Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед
Шрифт:
Наличие даже такой рудиментарной информации об образовании нефти в огромной степени упрощает задачу поисков и извлечения нефти. Поскольку для ее образования требуется богатая жизнью морская среда, то породы кембрийского периода, бедного проявлениями жизни, вряд ли могут содержать нефть. То же самое справедливо и для сильно метаморфизованных пород любого возраста, поскольку они претерпели воздействие температур, достаточно высоких, чтобы разрушить всякие следы нефти, которая в них содержалась. Таким образом, главными целями при поисках нефти должны быть мощные толщи фанерозойских осадков, образовавшихся на морских мелководьях вдоль окраин современных или древних континентов, или во внутренних морях, которые периодически затапливали части континентов. Накопленный в результате бурения в таких районах опыт также позволяет предсказывать с приемлемой точностью, сколько нефти или газа еще не открыто. Если эти предсказания совместить с оценками того, насколько быстро будет расти в будущем потребление нефти, то мы придем к вероятному выводу, что в течение столетия от данного момента человечество израсходует большую часть имеющихся в недрах Земли запасов нефти (рис. 13.2). К сожалению, розовые краткосрочные прогнозы добычи нефти, по сравнению с потребностью в ней, заслоняют необходимость предвидеть длительные периоды острой ее нехватки, которые, без сомнения, ждут нас в будущем, и проявить беспокойство. Другие источники энергии — и сырья, которое заменило бы нефть в производстве таких разнообразных продуктов, как синтетические ткани, удобрения и лекарства, — еще ждут своей разработки. Было бы лучше, если бы об этом люди
Рис. 13.2. Сплошная линия представляет сглаженную кривую мирового производства нефти с момента бурения первой скважины в 1859 году и до 1991 года. Точками на этой линии обозначено фактическое производство нефти, согласно ежегодной «Международной энциклопедии нефти» (PennWell Publishing Company). Штриховая линия показывает «оптимистический» прогноз, сделанный в 1969 году геологом из Геологической службы США М. Кингом Хаббертом на основании его наилучшей оценки количества известных и еще не открытых запасов нефти. Хотя снижение потребления нефти в начале 1980-х годов несколько отодвигает в будущее период изобилия нефти, все же из этого графика очевидно, что мы принадлежим к одному из всего лишь нескольких поколений людей, которые еще будут пользоваться благами из этого источника.
Хотя нефть и газ являются настораживающими и отрезвляющими примерами, геологические ресурсы многих других полезных ископаемых также потребляются в темпах, вызывающих тревогу. Более того, подобно нефти и газу, распространение этих полезных ископаемых определяется геологическими факторами, а не политическими границами, делая зависимость современных индустриальных обществ от запасов некоторых ископаемых особенно опасной. Хорошим примером может послужить элемент кобальт, критическая составная часть сплавов, используемых для производства постоянных магнитов, турбин и реактивных моторов и других современных машин. Соединенные Штаты, да и другие высокоразвитые страны по существу не имеют своих источников кобальта. В конце 1970-х годов в результате гражданской войны в Заире цены на этот товар подскочили более чем в десять раз. Нехватка кобальта не была длительной, и тем не менее она напомнила о конечности минеральных ресурсов.
Некоторые космические энтузиасты предположили, что Луна или даже астероиды могут в будущем послужить источником сырья для Земли. На Луне действительно имеются все необходимые химические элементы, но их извлечение потребовало бы огромных затрат энергии. В противоположность ситуации на Земле, геологические процессы, протекавшие на Луне, не вели, как правило, к образованию минеральных месторождений, подобным тем, которые известны нам на Земле. Причина этого заключается в том, что удивительно высокая доля механизмов концентрации элементов на нашей планете связана с наличием жидкой воды. Некоторые месторождения отлагаются прямо из моря — например, полосчатые железистые толщи, обсуждавшиеся в главе 4, которые являются источником большей части железной руды. Другие месторождения представляют собой продукты выветривания, происходившего с участием воды: алюминий концентрируется в обстановке, когда сильные и частые дожди при высоких температурах тропических областей растворяют и уносят почти все в местных коренных породах, оставляя только нерастворимый богатый алюминием боксит. Золото и многие другие ценные металлы обычно встречаются в жилах, поскольку они отлагались там из горячих, богатых водой флюидов, протекающих по трещинам в породах земной коры. По причинам, связанным с ее образованием, Луна лишена воды; большая часть процессов, которые на Земле ведут к концентрации минералов, на Луне никогда не имели места. В результате этого экономически ценные элементы присутствуют в породах Луны только в рассеянной форме. По-видимому, хищный аппетит современных обществ будет, по крайней мере в ближайшем будущем, удовлетворяться из земных источников путем разработки методов эффективного извлечения материалов из менее богатых руд, путем сохранения и повторного получения ценных материалов из отходов и разработки заменителей для некоторых самых редких минералов и элементов. По этой причине изменилась роль ученых-специалистов в области наук о Земле (по крайней мере частично) от роли простых эксплуататоров многочисленных и богатых месторождений Земли до хранителей ресурсов, которые сейчас уже считаются ограниченными. У геологов есть необходимые знания для оценки отдаленных последствий потребления критических материалов при современных темпах, а некоторые из них взяли на себя ответственность за предупреждение и оповещение как правительств, так и населения вообще о вероятных результатах такого потребления.
ОПАСНОСТЬ СТОЛКНОВЕНИЯ ЗЕМЛИ С НЕБЕСНЫМИ ТЕЛАМИ
Геологическая каменная летопись оставляет мало сомнения относительно возможности столкновения Земли с различными телами в будущем. Современная дискуссия между специалистами фокусируется на том, какова именно эта вероятность крупномасштабного, катастрофического столкновения и есть ли какие-либо средства, которые позволят избежать такой катастрофы.
Доказательства гигантского столкновения Земли с каким-то небесным телом, случившегося 66 миллионов лет назад и создавшего глобальный кризис, который привел к гибели динозавров и многих других животных и растений, обсуждались в главе 10. Космическое тело, вызвавшее катастрофу на границе мела и третичного периода, вероятно, представляло собой астероид, выброшенный в результате какого-то возмущения на орбиту, пересекающую орбиту Земли. Сейчас общепризнано, что очень крупные события, подобные столкновению на границе мел — третичный период, бывают очень редко, даже по геологической временной шкале, но что часто не принимается во внимание, так это то, что имеются сотни, а может быть, даже тысячи астероидов, диаметр которых превышает 100 метров (и поэтому способных принести существенный ущерб, если они столкнутся с нашей планетой), орбита которых как раз в этот момент пересекает орбиту Земли. Каждый из них имеет некоторую потенциальную возможность столкнуться с Землей, а геологическая и историческая летописи показывают, что в прошлом такие столкновения происходили регулярно. Так какова же конкретно вероятность того, что такое столкновение произойдет снова? И какой ущерб оно может причинить? Сейчас предпринимаются значительные усилия, чтобы получить ответы на эти вопросы. Хотя во всех предсказаниях имеется некоторая доля неопределенности, угроза, о которой мы сейчас говорим, настолько реальна, что уже вызвала серьезную дискуссию о возможности раннего обнаружения и, может быть, даже изменения направления орбиты небесного тела, находящегося на пути столкновения с Землей. Один такой анализ, недавно выполненный Кларком Чепмэном из Института планетарных исследований в городе Таскон[2], штат Аризона, и Дэйвидом Моррисоном из Эймсского исследовательского центра НАСА в Калифорнии, результаты которого опубликованы в научном журнале «Нэйчер» («Nature») в 1994 году, предсказывает, что имеется один шанс на 10 000 в пользу того, что в течение следующего столетия с Землей столкнется астероид, достаточно большой, чтобы разрушить нашу среду обитания и истребить значительную часть населения Земли. Это очень небольшая вероятность, но только в чисто статистическом смысле; в силу очень большого количества вызванных этим столкновением смертей, она обещает, что для среднего американца шанс умереть в результате такого столкновения приблизительно равен шансу погибнуть в авиационной катастрофе. Безопасность полетов на самолетах является вполне законным предметом заботы как правительств, так и граждан, так разве вопрос об отклонении астероида, несущегося к Земле, имеет меньшее значение?
Факты, необходимые для того, чтобы оценить вероятность столкновения, мы находим в разных источниках, включая геологическую каменную летопись. Поскольку атмосфера заслоняет нас от мелких тел, которые сгорают от тепла, выделяемого в результате их трения о воздух, прежде чем достигнут Земли, и поскольку выветривание и тектоника плит постоянно изменяют ландшафт, поверхность нашей планеты не до такой степени изрыта оспинами кратеров, как некоторые из наших планет-соседей. И тем не менее на Земле есть несколько хорошо документированных примеров таких кратеров.
молодая и хорошо изученная структура, образовавшаяся в результате столкновения. Многие земные кратеры довольно велики и первоначально были распознаны по их круглой форме только по наблюдениям с самолетов или со спутников. Древние, сильно разрушенные части земной коры, как, например, докембрийский Канадский щит в Северной Америке, содержат много древних кратеров. К счастью, покрывающие их осадочные породы и почва помогли сохранить их до последнего оледенения в северном полушарии, которое соскребло их защитный покров, снова обнажив кратеры. Тщательное исследование размеров и возраста этих и других кратеров позволило геологам создать базу данных и определить частоту столкновений с Землей тел разного размера. Аналогичные, но более полные данные получены в результате исследования кратеров на Луне (рис. 3.1), которая не имеет защитной атмосферы, уничтожающей мелкие тела, и на которой процессы, разрушающие кратеры на Земле, такие, как выветривание или тектоника плит, не действуют. Таким образом, большие части лунной поверхности послужили в качестве инертных записывающих устройств, фиксирующих все столкновения за миллиарды лет. Все собранные до сих пор данные показывают, что на очень маленьком конечном отрезке спектра размеров тело, обладающее энергией той ядерной бомбы, которая была сброшена на Хиросиму в конце Второй мировой войны, сталкивается с Землей каждый год! Если выразить это через фактические размеры тел, то эти объекты очень невелики. Атмосфера защищает нас от их воздействия, и они сгорают или взрываются вследствие трения о воздух высоко над поверхностью Земли. Не считая того факта, что они записываются разведочными спутниками, мы даже не осознаем их существования. Даже объекты, обладающие в сто раз большей энергией, встречи с которыми можно ожидать один или два раза в столетие, не достигают земной поверхности. Но в окрестностях Земли плавают гораздо больших размеров фрагменты астероидов, и в сравнительно недавнем прошлом происходили хорошо документированные случаи как почти попаданий, так и реальных попаданий их в Землю. Почти попадание произошло в 1989 году, когда какой-то астероид диаметром в несколько сот метров, несущий — по оценкам ученых — энергию, эквивалентную 1000 тонн ТНТ (тринитротолуола), прошел мимо Земли на расстоянии, меньшем, чем удвоенное расстояние от Земли до Луны. Небольшое изменение его орбиты — и он мог бы врезаться в Землю с катастрофическими последствиями. Он, безусловно, достиг бы поверхности Земли, образовав кратер диаметром в несколько километров (или породив гигантские волны в случае, если бы он упал в океан). Этот почти попавший астероид, если бы он действительно столкнулся с Землей, принес бы в сотни раз большие разрушения, чем упомянутый в главе 3 объект, который взорвался в атмосфере над Сибирью в 1908 году. Этот Тунгусский феномен, как его называют, был отмечен в Европе по вызванным им атмосферным ударным волнам, и когда ученые много лет спустя добрались до этого очень удаленного места, они нашли сплошь поваленный лес на площади более 2000 квадратных километров и признаки того, что взрыв вызвал пожары вблизи центра этого пострадавшего района. Никаких обломков упавшего астероида так и не было найдено, но выполненные недавно расчеты показали, что это, вероятно, был каменный объект, который взорвался в атмосфере на высоте около 10 километров. К счастью, местность, где произошел взрыв, была необитаемой; если бы он упал в населенном районе, последствия этого взрыва были бы очень серьезными.
Столкновения с крупными объектами происходят редко, но их воздействие потенциально столь опустошительно, что они составляют совершенно особый тип геологической угрозы, отличный почти от всех других. Столкновения, подобные тому, которое завершило меловой период, выбрасывают в атмосферу столь много тонких обломков, что — не считая света от пожаров, возникших в результате столкновения, — весь мир на некоторое время погрузился бы в сплошную темень. Даже гораздо менее мощные столкновения могли бы все же уменьшить солнечное освещение до такой степени, что все сельское хозяйство было бы подавлено более чем на один летний цикл с катастрофическими последствиями. Все общества Земли подверглись бы воздействию этого взрыва; ни одна страна не уцелела бы, чтобы оказать другим помощь, как это обычно делается в случаях катастрофических наводнений, землетрясений или засухи. К счастью, действительно крупные объекты диаметром в один километр или больше легче всех других обнаруживаются в космосе. Существуют технологические средства, позволяющие обнаружить такие тела и определить их орбиты. К счастью также, чувствительные телескопы и тщательно организованная служба наблюдения могли бы, вероятно, обеспечить достаточно заблаговременное предупреждение (по крайней мере за несколько лет), чтобы можно было разработать и осуществить стратегию защиты, позволяющую избежать столкновения с теми объектами, которые окажутся на пути к столкновению с Землей. Отклонение орбиты астероида было бы очень дорогостоящим предприятием, но все же маловероятно, что будет слишком много жалоб на высокую стоимость защиты Земли от потенциального полного опустошения.
ВУЛКАНЫ И ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
Гораздо более непосредственную, хотя и более локализованную опасность для общества представляют собой сильные землетрясения и вулканические извержения. Именно о них думает большинство людей, когда хотят представить себе геологические катастрофы. При современном знании о том, как работает Земля, не так уж сложно делать предсказания о вероятности таких событий. Можно сказать почти со стопроцентной уверенностью, что в какой-то момент в течение последующих нескольких сотен лет крупное и очень разрушительное землетрясение поразит Сан-Франциско или Токио или же взорвется гора Святой Елены. Но пока что невозможно предсказать заранее, когда конкретно произойдет подобное событие или, что еще более важно, насколько крупным оно будет. И все же наблюдается определенный прогресс в отношении краткосрочных прогнозов. В большинстве случаев такие прогнозы требуют тщательного слежения, с использованием как приборов, так и простых наблюдений, в регионах, о которых уже известно, что это области высокой степени риска. В нескольких случаях, когда опасность казалась непосредственно угрожающей, проводились массовые эвакуации. Вероятно, наиболее известным примером может послужить эвакуация населения с вулканического острова Гуаделупе в Карибском море в 1975 году, когда зловещие предвестники показали, что извержение неминуемо в любой момент. Однако извержение не произошло. Три месяца спустя жители вернулись в свои дома, никакой катастрофы не было, и разгорелись горячие дебаты о необходимости проведенной эвакуации и, конечно, о точности предсказания. Но природа капризна, и еще не скоро мы разберемся в том, какие виды признаков действительно предвещают извержение или землетрясение. А пока что вполне возможно, что будут еще и другие ложные прогнозы, но в конечном итоге лучше, вероятно, следовать им, чем игнорировать. Иногда природа мстит за неверие в предсказание, как случилось вскоре после событий в Гуаделупе, когда геологи в Колумбии предупредили, что даже незначительное извержение вулкана Невадо дель Руис может расплавить снег и лед на его вершине, вызвав мощные потоки вулканического пепла и грязи, которые могут угрожать городку Амеро, расположенному у основания вулкана. В этом случае жители проигнорировали это предупреждение и предсказанные потоки грязи обрушились на город, только через несколько месяцев, уничтожив 25 000 человек.
Как должно быть ясно из обзора тектоники плит в главе 5, наиболее высока вероятность возникновения как вулканических извержений, так и землетрясений вдоль границ между плитами. Наиболее опасны места, где плиты, сталкиваясь друг с другом, образуют зоны субдукции.
Даже беглый взгляд на рис. 5.2 покажет, что многие из таких областей плотно заселены: это большая часть западного берега Северной, Центральной и Южной Америки, Япония, Индонезия и те части Средиземноморья, которые лежат вблизи зон субдукции. Все эти районы испытали не раз и землетрясения, и извержения вулканов на протяжении писанной истории и снова испытают их в будущем. И все же в большинстве этих регионов катастрофы происходят через довольно большие промежутки времени, часто между ними успевает смениться одно или несколько поколений людей и поэтому они не очень запечатлеваются в общем сознании.