Книга: Разум побеждает: Рассказывают ученые

Глобальная тектоника сегодня На вопросы отвечает член-корреспондент АН СССР П. Н. Кропоткин

Глобальная тектоника сегодня

_{На вопросы отвечает член-корреспондент АН СССР П. Н. Кропоткин}

Научно-техническая революция распространила сферу своего действия и на одну из древнейших наук, — геологию. Но любая революция — это процесс бурный, а геология изучает явления, которые тянутся многие миллионы лет. Можно ли говорить о революции в этой науке?

Наша планета как отдельное небесное тело существует примерно 4 миллиарда 600 миллионов лет. Трудно даже представить себе такую временную протяженность. Мы бессильны увидеть и геологические процессы прошлого рождение и опускание гор, движение континентов, наступление и отступление морей и океанов. Но то, что не во власти отдельного человека, оказывается под силу науке. Геологи, изучая породы Земли от самых древних, насчитывающих миллиарды лет, до самых молодых, которым «всего» сотни тысяч лет, словно перелистывают книгу истории нашей планеты.

Конечно, это сравнение условно, потому что часто более древние пласты оказываются поверх более молодых, старые и молодые слои смещены, а иногда и перевернуты, к тому же следы многих древних процессов, видимо, вообще не сохранились. Можно сказать, что многих страниц истории Земли не хватает, другие же находятся не на своем месте, так что восстановить события прошлых эпох оказывается непросто.

Давайте обратимся к нехитрому приему. Условно примем 100 миллионов лет истории планеты за один год, и тогда возраст ее окажется равен 46 годам. О семи годах «детства» геологи знают очень мало, даже самые древние породы из ныне известных нам много моложе. Можно считать установленным, что до 42-летнего возраста континенты были безжизненны. Пышная растительность, первые животные появились там на 45-м году жизни планеты. Примерно 300 миллионов лет назад все континенты сблизились настолько, что образовался единый огромный суперконтинент Пангея. Однако в геологическом смысле он просуществовал недолго: через 60 — 100 миллионов лет он распался, сначала на три, а потом на шесть известных нам континентов.

В историческом аспекте это эпохальное событие произошло совсем недавно: ему предшествовало около 98 процентов возраста Земли. И вместе с тем это было очень-очень давно: ведь в нашем условном летосчислении «человек разумный» существует всего лишь часы, а его детище — наука насчитывает едва несколько минут. Однако и этих минут хватило на то, чтобы человек увидел свою планету не только в пространстве, но и во времени и понял, что лик ее меняется, и довольно быстро.

Значит, гранитные континенты, эти символы неподвижности, сложившиеся в незапамятные времена, нечто вроде плотов, плывущих по какому-то подземному океану?

О том, что современные материки составляли некогда один сверхконтинент, догадывались еще в XVII–XIX вв. Так, комментатор Библии Лилиенталь писал в 1756 г., что дробление Земли произошло после великого потопа. Некогда же, утверждал он, существовал один материк, что подтверждается «подобием очертаний противоположных берегов многих континентов, отдаленных друг от друга морскими просторами; совпадение их часто столь удивительно, что, будь они расположены рядом, они бы целиком вписались друг в друга, как это можно видеть на примере южных частей Африки и Америки».

Однако сказанное было не более чем догадкой. На научную почву учение о дрейфе континентов впервые поставил немецкий исследователь А. Вегенер; развил эту теорию другой западный ученый — Д. Тойт: их работы относятся к первой трети нашего века. Прошло еще 30 лет, прежде чем их гипотеза получила экспериментальное подтверждение.

В начале 60-х годов геологи, представители сухопутной профессии, вышли в океан. С той поры они стали изучать не только материки, но и неизвестные доселе две трети поверхности Земли, скрытые под водой. На смену местному, региональному подходу пришел другой — общий, глобальный, позволивший изучать явления в их диалектической взаимосвязи. Объектом исследования стала вся планета, а не отдельные горные цепи, возвышенности или плато, как это было раньше.

Что же обнаружили ученые за последние 10–15 лет?

Еще раньше, при изучении строения материков выявилось удивительное сходство отдаленных друг от друга мест разных континентов, которые сотни миллионов лет назад, несомненно, находились рядом, были «состыкованы». Так, слои древних отложений Аргентины и Фолклендских островов находят себе полную аналогию в отложениях такого же возраста в Африке — а ведь расстояние между этими районами больше 5000 километров! Если же мысленно сдвинуть Африку и Европу с одной стороны и обе Америки с другой, то оборванные у берегов океана древние складчатые пояса (остатки прежних хребтов) и полосы одновозрастных морских или наземных отложений отлично состыкуются. Геологические структуры одних материков получат продолжение на других. При этом весьма точно совпадут и современные контуры материкового склона — так, словно их не разделяет ныне Атлантический океан. Материковые склоны совпадут с контурами тех разломов, по которым огромный древний материк Пангея был расколот на части.

Библия утверждает, что бог создал Землю всю сразу — и твердь ее, и воды. Но если бы это было так, то материки и океаны должны быть одного возраста. Что говорит об этом наука?

Последние открытия доказывают, что Атлантический океан значительно моложе, чем окружающие его материки (он моложе и Тихого океана). Так, образцам горных пород, полученным при бурении дна Атлантики с американского корабля «Гломар Челенджер», не больше 140 миллионов лет, тогда как в Африке и на других материках есть породы, образовавшиеся более 3 миллиардов лет назад!

На дне Атлантики, примерно посередине, был открыт огромный так называемый срединный хребет — он как бы делит океан на две части: западную и восточную. Исследованиями этого водного бассейна от берегов Южной Америки до срединного хребта установлено, что образцам, взятым из хребта, не более миллиона лет. Чем ближе к берегу, тем эта цифра солиднее. Возраст горных пород колеблется от десятков до 100–150 миллионов лет. Так что не может быть и речи о том, что все ложе океана образовалось единовременно. Это был очень долгий и сложный геологический процесс.

Последние открытия в геологии позволяют нам представить такую гигантскую картину, как рождение Атлантического океана. Через разлом вблизи хребта (его называют рифтом) поднималась молодая лава, а более старые породы разъезжались вместе с дрейфовавшими континентами. При этом Америка плыла на запад, Евразия — на восток, Антарктида — на юг, если условно считать, что Африка находилась на своем месте (фактически же все материки перемещались относительно друг друга).

Этот дрейф продолжается и сейчас, причем скорость его — несколько сантиметров в год — не так уж мала, за 100 миллионов лет это составит тысячи километров…

Вы изложили точку зрения так, называемых «мобилистов» — сторонников дрейфа континентов. Но существует группа ученых («фиксисты»), которые доказывают, что такие гигантские глыбы, как материки, двигаться не могут. Как можно совместить такие крайние точки зрения?

А их невозможно совместить: либо континенты движутся, либо они стоят на месте — третьего не дано. Но факты говорят в пользу первой гипотезы.

О движении материков свидетельствуют не только совпадение береговых линий и геологическое родство отдаленных структур, но и данные молодой отрасли геофизики — палеомагнетизма. Магнитные полюса Земли почти строго фиксированы (магнитная ось Земли, хотя и колеблется по отношению к оси ее вращения, все же обычно совпадает с ней). Если бы континенты были неподвижны относительно друг друга и как один монолит перемещались бы по отношению к магнитной оси, то на каждом из них запечатлелся бы один и тот же рисунок от движения относительно полюсов. (Дело в том, что лава на материках после затвердения сохраняет в себе остаточную намагниченность и как бы «помнит», где были магнитные полюса Земли в эпоху, когда она сделалась твердой.)

А что же мы здесь видим? На каждом континенте свой «рисунок» от движения магнитных полюсов. Учитывая, что смещались не полюса, а континенты, можно реконструировать эти перемещения. Такая реконструкция отлично совпадает с картиной дрейфа, которую нарисовали «мобилисты».

Возможно ли воссоздание на основе отдельных открытий картины изменяющегося лика Земли? Под силу ли человеку решение этой грандиозной научной задачи?

Современный комплексный научный подход позволяет охватить даже такой огромный объект, как Земля. Например, палеомагнитный метод указывает, что такие древние материковые глыбы, как Индийская и Сибирская, сблизились, столкнулись. На месте столкновения мы видим высочайшие горы Гималаи.

Реконструируя климаты прошедших эпох по распространению теплых морей с кораллами, по останкам растений и животных, исследователи приходят к выводу, что палеоклиматические зоны материков, разделенных сейчас океанами, также соединяются естественным образом. Ледниковые отложения с характерными шрамами и царапинами, оставляемыми ледниками, когда он волочит вмороженные в него камни, позволяют геологам не только определить расположение прежних полярных зон, но и установить те центры оледенения, от которых расползались ледники. Сейчас такими центрами оледенения являются Гренландия и Антарктида, но 250–300 миллионов лет назад подобные центры находились в Южной Африке, в Индии, Австралии, ледниковые отложения были распространены в Южной Бразилии.

Во многих местах Северного полушария было так жарко, что моря испарялись, а на их месте остались огромные залежи соли. Там обнаружены отложения, свойственные теплым, коралловым морям. И если стать на позиции «фиксизма», пришлось бы считать, что одно полушарие нашей планеты находилось в жарком и сухом климате, другое же — в арктическом. Нелепая картина! Реконструкции лика планеты, сделанные «мобилистами», ставят материки на место, в соответствии с царившими на них тогда климатическими условиями.

Точка зрения «мобилистов», подкрепленная последними достижениями науки, получает все большее признание среди геологов. Плитотектоника, или теория движения плит, с которыми связаны материки, помогла собрать в единое целое разрозненные факты геологии, уточнить картину изменчивого лика Земли, хотя ученым еще многое в ней неясно. Какие силы передвигают глыбы плит? Одни исследователи считают, что это делают мощные «текучие» процессы под корой Земли (природа их еще неясна), другие связывают их с тем, что планета наша на протяжении миллионов лет пульсирует, изменяя свой радиус.

Итак, на смену представлениям о неизменной Земле пришла теория динамической планеты, поверхность которой меняется.

Известно, что критерий любой теории — практика, А как «работает» плитотектоника?

Фрэнсису Бэкону принадлежит крылатая фраза: «Знание — сила». Новая теория на многое открывает глаза. Например, прибрежные районы Западной Африки, где находят цинк, олово, золото, алмазы, много миллионов лет назад располагались рядом с Бразилией, что побудило геологов начать изучение джунглей Амазонки. Не обнаружатся ли и там, в сходных с африканскими геологическими условиях, похожие месторождения? Недавно в Бразилии были открыты залежи соли — дефицитного здесь сырья. Но ведь соляные куполы вскоре нашли и на африканском берегу, в Габоне!

Этот пример показывает, как, зная истинную историю континентов и океанов, можно искать полезные ископаемые более осмысленно, а не наугад.

Хотелось бы услышать о землетрясениях, которые во все времена приносили человеку неприятные сюрпризы. Церковь утверждает, что люди бессильны перед этой «божьей карой». Может ли человек помериться силами с такой могучей стихией?

Отвечу вам примером. Известно, что крупнейший город США Сан-Франциско расположен в беспокойной сейсмической зоне, у гигантского разлома Земли Сан-Андреас. В начале века разлом освободил накопившуюся в нем энергию, произошло одно из самых разрушительных землетрясений. Разлом продолжает проявлять свою активность, но сейчас, в свете глобальной тектоники, становится яснее, что здесь происходит.

Сан-Андреас — это трансформный разлом, участок границы между двумя огромными плитами земной коры, Американской и Тихоокеанской, которые трутся друг о друга. Местами они расходятся, местами сдавливаются. Край Тихоокеанской плиты перемещается здесь на северо-запад со скоростью около двух сантиметров в год. В результате отрыва и смещения большой полосы побережья, включающей Калифорнийский полуостров и район к северу от Лос-Анджелеса, в тылу этой глыбы образовался раздвиг шириной в 300 километров, занятый нынешним Калифорнийским заливом. Движение это происходит неспокойно. Время от времени края гигантских плит то в одном месте, то в другом внезапно проскальзывают относительно друг друга, порождая землетрясения, и, чем реже высвобождается энергия, тем разрушительней трясение Земли.

А нельзя ли заменить эти сильные ударные волны серией более слабых, хотя и более частых, то есть, иными словами, вызвать искусственные слабые землетрясения? Американские инженеры предложили закачивать в разлом воду, чтобы помочь более плавному скольжению огромных плит. Однако на густонаселенном Сан-Андреасе экспериментировать нельзя: а вдруг неожиданно высвободится большая энергия? Инженеры нашли аналог Сан-Андреасу в более пустынном районе — на Аляске. Теперь эксперименты проводятся там. Ученые надеются, что будут выработаны средства для предотвращения сильных землетрясений в Калифорнии.

Когда говорят о дрейфе континентов, то чаще упоминают Америку, Африку, Антарктиду и гораздо реже Евразию. Не означает ли это, что положения теории «мобилистов» неприменимы, к территории нашего континента?

Наша страна расположена на древних платформах, и сравнительно недавние тектонические процессы ее почти не коснулись. Однако следы перемещений очень древних плит есть и у нас. Уральские горы — это, вероятно, результат столкновения двух субконтинентов, Азии и Европы, последний акт в формировании суперматерика Пангея. А вот Байкал — рифт, как бы гигантский разрыв в земной коре. И хотя он и расположен несколько изолированно от мировой рифтовой системы, возникновение самой системы впадин озера Байкал, длинной котловины у подножия Тункинских Альп, связано с дрейфом материков.

Вековые движения земной коры приводят к тому, что в недрах Земли накапливается огромная энергия. Нередко она внезапно освобождается во время горных работ. С этим столкнулись много лет назад строители знаменитого Симплонского туннеля в Альпах. При разработке очень прочных пород в апатито-нефелиновых рудниках Горной Шории и Джезказгана не раз наблюдалась «стрельба»: от стен подземных коридоров — штолен и штреков — с треском отслаивались куски, горные породы сами разрушались. Здесь действовали когда-то мощные тектонические силы. Это они «завели» каменную пружину недр, которая «разворачивалась» с появлением горных выработок. Вот почему ученые стремятся определить напряженные состояния в земной коре: зная, как они распределяются в горном массиве, можно лучше определить направление горных выработок, удачнее выбрать их форму и крепление стенок. В нашей стране этим занимаются коллективы Горно-металлургического института Кольского филиала АН СССР и другие научные учреждения.

Теория плит позволяет прогнозировать, где именно слои недр находятся под напряжением. Так, наш Кавказ представляет собой район, где Грузинская плита, опускаясь, давит на Кавказские горы. Недра Кавказа напряжены, и это приходится учитывать строителям туннелей. Южнее — Аравийско-Сирийская плита, двигаясь на север, сминает в складки слои горных пород в хребтах Тавра и Загрос, протянувшиеся в южной части Турции и Ирана. Не случайно здесь нередки сильные землетрясения.

Беспокойны и недра Северного Забайкалья, где проходит центральный участок трассы БАМа. Он соседствует с «живым швом» Земли — Байкальским рифтом. Это усложняет строительство Байкало-Амурской магистрали. Ведь туннели, пробитые сквозь хребты, должны быть надежными, а железнодорожное полотно защищено от осыпей и разрушений.

Сейчас на многих участках БАМа ведутся исследования. Сотрудники Института земной коры Сибирского отделения АН СССР разведывают «подземную погоду» на трассе и прогнозируют поведение недр в этом районе на много лет вперед. Путь к океану должен быть надежным и безопасным.