Знание-сила 1997 № 01 (835)

Коллектив авторов

Чувствуя в этой ситуации некую неопределенность, незавершенность сюжета, на Пятой плитотектонической конференции имени Л. П. Зоненшайна я попытался поговорить с приехавшими на нее японскими геологами. Однако выяснилось, что мои собеседники хоть и слышали об этих работах, но комментариев не имеют.

Но мне повезло. Продолжение интересующей меня темы нашлось совершенно случайно, при чтении книги очерков уже нокойного Л. П. Зоненшайна и воспоминаний о нем. За два дня до своей последней операции Лев Павлович писал М. П. Кузьмину: «Но главное, почему я пищу,— как мы можем развивать хоть что-то подобное созданию общей теории у иас в стране. Монин+Сорохтии — прекрасные теоретики, но все упирается у них в рост ядра, то есть не процессы в ядре, не высвобождение оттуда энергии и вещества, а скорее наоборот, это у них главное. Есть еще работы Трубицина и Жаркова... Они будут докладываться в Звенигороде, постарайся послушать, особенно Трубицина, может быть, что-нибудь хорошее и есть (может, повторюсь, но главное при оценке должно быть, насколько построения комплексны, охватывают если не все, то многие источники данных). Буду надеяться, что что- нибудь и есть».

Талантливый ученый оказался прав: у профессора, доктора физико-математических наук Валерия Петровича Трубицина есть нечто «хорошее» и даже более — революционное. Вместе с замечательным математиком, кандидатом физико-математических наук Виталием Валентиновичем Рыковым они сделали то, что пока еще не удалось никому другому в мире,— создали стройную и красивую математическую модель, объясняющую очень многие вопросы глобальной геологии и в том числе названные выше.

«Нам, после численных экспериментов, стали ясны механизмы глобальных процессов в недрах Земли»,— слова Валерия Петровича, которые я услышал от его знакомых незадолго до нашей первой встречи. Что я подумал, вы, наверное, догадались. Но уже с самого начала разговора планка достижений была поднята еще выше.

— Работа Валерия Петровича, в которой рассчитывались свойства замороженного водорода при его переходе в металл, была признана лучшей в области физики и семидесятом году. После нее «отец водородной бомбы» Теллер обратился к президенту США Никсону с просьбой выделить сто миллионов долларов для того, чтобы проверить теорию советского ученого. И через два года американцы поставили эксперимент, в котором подтвердили данные Трубицина.

1. Модель конвекции в современной Земле

— Основываясь на исследовании свойств твердого водорода, В. П. Трубнцин вместе с В. Н. Жарковым рассчитали, что Юпитер и другие планеты-гиганты Солнечной системы являются газожидкими телами, а не твердыми ледяными, как считалось раньше. Американские станции «Пионер» подтвердили эти данные, и они уже при жизни Валерия Петровича вошли в школьные учебники.

— В дальнейшем было обнаружено, что оболочка Юпитера вращается быстрее, чем его центральная часть, — из-за действия мощной конвекции в недрах планеты. Понятие «конвекция» здесь ключевое. Исследование этого процесса на Юпитере побудило Валерия Петровича обратить внимание на проблемы тектонической истории Земли.

Результат сложной и долгой работы физика Трубицина и математика Рыкова до смешного прост — это компьютерная программа, выдающая последовательность разнообразных цветных картинок. Программа, которая сделала революцию в науках о внутреннем строении Земли. Как было можно ее запустить на 386-м компьютере, знают лишь сами ученые. Скажу только, что никто в мире не берется решать подобные математические задачи на куда более мощных машинах. Проблема заключается в том, что лучшие умы геологии, физики, математики пока не могут описать в формулах конвекцию в мантии Земли с учетом влияния на нее континентальных и океанических плит. Та самая задача о взаимоотношениях вертикальных потоков вещества и горизонтального движения плит, о которой упоминалось выше.

Начав в своей модели со случайных размеров континентов и ячеек конвекции, Трубицин и Рыков смогли не только объяснить происхождение многих структур Земли, но и выявить более общие закономерности. А принимая их в расчет, можно попытаться по-иному описать историю развития Земли. С момента рождения континентов на нашей планете периодически возникали единые суперконтиненты (рисунки 3, 4, S, б): Моногея — 2,6 — 2,4 миллиарда лет назад; Мегагея — 1,8 миллиарда лет; Мезогея — 1 миллиард лет; Пангея — 200 миллионов лет назад.

2. Карта литосферных плит

3—6. Реконструкции суперконтинентов: Моногея, Мегагея, Мезогея, Пангея

Примерно через каждые восемьсот миллионов лет все континенты собираются вместе, образуя суперконтиненты, чтобы потом рассыпаться по земному шару. И раньше было ясно, что конвекционные потоки в мантии перемещают континентальные плиты по земному шару, но механизм, который заставляет их собираться с такой периодичностью, оставался загадкой. Российские ученые выяснили, что это нечто — сами континенты. Сами континенты управляют сложной динамикой в недрах Земли, играя «на клавишах» восходящих и нисходящих потоков вещества. Вновь возникший мощный нисходящий поток, как воронка, затягивает вещество в глубь Земли, а одновременно стягивает друг к другу, сбивает «в кучу» континенты. Но стоит заткнуть воронку твердой пробкой из континентов, как примерно через двести миллионов лет вместо нисходящего холодного потока здесь возникает поток восходящий и горячий. Он в свою очередь разбивает единый суперконтинент и разносит образовавшиеся его части в разные стороны, пока вновь — через сотни миллионов лет — не начнет действовать воронка нисходящего потока. Такова схема общепланетарного цикла по Трубицину и Рыкову.

А как согласуется их модель с современными наблюдениями? Возьмем для примера лишь несколько самых острых проблем.

Одна из них — Тихий океан. Огромные потоки базальтов поднимаются под ним из мантии, образуя Тихоокеанский хребет. При этом мощный застывший поток в виде океанических литосферных плит устремляется к Азиатскому континенту и погружается под него, а другая часть — движется к Америке. Этот регион сильно выбивается из общей тектонической картины, и чтобы объяснить его странности, было даже высказано предположение, что сюда давным- давно упал небольшой астероид.

Трубицин считает: тихоокеанское образование столь велико, что сами его масштабы свидетельствуют — оно сформировалось очень давно, около полутора миллиардов лет назад. Поток вещества из недр планеты был тогда настолько мощным, что даже при раскалывании очередного суперконтинента в каком-то другом месте расходящиеся материки не смогли перекрыть это тихоокеанское поднятие. А в будущем? А будущее Тихого океана связано с Атлантикой.

7. Будущий суперконтинент, который образуется, но мнению японских ученых, через 250 миллионов лет.

Это кажется странным, потому что Атлантика, точнее Срединно-Атлантический хребет, практически всем отличается от Тихоокеанского хребта. Различия в рельефе, длины хребтов, их симметрия — все разное. Атлантический хребет раздвигается со скоростью в восемь раз меньшей (один сантиметр в год), чем Тихоокеанский. Да и, по данным японских ученых, восходящий поток вещества (который и вызывает раздвижение дна) под Атлантикой узкий, а под Тихим океаном грибообразный и больший по своим размерам. Почему картина именно такая? Это случайность или закономерность? По мнению Трубицина, только принимая в расчет активную роль континентов, можно доказать, что наблюдаемая картина закономерна и даже более — что судьба Тихого неразрывно связана с Атлантическим хребтом.