Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед

Магдугалл Дж. Д.

Глава 5.

ТАНЕЦ ПЛИТ

Лет тридцать или сорок тому назад некоторые идеи, высказанные в предыдущей главе, в частности, мысль о том, что в течение протерозоя континенты раскалывались и расходились в стороны или спаивались вместе, многим геологам показались бы просто скандальными. Сегодня такие описания принимаются как должное. В последние годы развитие теории тектоники плит полностью изменило представление геологов о Земле. Прежде чем продолжить наше путешествие по геологической истории, стоит коротко рассмотреть эволюцию самой тектоники плит и наше современное представление о движении континентов по поверхности Земли.

Большинство людей, вдумчиво рассматривавших карту мира, в центре которой обычно располагается Атлантический океан, замечали, что, если его удалить, контуры его береговых линий совпали бы. Несмотря на тот факт, что тысячи людей должны были заметить эту особенность, лишь в начале двадцатого века стали серьезно обдумывать последствия этого наблюдения. Именно тогда Альфред Вегенер, немецкий метеоролог, стал собирать и изучать сведения о флоре и фауне континентов, разделенных Атлантическим океаном. Он также тщательно

исследовал все, что было тогда известно об их геологии и палеонтологии, о найденных на них ископаемых остатках организмов. Проанализировав полученные данные, Вегенер пришел к неизбежному выводу, что различные континенты, включая Южную Америку и Африку, в далеком прошлом составляли одно целое. Он открыл, например, что некоторые черты геологического строения Южной Америки, которые резко обрываются береговой линией Атлантического океана, имеют как бы продолжение в Африке, и когда он, вырезав из карты, сдвинул эти континенты навстречу друг другу, как кусочки гигантской головоломки, то геологические особенности этих континентов совпали, как бы продолжив друг друга. Он также обнаружил, что существуют геологические признаки древнего оледенения, охватившего примерно в одно и то же время Австралию, Индию и Южную Африку. Он также обнаружил, что можно совместить эти континенты таким образом, что районы их оледенений образовали бы единую площадь. В 1915 году он опубликовал (в Германии) книгу, озаглавленную «Происхождение континентов и океанов», в которой очень подробно рассмотрел эти доказательства и выдвинул свою теорию «континентального дрейфа». И все же, несмотря на массу собранных геологических данных, Вегенер проглядел многие важные детали и весьма вольно отбирал факты в поддержку своей гипотезы. Частью по этой причине его гипотезу не приняли в то время всерьез. Более того, выдающиеся физики того времени объявили, что внешние части Земли слишком жестки, чтобы позволить континентам дрейфовать подобно кораблям в море. В частности, они указали, что те силы, которые призвал Вегенер, чтобы передвигать континенты, — центробежные силы, возникающие в результате вращения Земли вокруг своей оси, — слишком слабы для такой работы. Идеи Вегенера «пошли ко дну» из-за отсутствия подходящего механизма: было сказано, что без подходящей движущей силы дрейф континентов невозможен.

И все же Вегенер был на правильном пути. Пускай и не совсем так, как он предполагал, но континентальный дрейф оказался реальностью. Как и предполагал Вегенер, Африка и Южная Америка действительно в древности соединялись друг с другом. По крайней мере один раз за всю историю Земли все современные континенты соединялись, образуя один сверхконтинент, который протягивался от полюса до полюса. Континентальный дрейф Вегенера рассматривается в учебниках геологии, его преподают в институтах, он образует фундамент многого из того, что сейчас понято в механизмах работы Земли. Сегодня это называется тектоникой плит.

ФАКТЫ» ДОБЫТЫЕ С ОКЕАНСКОГО ДНА

Возрождение идей Вегенера в виде теории тектоники плит произошло главным образом в результате исследований океанского дна, выполненных в 1950-е и 1960-е годы. Во время и после Второй мировой войны Военно-Морской флот США был очень заинтересован в том, чтобы узнать об океанском дне как можно больше. Геологи и геофизики с готовностью включились в эту работу — одни, возможно, из патриотических побуждений, но многие потому, что увидели в интересе Флота золотую возможность узнать больше об океанском дне. В то время это был передовой край науки, ведь дно океанов было практически неведомой территорией. Даже в более позднее время многие геологи любили говорить, что мы больше знаем об обращенной к нам поверхности Луны, чем о морском дне. Флотское начальство оказалось щедрым, и океанографические исследования быстро расширялись. Результаты их по большей части были засекречены, но сделанные открытия подтолкнули науку о Земле к новому и более качественному пониманию протекающих в Земле процессов.

Одним из поразительных результатов интенсивного исследования дна океанов стали новые знания о его топографии. Конечно, кое-какая информация, собранная за долгую историю морских путешествий, уже имелась. Самые первые измерения производились очень просто — бросали за борт измерительный трос (лот) и отмеряли длину вытравленного троса, но эти данные были ограничены мелководными, прибрежными районами моря, где в основном было сосредоточено мореходство. Появившиеся на кораблях в 20-х годах эхолоты были еще очень несовершенны и широко распространились значительно позже. Именно с их помощью в 1950-е и 1960-е годы была собрана обширная информация об океанском дне. Проведенные тогда измерения позволили определить с высокой точностью продолжительность времени, необходимого для прохождения звукового импульса от корабля до морского дна и обратно. Так как скорость звука в морской воде хорошо известна, то по времени прохождения звукового импульса легко вычислить глубину моря. Вся прелесть эхолота заключается в том, что он может работать непрерывно, день и ночь, независимо от того, что делает корабль. В каждой океанографической экспедиции эхолот работал постоянно; в результате стали проясняться детали строения океанского дна.

Сегодня гораздо легче картировать топографию океанского дна — это можно сделать с помощью спутников, даже не посылая корабли в море. Спутники очень точно измеряют «высоту» морской поверхности. После того как учтено влияние приливов и волн и введены соответствующие поправки в исходные измерения, появляется удивительная картина. Различия в уровне моря от места к месту в точности отображают топографию морского дна. Это объясняется тем, что мелкие вариации земного притяжения, обусловленные рельефом дна, — например, избыточная масса крупного вулкана или, наоборот, дефицит массы из-за наличия глубокого рва — влияют на уровень поверхности моря над ними. Эта сравнительно новая технология позволила обнаружить некоторые особенности дна, которые были неразличимы при исследовании с кораблей.

Но вернемся к информации о топографии морского дна, собранной

океанографическими кораблями в 50-х и 60-х годах. Скоро после начала работ стало совершенно ясно, что дно океанов по своему рельефу и другим особенностям отнюдь не так однообразно, как это представлялось. По общему мнению, глубокие моря рассматривались как геологически спокойные, не подверженные изменениям места, где с начала времен слой за слоем откладывались тонкий ил и другие осадки, смываемые с континентов. Лишь немногие исследователи пробовали глубже задуматься над этой картиной, поскольку если бы она была верна, то количество накопившихся в океане осадков было бы огромно. Однако по мере поступления материала об океанском дне стало очевидно, что вместо плоского, лишенного каких-либо особых примет дна глубоких морей, прикрытого покровом осадков, на нем обнаружились огромные хребты, глубокие рвы, крупнейшие вулканы и крутые обрывы. Науке был брошен вызов, необходимо было немедленно разобраться, каким образом могли возникнуть такие особенности морского дна.

Многие из читателей, вероятно, видели популярные карты мира, впервые изданные Национальным географическим обществом, на которых показан рельеф не только суши, но и дна морей и океанов. Хотя они до некоторой степени идеализированы, наиболее бросающейся в глаза особенностью этих карт являются огромные хребты, или поднятия, выступающие над средним уровнем дна. Уже говорилось о том, что если бы из океанов удалить воду, то именно эти черты рельефа Земли были бы в первую очередь заметны при взгляде из космоса. Особенно выделяется на картах горный хребет, протянувшийся по оси Атлантического океана, что частично обусловлено тем, что этот океан обычно расположен на картах в центре. Срединно-Атлантический хребет рассекает океан точно посредине, повторяя все выступы и впадины береговой линии на каждой его стороне, и таким образом грубо рассекая карту на две половины. В среднем он возвышается приблизительно на 2,5 километра над наиболее глубокими частями океана, расположенными к западу и к востоку от него; на большей части его протяжения как раз по осевой линии проходит рифт, то есть ущелье или долина с крутыми склонами. В северной части Атлантического океана. Срединно-Атлантический хребет поднимается над поверхностью океана, образуя остров Исландию.

Хребет, рассекающий Атлантику, является фактически лишь частью более или менее непрерывной системы хребтов, которая протягивается через все океаны. Она окружает антарктический континент, протягивается двумя ветвями в Индийский океан и до Аравийского моря. Она изгибается вдоль берегов восточной части Тихого океана и, кажется, заканчивается тупиком недалеко от нижней Калифорнии в Мексике, но затем небольшой сегмент ее появляется снова у берегов северо-западной части Соединенных Штатов и Британской Колумбии. Каково происхождение этой системы океанических хребтов, являющихся такой заметной особенностью Земли? Почему она не оказалась погребенной под покровом осадков, вынесенных из континентов? И какую связь она имеет с дрейфом континентов и тектоникой плит?

Наблюдение, которое, как считается, породило вспышку интуиции, прояснившей происхождение системы океанических хребтов и в конце концов приведшее к разработке теории тектоники плит, пришло из совершенно неожиданного источника, а именно из исследования магнитных свойств пород океанического дна. В своих попытках узнать как можно больше о морском дне геофизики в числе других показателей измеряли магнитные поля вдоль многочисленных маршрутов экспедиционных кораблей. Было уже известно, что горные породы, содержащие магнитные минералы, могут несколько изменять земное магнитное поле над ними, а на континентах измерения интенсивности магнитного поля проводились с целью поисков полезных ископаемых и для решения задач геологического картирования. Многие промышленные месторождения полезных ископаемых содержат в высоких концентрациях магнитные минералы; их присутствие создает характерные аномалии регионального магнитного поля. Следует отметить, что на континентах структура магнитного поля обычно очень сложна, в соответствии со сложной геологией. В противоположность этому, когда впервые позади океанологических кораблей стали буксировать магнитомеры, было обнаружено, что рисунок магнитных аномалий на дне океанов, отражающий магнитные свойства пород океанского дна, отличается замечательной закономерностью. Это наблюдение впервые было сделано учеными из Института океанографии Скриппса; оно весьма их озадачило. Когда они проводили морскую магнитную съемку в районе северо-западного побережья Соединенных Штатов еще в 1950-е годы, оказалось, что узоры магнитных карт, которые они получили, резко отличались от всего, что они видели на континентах. В конце концов был сделан вывод, что закономерный рисунок локальных магнитных аномалий был, вероятно, каким-то образом связан с довольно правильным рисунком рельефа морского дна в этом районе с характерным чередованием удлиненных параллельных низкогорий и долин. Однако эта гипотеза продержалась очень недолго. Проведенная в 60-х годах воздушная магнитная съемка на территории Атлантического океана как раз к югу от Исландии принесла поразительные, ставшие с тех пор классическими, результаты. В серии параллельных маршрутов, пересекающих ось Срединно-Атлантического хребта, ученые из Геологической обсерватории Ламонта из Колумбийского университета обнаружили, что узоры магнитного поля над морским дном изменяются симметрично относительно осевой линии хребта. Более того, они нашли, что график изменения магнитного поля вдоль маршрута, пересекающего хребет, был на разных маршрутах в основном одинаков. Когда эти данные (то есть местоположения точек замера и измеренные значения интенсивности магнитного поля) были нанесены на карту и проведены изолинии (линии равных значений характеристик магнитного поля), то они образовали полосатый зеброподобный узор на карте интенсивности магнитного поля, напоминающий узор, открытый учеными Института Скриппса в северо-восточной части Тихого океана, но отличающийся от последнего явной симметрией (рис. 5.1). И в этом случае поражал контраст с характером поля над континентами. По мере дальнейшего накопления данных становилось все более ясно, что эта симметрия узора магнитного поля встречается повсюду вдоль системы океанических хребтов.