Вегенер и барьер неподвижности

В изучении горных массивов ученые XIX века добились больших успехов.

Что же касается геодинамики, то в этом направлении, как ни парадоксально, они зашли в тупик. Геологов прежде всего поражало, что горообразование связано с весьма значительными вертикальными перемещениями земной коры, амплитуда которых составляет 15-20 километров; эти перемещения могут охватить целый ряд линейно вытянутых, тектонически подвижных ее участков, называемых геосинклиналями. Так, было выявлено, что северные Аппалачи, на востоке США, образовались из отложений, уходивших в глубину на 12 километров и покрывавшихся незначительным слоем воды на континентальной коре.

История медленного прогибания этих геосинклиналей, за которым следовало сравнительно быстрое их поднятие, выглядела загадочной. Непонятным также казалось, почему эти геосинклинали занимают столь узкие зоны. Неуемным студентам, задававшим подобные вопросы, отвечали, что здесь все дело в "ослабленных зонах". А если они не унимались и набирались храбрости спросить о природе или происхождении наблюдаемого явления, то в ответ обычно ссылались на сжатие Земли, связанное с ее остыванием. Действительно, это была единственная теория, которая могла увязать имеющиеся факты с законами физики.

Естествоиспытатель любит говорить языком цифр. Не высказываясь вслух, он чуточку разделяет мнение физика лорда Резерфорда, что из всех наук "существует только физика, затем химия, являющаяся разновидностью физики, и, наконец, коллекционирование марок"! Чтобы избежать зачисления в категорию филателистов, геофизик нуждается в хороших геофизических теориях. Прекрасной иллюстрацией узости мышления некоторых ученых служит анекдотический случай, имевший место в 1963 году с автором одной из актуальнейших за последнее десятилетие статей о Земле: ее публикация была отвергнута крупным научным журналом по той причине, что она не содержит "ни новой информации, ни математических расчетов и находится в противоречии с общепринятыми идеями..."

Теория охлаждения Земли представлялась в высшей степени научной; она позволяла производить точные математические расчеты, разумеется, при условии принятия некоторых отправных гипотез. Она была очень удобна для изложения на лекциях. Аналогия сжимающейся в процессе охлаждения Земли с яблоком, кожура которого по мере его старения морщится, приводилась в каждом учебнике географии.

К великой досаде ученых, сделанные расчеты плохо согласовывались с фактами, наблюдаемыми на земной поверхности. Открытые в скором времени шарьяжи, или надвиги одних пластов на другие, недвусмысленно указывали на очень значительные деформации земной коры, сокращающие ее площадь и явно превышающие по величине те, что предусматривались теорией сжатия. По отношению только к Альпам речь шла о сотнях и даже тысячах километров. Эти сокращения площади не находили объяснения в простом отрыве крупных блоков и в их смещении по разные стороны горных цепей.

В 1841 году в Швейцарских Альпах был обнаружен первый надвиг значительных размеров: на протяжении 15 километров древнейшие пласты оказались расположены над более молодыми пластами. Пришлось допустить, что они были вытеснены со своего первоначального местоположения. Автор этого открытия не обнародовал никаких данных - по его собственному признанию, он опасался, "как бы его не упрятали в психиатрическую лечебницу". Но в дальнейшем эти необычные наблюдения были подтверждены и даже умножены. В разных местах ученые отмечали нагромождения шарьяжей, этих "плавучих" пластов, исторгнутых из чрева Земли. Трудно было объяснить это явление иначе, чем значительной деформацией земной коры. Ученые, уверовавшие в шарьяжи, ощутили то, что хорошо можно выразить остротой Марка Твена: "Если бы Швейцарию развернуть и распластать, то получилась бы немалая страна.

Явление значительных сокращений площади, занимаемой горными массивами, произвело сильное впечатление на английского физика преподобного Осмонда Фишера. Чрезвычайная нестабильность земной коры не поддавалась объяснению с помощью гипотезы сжатия, и он ее решительно отверг. Здесь требовалась более мощная движущая сила. И вот, анализируя современное динамическое состояние нашего шара, Фишер был поражен существованием сейсмического кольца вокруг всего Тихого океана. Выбрав для примера Японию, он пришел к мысли, что там все происходит так, словно океаническая кора опускается под остров и этот поддвиг служит причиной землетрясений. Кроме того, ученого удивляло наличие базальтового вулканизма и постоянно сохраняющихся трещин растяжения в Исландии. Он сделал вывод, что "плато", протянувшиеся вдоль оси Атлантики (ныне известные под названием Срединно-Атлантического хребта), разбиты трещиной, образовавшейся под влиянием сил растяжения и являющейся местом выхода жидкой магмы из недр Земли.

И тогда ему стало казаться, что механизм, обусловливающий растяжение в центре океанического дна, должен создать сжатие по краям океанов. Он предложил, согласно его собственной терминологии, систему "конвективных потоков"^* в магме, находящейся под литосферой Земли. Что, как не эти потоки, определяет систему сил, центр которой находится на дне океанов? Потоки, поднимающиеся вверх вдоль осей срединно-океанических "плато" в процессе вулканических извержений, формируют новую базальтовую кору, как, например, в Исландии. И наоборот, охлажденные, а следовательно, отяжелевшие породы как бы проваливаются в свое прежнее лоно, что обусловливает появление сейсмичных зон, как, например, на периферии Тихого океана.

^* (Простая аналогия позволяет понять, что представляют собой эти таинственные потоки в недрах планеты: когда на огонь ставится кастрюля с овсяной кашей, то в ней образуются "конвективные потоки" - горячая масса поднимается на поверхность, а холодная, более тяжелая, опускается ко дну.- Прим. авт.)

Фишер сравнивал эту систему с образованием корочки в лавовых озерах Килауэа на Гавайях. Аналогия, замечательно подкрепляющая современную теорию, совсем недавно была открыта заново, независимо от Фишера.

Суперконтинент Пангея 200 миллионов лет тому назад. 'Животные могли посуху добираться из Африки в Америку и Европу...' Геологическая карта, воссозданная Д. К. Брайденом, Г. Е. Дрюри и А. Г. Смитом ('Джорнэл оф Джиолэджи', 1974)

Когда расплавленная лава выбрасывается на поверхность озера, то, соприкасаясь с воздухом, она охлаждается и отвердевает. Так образуется кора, которая со временем все более утолщается. А поскольку кора плотнее лавы в расплавленном состоянии, то настает момент, когда ее наиболее плотная и, стало быть, наиболее тяжелая часть отъединяется и вновь погружается в лавовое озеро, где и растворяется. Погружаясь в озеро, она увлекает за собой прилежащую плиту, образуя трещину в том месте, где кора наиболее тонка.

Через эту щель выступает новая порция лавы, и начинается повторный цикл.

200 миллионов лет спустя - современное расположение материков

Свои наблюдения с 1881 по 1891 год Фишер изложил в труде, озаглавленном "Физика земной коры". Идеи, составляющие основу современной модели строения Земли, заложены в этой книге: Земля как прообраз тепловой машины; взаимосвязь между перемещениями земной коры и сейсмичностью, между вулканизмом и орогенезом; главенствующая роль океанических структур, в частности хребтов и впадин, пассивная роль континентов, подвергающихся воздействию глубинных течений, и т. д.

Важно понять, на каких путях Фишер оказался новатором. Он первый взял за отправную точку нынешнюю динамику нашей планеты (вулканизм и сейсмичность) и построил схему, способную объяснить одновременно и настоящее, и прошлое Земли. В этом его основная заслуга. Много проще составить "тесты" применительно к настоящему времени, когда можно определить многочисленные параметры сейсмичности или распределения температур, чем нарисовать картину прошлого с помощью математических выкладок. С другой стороны, Фишер в своей теории динамики коры отвел решающую роль тектонике океанического дна и, конструируя модель Земли, устремил взор не на континенты, а на океаны.

Это могло совершить революцию в геологических воззрениях той эпохи.

Но об океанах и сейсмичности тогда знали еще так мало, а локальные исследования гор настолько вскружили геологам головы, что его книга осталась незамеченной и не оказала серьезного влияния на развитие геофизики.

Для того чтобы эти идеи прочно вошли в сознание ученых, должно было минуть 70 лет, в течение которых продолжали господствовать фиксистские теории, уделявшие преимущественное внимание континентам, где единственно значимыми движущими силами считались вертикальные сдвиги земной коры.

Открытие радиоактивности в начале XX века вынудило отвергнуть общепринятую модель внутреннего строения Земли. Выяснилось, что благодаря своей радиоактивности Земля обладает собственным источником тепла. Значит, дальнейшее охлаждение Земли и Солнца вовсе не предвещает относительно скорую гибель всего живого на планете.

Все расчеты охлаждения и сжатия Земли оказались теперь ненужными, поскольку теперь даже уже нельзя было сказать, охлаждается она или разогревается. Не говорят же об охлаждении электрорадиатора на том основании, что он излучает тепло! Земля еще не умирает. Она живая планета, очень даже живая. И в этом Осмонд Фишер был прав.

Не напрасно один из журналов дал сенсационное название статье о Земле: "Конец света откладывается".

Но поистине громовой удар по концепции фиксизма последовал совсем не с той стороны, откуда его следовало ждать. На этот раз в роли ниспровергателя основ выступил немецкий метеоролог Альфред Вегенер.

Гроза, вызванная в 1912 году его идеями подвижности литосферных плит, продолжалась сравнительно недолго. Уже в 1925 году французский геолог Термье говорил о них как "о прекрасной мечте, мечте истинного поэта: мы пытаемся овладеть ею, но убеждаемся, что ловим всего-навсего туман или дым".

Что нового дал нам Вегенер? Его поразило сходство между очертаниями африканского и американского побережий, сходство настолько разительное, что он счел вполне возможным допустить существование сотни миллионов лет назад единого суперконтинента, который затем раскололся на две части, а место разлома постепенно заполнил Атлантический океан.

Основные положения его гипотезы в дальнейшем подтвердились: современные материки образовались около 200 миллионов лет назад из огромного суперконтинента, который Вегенер назвал Пангеей. До разделения Пангеи Атлантической и Индийский океаны не существовали. Животные могли посуху добираться из Африки в Америку и Европу. Существовавшее тогда море Тетис вклинивалось в северную часть суперконтинента, названную Лавразией (включавшую Северную Америку и Евразию), отделяя ее от его южной части - Гондваны (в нее входили Южная Америка, Африка, Индия, Австралия и Антарктида).

О существовании Тетиса свидетельствуют остатки его ложа и осадочные отложения в современных горных массивах. В данном районе тайну горообразования следует искать в длительном процессе сокращения площади дна этой акватории, совершенно исчезнувшей в наши дни. Альпы окончательно сложились в результате встречного движения Африки и Европы, а Гималайские горы - Индии и Азии.

Гипотеза Вегенера позволяла реконструировать взаимное положение континентов до начала их дрейфа, а стало быть, осмыслить с единой позиции происхождение геологических формаций, горных поясов и климата суперконтинента. Немецкий ученый как бы складывал заново разодранную на куски газетную страницу, стремясь не только восстановить форму самого листа, но и воссоединить отдельные буквы, воспроизведя тем самым цельный текст.

Именно по этой причине некоторые геологи, наделенные способностью глобального охвата явлений, остались горячими сторонниками Вегенера. Но их призыв признать его гипотезу оказался гласом вопиющих в пустыне, так как они жили в эпоху, когда геофизика как наука только еще зарождалась. Колоссальный прогресс техники и математики позволил проникнуть далеко в глубь нашей планеты. От "поэзии" перешли к уравнениям. Теперь слово было за физиками.

Итак, с точки зрения геофизиков того времени, гипотеза дрейфа континентов представлялась абсолютно бесперспективной, так как ученых интересовали только геологические процессы, протекающие на Земле в настоящее время. Теория Вегенера, согласно остроте отца современной геофизики Гарольда Джеффриса, "является объяснением, которое ничего не объясняет из того, что мы (геофизики.- Авт.) хотим объяснить".

И действительно, хотя Вегенер был знаком с трудом Фишера, однако дрейф земной коры он связывал с силами, действующими на континентах, а не подо дном океана. Он представлял континенты чем-то вроде самоходных паромов, которые, двигаясь, вспарывают подобное мягкому воску днище океанов. А физики показали обратное: породы, слагающие океаническое ложе, прочнее пород, слагающих континенты, и, следовательно, их перемещения исключены. Не в пользу Вегенера говорили также землетрясения и вулканы, которые, согласно его гипотезе, никогда не могли бы встречаться на дне океанов, а возникали бы лишь вокруг континентов, шельфы которых, по представлению ученого, претерпевали деформацию при перемещениях материков.

Итак, механизм дрейфа континентов, предложенный Вегенером, был ошибочным и не объяснял современную динамику земной коры, то есть распределение и происхождение сейсмичности и вулканической деятельности, а также природу и структуру океанического дна. Срединно-океанические хребты Вегенер считал частями континентов, оторвавшимися от них во время дрейфа. В его модели эти хребты не играли существенной роли, а между тем в действительности они составляют основной элемент геодинамики.

Теперь можно только фантазировать, что произошло бы, согласуй Вегенер свою теорию мобилизма с верной в целом динамической схемой Фишера.

Возможно, лет тридцать было бы выиграно. Возможно, это ускорило бы изучение океанического дна. Во всяком случае, сам Вегенер признавал, что ключ к решению проблемы находится на дне океанов. "Увы,- говорил он,- долго еще нельзя будет добыть с океанического ложа образцы горных пород." В самом деле, только их изучение помогло бы найти общие закономерности развития динамики земной литосферы и проследить ее геологическую историю, то есть смести противоречия между показаниями геофизики и геологии.