому землетрясению».) Когда одна плита продвигается под края другой плиты (этот процесс называют [10] субдукцией), в результате трения выделяется тепло, нагревающее нижнюю плиту и превращающее ее в магму. Часть магмы исчезает в недрах Земли, но более легкая фракция может вырываться наружу через трещины в коре (по этой причине пемза плавает на поверхности воды – она состоит из вещества с очень низкой плотностью). Кроме того, под действием тепла от трения из плавящейся плиты высвобождается углекислый газ, а также некоторое количество сероводорода, диоксида серы и других газов, включая следы азота.
10
«Большое землетрясение» (Big One) – разрушительное землетрясение, происходящее на Западном побережье США с периодичностью около 100 лет; с вероятностью около 60 % вновь произойдет до 2032 г.
Если лить холодную воду на горячее пламя в закрытом помещении, происходит взрыв пара, который может изжарить заживо. То же самое происходит при извержении вулкана.
Когда горячая магма прорывается вверх через трещины в коре, вниз тем же путем просачивается вода с поверхности. И ситуация становится еще более опасной. Важное свойство газов заключается в том, что они расширяются при нагревании. В соответствии с этим правилом, вещество в газовой фазе всегда занимает больший объем, чем то же количество вещества в жидкой или твердой фазе. Поэтому, когда просачивающаяся вниз вода встречается с поднимающейся магмой, она превращается в пар и расширяется с невообразимой силой, занимая объем в 1700 раз больше, чем в жидком виде. Этот феномен хорошо известен пожарникам. Мы с восторгом наблюдаем за стекающей по склонам гор огненной лавой, но наибольшей разрушительной силой обладают газы, и именно они являются причиной взрывов.