Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

В 1963 г. Вайн вместе со своим руководителем Драммондом Мэтьюзом пришел к выводу, что на океаническом дне должен существовать двойной конвейер — по одной ленте с каждой стороны срединно-океанических хребтов. Ленты этих конвейеров скользят в перпендикулярном к хребтам направлении, унося от них очередную порцию излившейся лавы и создавая эффект полосчатости магнитных свойств всяких раз, когда геомагнитное поле изменяет свою полярность. Дальнейшие работы таких ученых, как Дж. Тузо Вильсон и Алан Кокс, подтвердили правильность идей Хесса и Вайна, указав, что смежные участки морского дна непрерывно смещаются относительно друг друга, скользя вдоль разломов. Более того, оказалось, что возраст пород, слагающих дно океанов, нигде не превышает 200 млн. лет, т. е. они почти в 10 раз моложе континентальных массивов.

Эти перемещения пород океанического дна заставили многих ученых вспомнить идеи Альфреда Вегенера о едином континенте Пангея, которые долгое время игнорировались. Если под водой происходит столь значительное перемещение, не могут ли и целые континенты двигаться, пусть даже гораздо медленнее? Многие геологи и геофизики стали собирать все больше и больше доказательств того, что происходило в действительности. В марте 1964 г. вблизи Анкориджа на Аляске в районе полномочий геолога Джорджа Плафкера из Геологической службы США произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой 8,6 по шкале Рихтера. Изучив его последствия, геолог убедился в том, что, поскольку на суше в области землетрясения не наблюдается линии разлома достаточной длины, она должна находиться где-то в море у побережья. За несколько последующих лет Плафкер и другие геологи сумели показать, что на определенных участках земного шара океаническая кора погружается в недра Земли, и, перемещаясь, она в какой-то момент уже будет скользить под материковой корой, выталкивая ее вверх и вызывая землетрясение.

Так родилась теория тектоники плит. Из плит разного размера состоит наружная оболочка Земли — литосфера. Земная кора, на которой мы занимаемся сельским хозяйством и строим города, — это всего лишь самая верхняя часть литосферы, общая толщина которой в среднем составляет около 350 км. Литосферные плиты перемещаются, и с помощью искусственных спутников Земли их движение удалось измерить. Скорость его очень мала, — как правило, порядка сантиметра в год, но смещения происходят на протяжении тысячелетий, и в различных точках прохождение одной плиты под (или над) другой (а иногда — сдвиг одной относительно другой) создает внезапный крен, приводящий к землетрясению. Давления, оказываемые двумя плитами друг на друга, вдруг становятся слишком большими. Достаточно случайности — и образуется разлом одной из плит, приводящий к значительному смещению земной коры.

За то время, которое прошло между сан-францисскими землетрясениями 1906 и 1989 гг., геофизики стали гораздо лучше понимать, почему происходят эти разломы земной коры. Они знают также, где на земном шаре находятся наиболее опасные в сейсмическом отношении места, поскольку ясно, что в этих местах две литосферные плиты, сталкиваясь, перемалывают друг друга. В результате создаются такие колоссальные давления, которые вещество земной коры не в состоянии выдержать, так как они превышают предел его прочности, и происходит разрыв сплошности. Наибольшее внимание средств массовой информации, по крайней мере в США, привлекает калифорнийский разлом Сан-Андреас, и неизменный смех вызывают выражения типа «Южная Калифорния проваливается в море». Однако это довольно нервный смех — ведь сильное землетрясение когда-нибудь, несомненно, произойдет.

Раскрытие тайны тектонических плит помогло прояснить и другие аспекты строения Земли. Но чем дальше от поверхности, тем более умозрительными становятся выводы ученых. Земная кора, или внешняя оболочка планеты, на континентах имеет мощность до 50—70 км, а под океаническим дном — всего лишь 8—12 км. Подземной корой находится верхняя мантия, сложенная такими минералами, как оливин и оксиды, плюс некоторое количество гранатов. Аналогичные породы образуют нижнюю мантию, но из-за действующих здесь огромных давлений они имеют еще большую плотность. При таких давлениях, а также существующих на больших глубинах в недрах Земли высоких температурах углерод кристаллизуется в форме алмаза. Алмазы, добываемые на Земле, выдавлены из нижней мантии в процессе вулканических извержений — они оказались в поднявшейся из глубин Земли расплавленной лаве, при остывании которой образовался базальт. Некоторые алмазы выдавлены с глубин порядка 1000 км. Только в лабораторных экспериментах с использованием алмазных наковален, которые способны выдержать огромные давления и температур, создаваемые лазерными пучками, исследователям удалось получить мизерные количества исключительно плотного минерала со структурой перовскита — основной составляющей нижней мантии Земли.

Под мантией располагается внешнее ядро, состоящее из жидкого (расплавленного) железа и никеля. Считается, что эти вещества плавятся при температурах, близких к тем, которые существуют внутри Солнца. Имеются веские основания полагать, что так оно и есть, но относительно таких глубин ученые могут делать лишь умозаключения. Во время землетрясений в недрах нашей планеты распространяются упругие колебания — более быстрые продольные и несколько более медленные поперечные волны, которые регистрируются сейсмографами. По характеристикам этих волн можно установить, через какой материал они прошли. Твердое внутреннее ядро Земли из железа и никеля окружено расплавленным внешним ядром. Почему же расплавленное внешнее ядро не заставляет плавиться внутреннее ядро? Предполагается, что в какой-то момент адские температуры внешнего ядра существенно уменьшаются. По-видимому, это обусловлено конвективными потоками (в лаборатории они воспроизводятся при значительно более низких температурах), которые заставляют струи, или плюмы, наиболее горячего материала двигаться вверх, при этом находящийся вверху более холодный материал опускается вниз.

Планета Земля живет активной жизнью, и не только в смысле существующей на ее поверхности экосистемы животных и растений, которые успешно развиваются благодаря благоприятным условиям хорошо сбалансированной атмосферы, так как большая часть земной поверхности покрыта водой. В отличие от нее Луна представляет собой мертвое небесное тело — как внутри, так и снаружи. Правда, есть предположение, что когда-то и она обладала расплавленным ядром — в течение миллионов лет после отделения от Земли (вероятно) в результате столкновения нашего мира с другим, меньшим по размеру (близким по величине к Марсу). Марс — умирающая планета. Установлено, что когда-то на ней существовали обширные моря и что еще сохранилось достаточно воды для образования разреженной атмосферы и ледяных шапок в районе полюсов. Возможно, еще больше воды находится под поверхностью Марса в виде вечной мерзлоты. Мы не знаем, что именно произошло на Марсе, из-за чего планета умирает — если бы нам это было известно, возможно, мы бы с гораздо большим вниманием и заботой относились к своей собственной планете. С другой стороны, вполне вероятно также, что в Солнечной системе только Земля обладала необходимым сочетанием условий, чтобы стать обитаемой планетой, — иметь твердую поверхность, способную удерживать воду. Однако мы не должны ограничиваться этой точкой зрения. Газовая планета-гигант Юпитер, очевидно совершенно лишенная поверхностной коры, также живет своей собственной жизнью, о чем свидетельствуют Большое Красное Пятно и другие обширные циклонические системы. Тем не менее в этом небольшом уголке Вселенной Земля — безусловно уникальное небесное тело.

Однако эта уникальность оказывается весьма зыбкой. Считается, что жидкое внешнее ядро само нестабильно — например, как раз по этой причине магнитные полюса Земли меняются местами примерно раз в миллион лет. Активная жизнь Земли означает также, что она непрерывно изменяется. Альфред Вегенер был прав относительно суперконтинента Пангея. К 1980-м годам геологические данные позволили убедительно доказать, что Южная Америка и Африка когда-то были частью одного и того же континентального массива, как и все остальные континенты. В самом деле, глядя на плоскую карту мира, любой ребенок может видеть, что очертания береговой линии Африки и Южной Америки идеально дополняют друг друга, подобно отдельным фрагментам мозаичной картинки. Конечно, люди замечали это и до Вегенера, но объясняли простым совпадением или волей Божьей. В настоящее время определенно установлено, что до Пангеи существовали отдельные континенты, отличавшиеся по форме от современных материков, а до них был другой суперконтинент, названный Родиния — от русского слова «родина». Некоторые геологи даже считают, что весь цикл, скорее всего, прошел до этого, по меньшей мере, еще один раз.