История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет
Шрифт:
Выдвигалась и противоположная гипотеза, согласно которой Земля расширяется, надувается, как аэростат, на протяжении геологического времени. В давние-предавние времена существовала только континентальная кора, которая начала трескаться и раскалываться, когда планета раздулась (одно из объяснений – воздействие глубинных раскаленных газов). Если прокрутить такую воображаемую пленку назад, то мы увидим, что в какой-то момент все материки составляли сплошной покров шара, диаметром примерно три пятых от современного размера Земли. С 1920-х по 1960-е гг. эта гипотеза (за неимением других объяснений феномена Атлантики) поддерживалась рядом специалистов, пока ее не потеснила весьма захватывающая новая идея.
Невидимые горы
После Второй мировой войны ускоренными темпами развивался научно-технический
Гидролокатор, способный посредством звуковой волны определять расстояние и направление подводного объекта, изобретенный 100 лет назад, стал широко известен благодаря голливудским фильмам про подводные лодки. Вот, например, вы слышите «ПИНГ», через короткое время отвечает тише и мягче эхо – «пинг». Звуковая волна отражается от твердого корпуса подводной лодки. (Эффект воздействия на зрителя зависит от того, с чьей стороны происходит действие фильма – охотника или дичи.) «ПИНГ… пинг», «ПИНГ… пинг», «ПИНГ… пинг»: эхо откликается все чаще, после того как расположение лодки определено. Звучит напряженная музыка; пускаются торпеды.
Такая же технология может быть использована в научных исследованиях океанских глубин с целью исследования рельефа морского дна. Даже самые глубокие впадины и расщелины на дне океана доступны для проникновения звуковых волн. Уже в 70-е годы XIX в. британские ученые применяли примитивные гидролокаторы на борту корабля ВМС Challenger и сообщали о возможном наличии крупного горного хребта на дне посредине Атлантического океана – поразительное открытие, которое некоторыми современными романтиками связывалось с затонувшей Атлантидой. После катастрофы «Титаника» в 1912 г. примитивные эхолокаторы использовались для обнаружения айсбергов, а затем в годы Первой мировой войны они прошли быструю модернизацию в связи с появлением немецких субмарин. В 1920-х гг. гидролокаторы уже систематически применялись в научных исследованиях рельефа океанского дна, и это позволило довольно быстро определить, что в морских глубинах скрываются громадные горные массивы. Однако геологические выводы из этих наблюдений оказались незначительными, да и сами усилия океанографов были сильно ограничены Великой депрессией и призраком Второй мировой войны.
По окончании войны океанографы получили в свое распоряжение новое поколение гидролокаторов высокой чувствительности, которые позволяли не только отследить очертания морского дна, но и проникнуть в верхние слои горной породы. Общая картина дна Атлантики стала очевидной. В частности, по мере удаления от побережья континентальные шельфы постепенно опускаются все глубже на протяжении нескольких сотен километров. Затем края шельфов внезапно обрываются, переходя в абиссальную равнину, находящуюся на глубине более 3 км и протяженностью несколько тысяч километров. Эта равнина гораздо более обширная и ровная, чем что-либо подобное на суше. И разрезает океан протяженная горная гряда – Срединно-Атлантический хребет.
Эти данные совпадали с прежними открытиями, но всех поразила толщина земной коры под морским дном. До этого геологи полагали, что океаны уступают суше по толщине коры и что по мере удаления от берега океанское дно постепенно становится все тоньше. Однако они обнаружили, что вместо постепенного перехода морское дно обрывается стремительно, уходя в глубину. В отличие от десятков километров скалистой породы под материками, толщина дна океана составляет всего около 10 км: резкий переход располагается как раз там, где заканчивается континентальный шельф. Такая узкая граница между материками и океанами противоречила изостатическим моделям.
Исследователи годами бороздили океан вдоль и поперек. Каждое плавание подтверждало тот же результат. Огромная горная цепь, протяженностью более 35 тыс. км, гораздо больше всех земных гор, рассекала Атлантику точно посередине. Изгибы материкового побережья совпадали с извилистой линией гребня Срединно-Атлантического хребта. Более того, если принять во внимание резкий переход шельфа в абиссальную равнину (в отличие от сыпучего песчаного побережья), совпадение между континентами просто поражает, они совмещаются с невероятной точностью, как края разбитой фарфоровой чашки. Науке пришлось признать, что такое совмещение очертаний континентов не могло быть простой случайностью.
В ходе многочисленных плаваний по Атлантике исследователи обнаружили новые особенности. Срединно-Атлантический хребет сильно отличается от обычного горного массива. На суше в большинстве горных цепей высочайшие пики располагаются вдоль оси, но в центре Срединно-Атлантического хребта находится провал шириной около 35 км и примерно на 1,5 км глубже, чем прилегающие к нему с запада и востока вершины: такой ландшафт ныне именуется рифтовой долиной. Мало того, и сам хребет, и провал отнюдь не составляют непрерывную кривую с севера на юг. Рифтовая долина на всем своем протяжении имеет множество сдвигов на сотни километров то на восток, то на запад, по резким разломам, где кора была деформирована, придавая всему хребту изломанный, прерывистый вид. В чем же причина?
Вообще, все эти находки могли бы легко затеряться и быть похороненными под лавиной блестящих послевоенных открытий. В каком-то смысле это были всего лишь дополнительные данные. Но исследователи морского дна оказались неплохими рекламщиками. Брюс Хейзен и Мари Тарп, специалисты по морской геофизике из Геологической обсерватории им. Ламонта в Колумбийском университете, разработали новую живописную карту рельефа земной поверхности. Как на всех рельефных картах, они изобразили материковые возвышенности в разных цветах: по мере повышения горы переходили от зеленых и желтых тонов к коричневым и, наконец, самые высокие вершины увенчивались белыми шапками. Среди всех выделялись крупнейшие горные массивы: Гималаи, Анды, Альпы. Художественное новшество Хейзена и Тарп проявилось в том, что необъятные подводные горные хребты были изображены тем же способом, но другими красками: различными оттенками синего цвета – благодаря этому приему Срединно-Атлантический хребет и другие глубоководные формы рельефа внушительно выделялись на карте планеты. Поместив Атлантику в центре своей карты, они подчеркнули идентичные линии береговых окончаний материков и глубоководного Атлантического хребта так, что сходства нельзя было не заметить. В 1960-е гг. карта Хейзена и Тарп стала едва ли не иконой. Что бы ни было причиной такого явного параллелизма, некая генетическая связь не подлежала сомнению. (Эта история с картой Брюса Хейзена – его имя произносится аналогично моему – и его прославленный вклад в науку сыграли в моей карьере немалую роль; поступив в 1966 г. в MIT, я был крайне удивлен тому, что самые титулованные преподаватели геологического факультета относились ко мне с большим уважением и норовили пожать мне руку. Вот что значит родовое имя – даже если это просто омонимическая ошибка – для научного признания.)
Расширяющееся море
Обнаружение Срединно-Атлантического хребта и открытие похожих вулканических горных массивов в восточной части Тихого и Индийского океанов вновь обратили внимание исследователей на движение материков и заставило заняться этим вопросом более активно. Вряд ли материки движутся беспричинно, как можно было предположить по данным Вегенера, и геологи занялись поисками скрытой силы, столь эффективно меняющей облик планеты.
Открытие следовало за открытием по мере поступления новых данных. В 1956 г. Хейзен вместе с руководителем лаборатории сейсмологом Морисом Юингом отметил поразительную связь между положением центральной рифтовой долины Срединно-Атлантического хребта и умеренными землетрясениями, охватывающими области морского дна протяженностью примерно до 50 тыс. км, по всему земному шару. Рифтовые долины и землетрясения каким-то образом связаны между собой, следовательно, подводные хребты являются подвижными, изменчивыми формами.
Скальные породы морского дна также преподнесли сюрпризы тем геологам, которые утверждали, что Срединно-Атлантический хребет представляет собой типичный горный массив, состоящий из уплотнившегося известняка, вроде Скалистых гор в Канаде. В результате обширных работ по исследованию донного грунта вдоль хребта вкупе с исследованием множества островов в Атлантике обнаружился лишь базальт, притом сравнительно позднего происхождения. Оказывается, что вместо относительно мягких осадочных пород, океанское дно почти полностью состоит из вулканического базальта. С востока на запад территория протяженностью более 4000 км представляет собой базальтовое основание.