Глава 2. Самая таинственная страница "биографии" моря

В предыдущей главе я попытался дать читателю представление об общей картине расположения материков и океанов и некоторые сведения о том, что ученые узнали о природе морского дна. Теперь, прежде чем перейти к вопросам, связанным с жизнью самого моря, мы должны рассмотреть одну очень важную проблему. Почему материки и океанические бассейны расположены именно так, а не иначе?

Это очень сложный вопрос, и проще всего было бы ответить, что этого мы не знаем. С другой стороны, подобно всем тайнам, он вызвал к жизни несколько интересных предположений и по крайней мере одну очень поэтическую гипотезу. Чтобы оценить значение этих гипотез, необходимо сделать небольшой экскурс в космологию.

В моей книге "Путеводитель по истории Земли" (глава 2) я перечислил некоторые гипотезы о происхождении Земли и ее современной формы. Здесь мы ограничимся выяснением того, в какой степени эти гипотезы объясняют перемены, происходящие в земной коре.

Согласно самой распространенной гипотезе, Земля возникла из вращающейся раскаленной газовой туманности, которая, постепенно охлаждаясь и сжимаясь, достигла огненно-жидкого состояния, а затем на ней образовалась кора. Сторонники этой гипотезы еще не пришли к единому мнению относительно того, что является источником этого вещества - Солнце или звезды. Однако для нашей работы этот вопрос не имеет существенного значения. Важным в этой гипотезе является только то, что состояние земной коры определяется силами напряжения и деформации, вызванными охлаждением и сжатием внутренней массы Земли. Другими словами, Землю в этом отношении можно сравнить с постепенно высыхающим апельсином, кожа которого сморщивается по мере того, как высыхает сердцевина.

По другой теории, выдвинутой в начале нашего века американскими учеными Т. Ч. Чемберленом и ш, Земля первоначально представляла собой массу газа, извергнутого под действием приливных сил из поверхности Солнца. Одновременно высвобождались мелкие частицы газа, которые, быстро сгущаясь, превращались в твердые тела, называемые планетезималями. Обладая большой силой тяжести, земная масса притягивала эти планетезимали. Таким образом, Земля достигла современных размеров благодаря процессу наращения, а не в результате сжатия, как утверждает первая гипотеза.

Ясно, что эти две различные концепции должны привести к различным объяснениям происхождения материков и океанических бассейнов. Сначала мы рассмотрим планетезимальную гипотезу, которая, хотя она и отвергнута сейчас, послужила основанием для любопытного объяснения образования земной коры.

Представим себе первозданную Землю, которая, двигаясь в пространстве по своей орбите, притягивала к себе планетезимали. Эти планетезимали падали на Землю под различными углами. Некоторые ударялись о Землю в направлении ее вращения, сообщая ей дополнительный момент вращения, другие - в обратном направлении, действуя как тормоз. Вполне возможно, что эти удары компенсировали друг друга. Однако Чемберлен считал, что это было не так и что падающие планетезимали то ускоряли, то замедляли скорость вращения Земли. В результате такой неравномерной скорости вращения Земля, вероятно, протерпевала соответственные изменения своей формы. В период быстрого вращения полярные области, по-видимому, уплощались, а экваториальные приобретали большую выпуклость. В период медленного вращения эта тенденция уменьшалась. В результате этого в земном теле возникали напряжения, точно так же, как тело атлета испытывает различную нагрузку в зависимости от энергии, скорости и направления его движения. Зоны влияния этих линий напряжения Чемберлен назвал "поясами податливости", и, как показывает их название, это были места, где Земля наиболее деформировалась в результате изменения скорости осевого вращения.

Известно, что реакция тел на напряжение подчиняется определенным законам, и Чемберлен мог приблизительно предсказать, как при таких условиях будет вести себя вращающийся шар. Наиболее естественно было бы предположить, что на нем образовались расколы,, идущие по трем линиям радиально от полюсов приблизительно под углами 120°. Эти линии должны были пройти в зоне наименьшего давления, названной Чемберленом "опорной зоной", которая находится в каждом полушарии приблизительно на расстоянии одной трети от экваториальной окружности.^* Другие линии напряжения, вероятно, соединяли северную и южную зоны, так что земной шар, возможно, был разделен на несколько устойчивых четырехсторонних форм, отделенных друг от друга поясами податливости. Не вдаваясь в дальнейшие подробности, скажем только, что эти пояса податливости поразительным образом совпадают с рисунком, образованным на поверхности планеты материками и океаническими бассейнами. Поэтому возможно, что материки и океанические бассейны появились на ранних стадиях истории нашей планеты в результате движений литосферы вдоль поясов податливости.

^* ( Широты 35° с. и 35° ю., на которых расположены упоминаемые автором "опорные зоны", носит в современной теоретической геологии название "критических параллелей".)

Современному читателю эта теория происхождения океанических бассейнов может показаться скорее остроумной, чем правдоподобной, но в свое время она вызвала сенсацию и поэтому имеет историческое значение. Сегодня различные гипотезы, основанные на концепции охлаждения и сжатия Земли, находят больше сторонников. Мы перейдем к изложению самых главных из них.

Почти все гипотезы сходятся на том, что образование океанических бассейнов было вызвано двумя главными причинами: во-первых, перераспределением пород различной плотности, происходившим в период отвердевания земной коры, и, во-вторых, взаимодействием сил в недрах сжимающейся Земли, которое вызвало революционные изменения в рельефе поверхности.

Чтобы дальше уяснить это, представим себе нашу Землю на самых ранних стадиях ее истории, т. е. около 4 миллиардов лет тому назад. Оторванная огромной космической силой от своего родителя, будь то Солнце или какая-нибудь другая звезда, она, согласно этой гипотезе, стала кружиться по своей орбите, как сверкающий шар раскаленного газа. По мере охлаждения Земля перешла вначале в расплавленное состояние, а затем, через сравнительно короткий период времени, стала образовываться твердая кора. Это было бы возможно, если бы Земля состояла из одного слоя, подобно ледяному покрову на пруду. Расправленные недра Земли состояли из различных веществ, отвердевавших и превращавшихся в породу с различной скоростью. При этом должна была иметь место следующая тенденция: легкие породы стремились всплывать к поверхности, а более тяжелые - опускаться вниз по направлению к ядру Земли.

Когда кора отвердела не только по всей поверхности земного шара, но и на глубину нескольких километров, различные породы должны были разделиться на слои - более легкие наверху, а более плотные внизу. Так и случилось. Теперь в земной коре более легкие вещества, главным образом гранит и гранодиорит, лежат на более мощном слое тяжелых пород - базальтов. Ниже базальта лежит слой еще более плотной породы - перидотита. Известный австрийский геолог Зюсс назвал более легкие породы, лежащие на поверхности, сиаль, а более тяжелые, базальт и перидотит, - сима. Слово "сиаль" состоит из обозначений Si (кремний) и Al (алюминий), а "сима" - Si (кремний) и Ma (магний). Эти породы обязаны своим названием тому, что они, как полагают, состоят преимущественно из упомянутых элементов.

Итак, вскоре после образования коры земной шар представлял собой горячую расплавленную массу, заключенную в двойную оболочку с плоской поверхностью, которая состояла из сиаля и симы. Почему же эта оболочка не осталась плоской, а, сморщиваясь, образовала материковое плато и океанические бассейны? Сторонники гипотезы, согласно которой раскаленная масса Земли постепенно охлаждалась и сжималась, объясняют сморщивание и образование складок на поверхности литосферы сжатием остывающего шара. По мере того как расплавленная масса под корой с потерей тепла уменьшалась в объеме, сама литосфера подвергалась действию больших деформирующих сил. Она стала коробиться, выгибаться и оседать в планетарных масштабах. Части земной коры, выгибающиеся вверх, образовали материки, а опускавшиеся части превратились в океанические бассейны.^*

^* ( Автор повсюду употребляет термин "земная кора" вместо "литосфера". В его изложении это вполне естественно, поскольку он придерживается представлений о первичном огненно-жидком состоянии вещества Земли. Согласно этим представлениям, земная кора рассматривается как слой шлаков, всплывших при расслоении планеты, а отвердение этого слоя знаменует завершение огненно-жидкой стадии развития Земли. Согласно же современной теории (которую автор почему-то полностью игнорирует) о газово-пылевом происхождении Земли и других планет, литосфера образуется не вследствие быстрого всплывания шлаковой коры на поверхность огненно-жидкой массы, а является продуктом длительного процесса физико-химической и гравитационной дифференциации вещества мантии. Поэтому для обозначения верхней твердой оболочки Земли термин "литосфера" является более приемлемым, чем "земная кора".

Тело Земли никогда не представляло расплавленную, огненно-жидкую массу. Вековое сокращение объема земного шара считается в настоящее время не результатом охлаждения, а связывается с чрезвычайно длительным действием силы тяжести (гравитационных сил) и возникших отсюда процессов сжатия и уплотнения недр нашей планеты. Скорость этого сжатия принимается равной 5-7 см за столетие.)

Возможно, что подобный процесс действительно имел место, но его механизм остается неясным. Кроме того, некоторые геологические факты усложняют понимание этой картины. Главный из этих фактов заключается в том, что сиаль и сима распределены сегодня на поверхности Земли далеко неравномерно. Слой сиаля либо становится очень тонким, либо совершенно исчезает в областях, приблизительно соответствующих окраинам материков, а дно океанов состоит главным образом из симы^*.

^* (Вследствие трудностей, упомянутых в предыдущей главе, этот факт был установлен не в результате изучения проб морского дна, а из данных о поведении сейсмических волн и о характере лавы подводных и береговых вулканов.)

Для объяснения этого интересного факта было выдвинуто множество гипотез. Из-за недостатка места я смогу упомянуть только некоторые из них. Самая интересная гипотеза была предложена геологом И. Х. Ф. Умбгрове. Он высказал предположение, что под влиянием сил, действовавших в недрах Земли, первоначально равномерно распределенный пласт сиаля скопился на одной стороне и образовал первые материки. Лежащий под сиалем пласт симы обнажился, таким образом, на огромных участках земной поверхности, особенно в области, занятой теперь Тихим океаном, где слой сиаля совершенно отсутствует. Вначале материки были расположены несимметрично, однако уже на ранней стадии они приобрели современное, более уравновешенное положение. В течение этого процесса некоторые части материков вытянулись, причем от них отошел тонкий пласт сиаля, покрывающий теперь части дна Индийского и Атлантического океанов.

В связи с обнажением огромных участков симы в районе Тихого океана было выдвинуто несколько интересных гипотез о происхождении тихоокеанской впадины. Было даже высказано предположение, что она представляет собой огромный рубец, образовавшейся в результате того, что от литосферы отделилась масса вещества, из которого образовалась Луна. Эта заманчивая гипотеза была впервые выдвинута профессором Кембриджского университета Джорджем Дарвином в 80-х годах прошлого века. Гипотеза Дарвина кратко сводится к следующему: в результате совместного действия притяжения Солнца и свободных колебательных движений земной массы на поверхности расплавленной жидкой Земли образовалась приливная волна, которая в конце концов поднялась так высоко, что ее гребень совсем отделился и стал вращаться вокруг Земли как спутник. Этот спутник состоял в основном из вещества, покрывавшего поверхность Земли, т. е. оно содержало большое количество сиаля. Наоборот, образовавшаяся в земной коре впадина была лишена сиаля, а это, как известно, характерно для Тихого океана.

Исследования вещества, покрывающего Луну, подтвердили предположение, что оно должно состоять из сиаля. Однако не все ученые считают это или подобные ему доказательства достаточно убедительными. Умбгрове, в частности, приводит доводы, почему эта теория может оказаться несостоятельной. Он указывает, что Луна могла образоваться из приливной волны только в том случае, если Земля еще находилась в жидком состоянии. Что это было именно так, подтверждает сферическая форма Луны.^* Если бы вещество, из которого образовалась Луна, не находилось в расплавленном состоянии к моменту ее создания, сила тяжести Луны была бы недостаточной, чтобы придать ей правильную форму. На этом основании трудно объяснить, почему на Земле сохранились остатки сиаля.

^* (Условие непременного нахождения вещества Земли в текущем состоянии в момент предполагаемого отделения Луны вовсе не обязательно, поскольку сила тяжести, действующая на протяжении многих сотен миллионов лет, неизбежно приведет тело планеты к фигуре равновесия даже при той незначительной степени пластичности, которой обладают твердые тела.

Более детальные и тщательные расчеты, опубликованные Г. Джеффрисом еще в 1930 г., показали, что теория Дж. Дарвина и основанная на ней гипотеза В. Пикеринга (1907 г.), рассматривающая Тихий океан как место отрыва Луны от Земли, являются ошибочными. Позднее расчеты Джеффриса были подтверждены советскими исследователями, исходившими из соображений космогонического и геологического порядка. Ныне идею об отрыве Луны от Земли поддерживают лишь очень немногие ученые.)

Можно было бы ожидать, что все неровности Земли, обладающей намного большей тяжестью по сравнению с Луной, сгладились, а оставшийся сиаль заполнил тихоокеанский рубец; таким образом, должен был образоваться новый ровный покров.

Самая поэтическая гипотеза происхождения материков и океанов связана с именем австрийского геолога Альфреда Лотара Вегенера, хотя для ее развития многое сделали также американский геолог Фрэнк Б. Тейлор и южноафриканский геолог Александр Дю-Тойт. Эта гипотеза известна как "гипотеза перемещения материков" или, в более распространенном употреблении, как "гипотеза материкового дрейфа". В последние годы она подвергалась критике, и очевидно, что некоторые ее положения будут пересмотрены. Тем не менее эта гипотеза остается самой творческой попыткой из всех, которые предпринимались в нынешнем веке для разрешения проблемы происхождения материков и океанов.

Вегенер заметил, что между очертаниями некоторых континентов существует поразительное соответствие, такое, что при соединении они сомкнулись бы, как части секретного замка с зубчатой нарезкой. Самым наглядным примером такого соответствия являются восточное побережье Америки и западное побережье Африки. Если посмотреть на глобус (глобус удобнее карты, на которой очертания мира часто представлены в проекции Меркатора, дающей искажения), нельзя не заметить, что восточная выпуклость Южной Америки легко подгоняется к Гвинейскому заливу, а изогнутая линия восточного побережья Соединенных Штатов Америки хорошо сходится с береговой линией Северо-Западной Африки и Западной Европы. Также можно заметить, что в Южной Атлантике заливы и выступы на одной стороне океана почти точно соответствуют выступам и заливам на другой.

Эти факты навели Вегенера на мысль, что Африка и Америка некогда примыкали друг к другу или, возможно, даже представляли единый массив суши, а потом разошлись. Исходя из этого предположения. Вегенер старался представить себе, какой должна была быть остальная масса суши, чтобы соответствовать этому материковому массиву. Результаты его исследований показаны на картах, которые мы воспроизвели из его книги "Происхождение материков и океанов". Первая показывает древний материк, названный Вегенером Пангеей, в том виде, какой он имел, возможно, 230 миллионов лет назад. Две нижние карты показывают, как части материка медленно перемещались к их современному положению.

Три стадии образования современных материков и океанов по теории перемещения материков А. Л. Вегенера. I - возможная география Земли около 230 млн. лет тому назад; II и III - соответственно около 60 и 1 млн. лет тому назад

Как и Умбгрове, Вегенер считал, что в какой-то момент истории Земли равномерный слой сиаля скопился на одной стороне. Так возник материк Пангея. Вегенер высказал предположение, что эта масса сиаля держалась на поверхности более плотного слоя симы подобно тому, как кусочек картона держится на поверхности патоки. Когда сиаль стал распадаться на части, горизонтальное движение материков вызвало изгибание передних краев сиаля. Этим можно объяснить происхождение таких высоких прибрежных горных цепей, как Анды и Скалистые горы.

Эта теория отличается такой поразительной простотой, что из-за одного этого хочется считать ее правильной. Однако она вызывает несколько серьезных возражений. Приведем только одно из них. Вегенер считал, что перемещение сиаля началось совсем недавно (с геологической точки зрения 230 миллионов лет представляют не особенно большой период времени) и продолжается до сих пор. Следовательно, в период перемещения сиаля земная кора, вероятно, уже окончательно затвердела. В этом случае, даже если предположить вслед за Вегенером, что лежащее под сиалем вещество обладало пластичностью (в противном случае перемещение не могло бы вообще иметь места), сопротивление, оказанное горизонтальному перемещению массы сиаля, было бы огромным. Науке неизвестна такая сила, которая могла бы при данных условиях вызвать перемещение таких больших масс.

Было выдвинуто много других гипотез, пытавшихся объяснить происхождение океанических бассейнов, однако ни одна из этих попыток не является более удовлетворительной, чем приведенная выше. Подводя итоги, мы можем сказать, что бассейн Тихого океана, вероятно, самый старый и, возможно, является древним рубцом, образовавшимся на земной коре. Другие бассейны, по-видимому, возникли в более поздний период в результате распада первичного материкового массива. Больше этого мы ничего сказать не можем. Возникновение океанских впадин остается самым таинственным эпизодом в биографии моря.