Рождение «нового взгляда на землю»

 

В годы отчуждения, когда от мобилизма отвернулись практически все его бывшие сторонники, ждать появления новых аргументов в его пользу было просто не от кого. В нашей стране, к примеру, только отдельные романтики, такие как Личков, сохраняли в душе прежнюю привязанность к этой остроумной идее. Остальные геологи ее просто не знали, а те, кто все же читал Вегенера, Аргана или Дю Тойта, были ее активными противниками.

«О движении материков, – писал 21 января 1942 г. Вернадский Личкову, – я пришел теперь к решительному мнению, что лучше все эти концепции оставить в стороне». И оставили.

Возродилась теория Вегенера внезапно уже в 50‑х годах. История эта сама по себе крайне интересна. Стоит поэтому остановиться на ней подробнее.

Вначале, однако, расскажем о том разделе геофизики, благодаря которому совершенно неожиданно вновь вспомнили о Вегенере и о его теории. Речь пойдет о палеомагнетизме.

То, что Землю можно трактовать как большой сферический магнит, наука знала с XVI века. Установил это врач при дворе английской королевы Елизаветы I Уильям Гильберт (1544‑1603). Через некоторое время стала известной самая, пожалуй, крупная загадка этого магнита: его южный полюс расположен неподалеку от северного географического полюса Земли. (По этой именно причине северная стрелка компаса показывает на север, т. е. на самом деле на южный магнитный полюс.)

В начале нашего столетия Б. Брюннес открыл явление остаточной намагниченности некоторых горных пород. Это позволяло определять элементы земного магнетизма в далекие геологические периоды. Означает остаточная намагниченность вот что. Когда вещество горной породы остывает, то, проходя через точку плавления (точку Кюри), его магнитные компоненты приобретают ориентировку на современный им полюс. Ориентировка эта «консервируется», что и дает возможность ученым оценивать элементы магнитного поля Земли в разные отрезки геологической истории.

Чтобы решать эту задачу, надо располагать двумя вещами: теоретической базой метода и, разумеется, самим методом палеомагнитных исследований. Теория в данном случае опирается на предположение, что геомагнитное поле имеет дипольный характер, т. е. обусловлено осевым диполем в центре Земли. Если у изучаемого образца горной породы измерены элементы палеомагнитного поля (склонение и наклонение), то тем самым определено направление на палеомагнитный полюс. Ну а чтобы практически решать эту задачу, необходим специальный прибор – магнитометр.

Как только были проведены первые измерения элементов палеомагнитного поля Земли, ученые обратили внимание на один странный факт: северный и южный магнитные полюсы время от времени как бы менялись местами, т. с. через какой‑то период по неизвестным причинам на месте южного магнитного полюса оказывался северный, и наоборот. Затем все повторялось.

Почему так происходит, определенно ответить трудно. Есть теория «само‑возбуждающегося динамо», есть другие теории. Одним словом, это проблема большой геофизики. Походя мы ее решать не будем. Нас занимает тот факт, что именно через поиски ответов на эту загадку ученые вновь «вышли» на Вегенера.

Было это вот как. В начале 50‑х годов в Лондонском университете работал известный физик, лауреат Нобелевской премии сэр Патрик М. С. Блэкетт (1897‑1974). Его как физика заинтересовала причина обратной остаточной намагниченности горных пород. Эту проблему Блэкетт и начал изучать с 1952 г. Он самолично сконструировал очень точный измерительный прибор «астатический магнитометр», измерявший остаточное магнитное поле почти с теоретически возможной точностью: 10‑6 гаусс (10‑10 тесла).

В 1954 г. группа Блэкетта, закончив измерения остаточной намагниченности магматических пород Великобритании триасового времени, т. е. имеющих возраст 200 млн лет, обнаружила, что направление па полюс у них отличается от современного почти на 30° по долготе. Что это могло означать? Возможных трактовок, вообще говоря, было две.

Можно было допустить, что либо сместился полюс, либо Британские острова за 200 млн лет повернулись на 30°. Блэкетт недаром был физиком. Поэтому он не делал попыток объяснить непонятное с помощью еще более непонятного. Первое допущение по этой причине было сразу оставлено, а сосредоточились на втором – на смещении по часовой стрелке Британских островов. Расхождение же в наклонении объяснили тем, что 200 млн лет назад острова располагались значительно южнее. И хотя характеристики климата, наложившие свой отпечаток на осадочные породы триаса, свидетельствовали в пользу такой интерпретации, геологи ее, конечно, не приняли.

Что ж, Блэкетт понимал, что для столь радикальных суждений единичных измерений недостаточно. Поэтому в последующие годы его сотрудники отправились в Индию, Африку, Австралию, США и даже в Антарктиду. Первые же измерения палеомагнетизма базальтовых лав плоскогорья Декан в Индии повергли Блэкетта в шоковое состояние. Приходилось допустить, что 80‑100 млн лет назад эта часть Азиатского континента располагалась в… Южном полушарии (если, разумеется, полюсы оставить в покое). Более же молодые образцы показывали характеристики магнитного поля, соответствующие уже Северному полушарию. Было от чего смутиться. Ведь именно так рассуждал Альфред Вегенер.

Как только Блэкетт опубликовал результаты своих измерений, в литературе развернулась страстная полемика. Геологи, да и геофизики, само собой, дружно ощетинились перьями. Особенно активен в этой дискуссии был известный геофизик из Ньюкасла Кейт Ранкорн, изучавший независимым путем ту же проблему после открытия обратной остаточной намагниченности в лавах Исландии. Он решил‑таки пройти по наиболее методологически шаткому пути, т. е. обосновать расхождение в палеомагнитных данных не смещением континентальных масс, а миграцией полюса. Методику он выбрал верную. Если континенты стояли на месте (были фиксированы), а смещался магнитный полюс, то надо собрать данные палеомагнитных измерений для пород разного возраста и непременно для разных континентов, соединить точки и сравнить полученные линии. Если континенты стояли на месте, то линии эти должны совпасть. Так рассуждал Ранкорн.

И он во что бы то ни стало решил доказать справедливость своей теории. Для этого он составил схему миграции южного палеомагнитного полюса по результатам измерений на Британских островах за весь период фанерозойской истории, т. е. почти за 600 млн лет. Траектория блуждания полюса получилась сложной: в начале палеозоя он располагался на западном побережье Северной Америки, затем переместился в Южное полушарие, побывал в центре Тихого океана, в северной части Японии, в Беринговом море, наконец, сместился к северу и замер в современном положении.

Нельзя сказать, чтобы эта странная петля не насторожила Ранкорна. Он решил поставить, как говорят физики, решающий эксперимент. Для этого в полном согласии со своей методикой он с сотрудниками в 1956 г. пересекает Атлантический океан и делает замеры палеомагнетизма уже на Американском континенте, точнее в США – в штатах Аризона, Техас и др. Тамошняя геология позволяла оценить миграцию полюса за тот же отрезок времени – 600 млн лет.

Каково же было удивление и разочарование Ранкорна, когда он убедился в том, что кривые перемещения полюса хотя и были похожи, но все же не совпадали. И чем дальше (по возрасту) отстояли друг от друга точки этих кривых, тем на большее угловое расстояние расходились и сами кривые. Для самых древних точек измерения расхождение достигало 30° по долготе, что в точности соответствовало ширине Атлантического океана. Но стоило «захлопнуть» Атлантический океан, как эти кривые полностью совпадали.

Что оставалось делать? Ранкорну было, разумеется, обидно расставаться с собственной теорией, но другого выхода не было. Он признал правоту Вегенера и более того, как это часто случается с эмоциональными и одаренными натурами, стал активным сторонником его теории. Причем сторонником квалифицированным, что значительно важнее пылкости и преданности неучей.

Так в 50‑х годах вновь возродилась теория мобилизма. Теперь ее стали называть неомобилизмом, ибо от первоначальной интерпретации механизма дрейфа, которой пользовался Вегенер, ничего практически не осталось. Но сохранилось главное – сама идея перемещения континентов. Профессора Токийского (Такеучи и Уеда) и Калифорнийского (Канамори) университетов отметили, что именно исследования палеомагнетизма сыграли решающую роль в драматическом возрождении теории континентального дрейфа. Кроме того, эти исследования, как мы убедились, позволили обнаружить любопытнейшие факты поведения геомагнитного поля в прошлом. Факты эти привели к тому, что в 1963 г. было открыто, наконец, явление обращений (инверсии) полярности геомагнитного поля. Так, только за последние 4,5 млн лет сменились четыре эпохи нормальной и обратной полярности. Они получили собственные имена в честь выдающихся ученых‑магнитологов. Современная эпоха носит имя Брюнеса, перед ней идут эпохи Матуямы, Гаусса, Гильберта.

Ошеломившие геологический мир открытия посыпались далее как из рога изобилия. Остановимся только на важнейших из них.

Еще во время первой английской океанографической экспедиции на корвете «Челленджер» в 1876 г. было установлено, что в своей центральной части Атлантический океан почти в два раза мельче, чем по краям. Измерения, однако, были единичными, не очень совершенными. Интерпретация этого факта, прямо скажем, неожиданного для геологов, была в полном созвучии с господствовавшими в то время идеями. Решили, что под водой находится не успевшая до конца разрушиться часть бывшего «моста суши», соединявшего некогда Африку и Америку. Были, конечно, сторонники и другой версии, восходившей к древнегре‑ческому мыслителю Платону, который описал некогда существовавший остров Атлантида, навсегда исчезнувший в пучинах океана.

В 30‑х годах был изобретен эхолот. Это позволило приступить к составлению гипсографических профилей через океан, т. е. вести непрерывную запись глубин дна «от берега до берега». Гигантскую работу в этом плане выполнили сотрудники Ламонтской геологической обсерватории при Колумбийском университете (США) Морис Юинг (1903‑1976) и Брюс Хизен (1924‑1977). В их распоряжении было небольшое судно «Вима», которое непрерывно сновало через Атлантику, вычерчивая профиль за профилем. Именно этим ученым выпала честь быть авторами великого географического открытия XX века – открытия мировой системы срединно‑океанических хребтов. Они опоясывают по дну океанов весь земной шар сплошной лентой. Общая ее протяженность превышает 60 тыс. км.

Сотрудница Юинга Мэри Тарп, обрабатывая на берегу данные эхолотных промеров, в 1953 г. открыла по оси срединно‑океанических хребтов сравнительно узкую (30‑50 км) и неглубокую (до 1 км) щель. Щель эта тянется вдоль всего хребта и имеет, как выяснилось впоследствии, вполне конкретное функциональное назначение. В частности, Морис Юинг установил, что именно к этой щели (она получила название центральной рифтовой долины) тяготеют эпицентры всех мелкофокусных землетрясений, отмеченных в районе срединно‑океанических хребтов.

Сразу родилась идея. Надо закартировать по данным геофизики очаги всех землетрясений в океане, они и должны точно указать ось хребта, а затем контрольными эхолотными профилями подтвердить (или опровергнуть) это предсказание. По крайней мере, будут сэкономлены время и силы, ибо не придется ловить хребты вслепую. Так и поступили. Результаты превзошли ожидания. В короткий срок с помощью такого метода были составлены первые карты рельефа дна Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Сделали это Хизен и Тарп в 1967‑ 1969 гг. Современные представления о сложной морфологии дна океана дает рис. 13. Мгновенно бросается в глаза, что это далеко не плоская равнина, как думалось ранее. Рельеф дна сложный, разнообразный и абсолютно ничего общего не имеющий с рельефом суши.

Здесь надо отметить один любопытный с психологической точки зрения нюанс. Дело в том, что патриарх Ламонтской обсерватории Юинг и его сотрудники не были сторонниками теории Вегенера. Юинг, как пишет Хэллем, к мобилистским взглядам относился «неприязненно». Однако, собрав громадный фактический материал по рельефу дна всех океанов, они, сами того же желая, вооружили неоспоримыми данными своих идейных противников. Благодаря их упорному труду, стало ясно, что океанические хребты имеют принципиальные отличия от горных цепей на континентах. Факт этот, однако, поставил перед учеными целый ряд новых вопросов. Но ученые сразу поняли и то, что ключ к их разрешению, а равно и к созданию целостной теории развития Земли, лежит в глубинах Мирового океана.

Сделаем еще одно небольшое отступление. В 1934 г. голландский геофизик Феликс А. Венинг Мейнес (1887‑1966) открыл в районе глубоководных океанических желобов сильные отрицательные аномалии силы тяжести. Он же обосновал происхождение желобов и островных дуг, опираясь на теорию мантийной конвекции Холмса. Через 20 лет американец Хуго Беньоф (1899‑1968) установил, что к системе «дуга – желоб» приурочены наиболее глубокофокусные землетрясения (до 700 км) и что зона эта (ее назвали сейсмофокальной) наклонно погружается под континент.

Важно еще следующее. Кроме палеомагнитных и гравитационных исследований геофизики с 30‑х годов делают измерения теплового потока, идущего из недр Земли. Они полагали, что тепло это генерируется энергией радиоактивного распада и должно быть пропорционально толщине земной коры: под океанами «поток тепла» должен быть значительно ниже, поскольку океаническая кора в 5‑7 раз тоньше континентальной и состоит к тому же из базальтов, существенно менее радиоактивных, чем граниты.

Пионером в этом деле был известный английский геофизик сэр Эдвард Буллард. Когда в 1954 г. он со своими коллегами измерил тепловой поток на дне Тихого и Атлантического океанов, то оказалось, что эти данные противоречат теории, – тепловой поток был таким же, как на континентах. Оставалось допустить, что тепловой поток в океанах идет непосредственно из мантия. Профессор Уеда считает открытие Булларда одним из важнейших в цепочке идей, предшествовавших становлению тектоники литосферных плит, или «нового взгляда на Землю» как он сам окрестил эту революционную теорию.

Итак, наступило время первого обобщающего синтеза новой информации. Надо было связать воедино данные океанологии и геофизики с уже имевшимися теоретическими схемами строения и развития Земли. В науках о Земле, как мы условились это называть, завершился десятилетиями длившийся период эволюционного накопления знаний, произошла смена парадигмы, т. е. свершилась научная революция.

Сразу подчеркнем одну примечательную особенность этой революции. Заключается она в том, что совершили ее главным образом не геологи, а физики и геофизики. В истории геологии это, пожалуй, первый случай, когда ключевые идеи высказываются учеными иных специальностей. Разумеется, это не случайно. Есть тому вполне логичное и убедительное объяснение.

Дело в том, что геологи всегда изучали разрозненные фрагменты суши, имея дело лишь со следами (реализациями) процессов прошлого. О том, какие процессы привели к образованию конкретной ассоциации пород и какие силы смяли породы в сложную систему складок, сопровождавшуюся еще и разрывными нарушениями, можно было лишь предполагать, выдвигая описательные, ничем практически не проверяемые гипотезы. Об истории геологического развития судили прежде всего по фауне, и потому историю Земли невольно подменяли историей жизни. Глобальные обобщения, главным образом тектонические, также носили сугубо описательный характер. Я имею в виду такие геотектонические концепции, как контракционная, пульсационная и т. п. Никакими средствами проверить их было невозможно. В них можно было только верить…

Для того чтобы геология перешла на качественно новый уровень, нужны были и качественно новая информация, и принципиально иные методы ее добывания. Их‑то и разработали физики и геофизики, они же первыми получили кардинально новые результаты, когда началось изучение строения Мирового океана, и они же, разумеется, высказали идеи, которые «чистым» геологам и в голову не могли прийти. Этим частично и можно объяснить тот факт, что идеи, о которых пойдет речь, первое время принимались геологами в штыки; да и сегодня геологический мир еще не единодушен в своем отношении к «новому взгляду на Землю».

В этой связи хочется поделиться собственными наблюдениями за реакцией наших геологов на смену концептуального базиса науки. Она также была разной.

Те, кто занимался геологией платформ, успокаивали себя тем, что, возможно, в геосинклинальных зонах что‑то такое и происходило, требующее истолкования с новых позиций, но у них‑то на платформах… все, как всегда, спокойно шло своим чередом. Специалисты по геологии докембрия тешили себя иллюзией, что информация, добытая со дна морского, касается последних 150 млн лет геологической истории. Это – пшик, краткий миг в сравнении с их докембрийскими масштабами. Возможно, в последнее время земная кора и пришла в движение, но в «их время» ничего подобного не было и быть не могло. Земная кора вела себя так, как положено. Такая вот реакция.

Так в чем же состоял первый, столь необычный, синтез информации по геологии и геофизике океанов? Отвечая кратко, – в идее спрединга, т. е. растекания, океанического дна. Автором этой идеи принято считать американского геофизика Гарри Хесса (1906‑1969), в 60‑х годах работавшего на геологическом факультете Принстонского университета. Начинал же он свою научную карьеру под руководством Венинга Мейнеса. Вместе они изучали гравитационные аномалии глубоководных желобов. Кто знает, возможно, в дерзком мозгу Хесса уже в те годы родилась мысль о том, что желоба маркируют в рельефе океанического дна места опускания в мантию конвективных токов. По крайней мере, когда стало известно строение срединно‑океанических хребтов, когда были получены данные измерений теплового потока на океаническом дне, именно Хесс сумел связать в единое целое всю эту информацию и поведать миру в «геопоэтическом эcce» (так он сам назвал свое сочинение 1960 г.) исключительно смелую и изумительно красивую концепцию.

Суть ее, как и всякой дерзкой до гениальности идеи, удивительно проста. Хесс, а вместе с ним (и скорее всего независимо) Роберт Дитц (ему принадлежит термин «спрединг») показали, что не зря океанические хребты называются «срединными». Именно они фиксируют на океаническом дне места восходящих конвективных потоков из мантии. Вещество мантии как бы выталкивается на поверхность, оно раздвигает океаническое дно, и то, постепенно смещаясь от центра разрастания (спрединга), продвигается в направлении глубоководных желобов, где и погружается вновь в мантию (рис. 14). Цикл этот, получивший название «цикл Уилсона», длится 150‑180 млн лет. Понятны теперь и назначение рифтовой долины, идущей ровно по гребню срединно‑океанических хребтов, и привязка к ней очагов мелкофокусных землетрясений.

Далее последовательность открытий, предшествовавших тектонике плит, можно проследить буквально по годам.

В 1961 г. сотрудники Скриппсовского океанографического института Рональд Мейсон, Артур Д. Рафф и Виктор Вакье при обработке результатов магнитной съемки северо‑восточной части Тихого океана открыли полосовые магнитные аномалии, ориентированные параллельно оси срединно‑океанического хребта. Англичанин Мейсон выявил в районе развития этих аномалий системы очень крупных разломов, не только ориентированных перпендикулярно к аномалиям, но и рассекающих их, да так, что отдельные участки этой «магнитной зебры» оказывались смещенными по широте на десятки и сотни километров. Рекордное смещение было отмечено по разлому Мендосино (в районе 40° с. ш.). Здесь часть магнитной картины отъехала от своего законного места на расстояние более 1100 км.

Но самым, пожалуй, удивительным было то, что геофизики Скриппсовского института, нанеся данные магнитной съемки на карту, обнаружили симметричное чередование полос прямой и обратной намагниченности. Само это явление уже было известно (мы это отмечали), но поразило ученых то, что полосы пород океанического дна с противоположной ориентировкой магнитных диполей располагались с исключительной правильностью. Целую пригоршню загадок опять подбросил океан.

Историки науки находятся в определенном смысле в выгодном положении. Они располагаются на самом верху временнóй лестницы и с ее высоты обозревают минувшее. Помимо прочего польза от такого анализа еще и в том, что удается нарисовать достаточно цельную картину и оценить действия отдельных участников разворачивающихся событий. Так, совершенно ясно, что факты, выявленные Мейсоном, Раффом и Вакье, не могли быть не взаимосвязанными. Раз так, то и разгадывать их надо было по возможности вместе, увязав к тому же с уже известными теоретическими схемами.

Успех ждал того, кто выберет верный путь. И удивительно то, что по нужной тропе пошел не маститый профессор и даже не честолюбивый молодой ученый, а скромный студент последнего курса Кембриджского университета Фредерик Вайн. Летом 1962 г. Вайн, как бы мы сказали, проходил преддипломную практику на научно‑исследовательском судне «Оуэн». Его научный руководитель Драммонд Мэтьюз поручил Вайну обработать результаты экспедиции, что тот и сделал.

А в 1963 г. в английском журнале «Природа» появилась широко известная сегодня статья Вайна и Мэтьюза о магнитных аномалиях вблизи срединно‑океанического хребта. Идея Вайна была необычайно изящной: он предложил объединить теорию спрединга с инверсией магнитного поля Земли. Мы знаем уже, что базальтовые выплавки, остывая, проходят через точку Кюри (525° С) и приобретают ориентированную на полюс намагниченность. Раз произошла смена магнитной полярности, то это уже другой эпизод спрединга. Отсюда вывод: зная ширину магнитных полос, их расстояние от оси срединно‑океанического хребта и возраст, можно оценить и скорость спрединга (см/год). Или, напротив, – по скорости спрединга и расстоянию от оси хребта рассчитать возраст произвольной полосы магнитной зебры.

Наконец, открытие Вайна давало ключ к прямому обоснованию спрединга. На самом деле, если спрединг океанического дна и инверсия геомагнитного поля имеют место, то полосы с разной намагниченностью обязаны дрейфовать параллельно оси хребта. Дно океана, оказывается, можно уподобить магнитофонной ленте и слушать записанную на ней музыку. Дальше – больше. Располагая данными палеомагнитной стратиграфии, стали вычислять скорости спрединга и строить карты возраста океанического дна (рис. 15). Карты эти, как и следовало ожидать, оказались с правильной полосчатостью: самые молодые полосы располагались у подножия хребта, по мере же удаления от хребта полосы старели.

Еще дальше – еще больше. В океане процессы раздвижения дна (спре‑динг) и накопление осадочного чехла идут в первом приближении независимо. Осадки, сносимые с побережья или продуцируемые в самом океане, ложатся на дно. Но дно океана подвижно. Следовательно, возраст осадков, дырявым одеялом покрывающих океаническое дно, должен изменяться по тому же закону, что и возраст самого дна. Только если изменение возраста дна прослеживается по латерали, то те же закономерности возраста, касающиеся осадков, выявляются в вертикальном разрезе. Но при переходе от одного разреза к другому в направлении, перпендикулярном к срединно‑океаническому хребту, возраст литологически однотипных осадков будет скользить. Те же осадки, но более удаленные от хребта, окажутся более древними. Фундаментальный закон Головкинского «работает», как видим, и в океане.

Забегая вперед, скажем, что с целью проверки эффективности комплекса методов, вытекающих из крупнейшего открытия Вайна, американский конгресс финансировал «проект века» (как еще недавно любили писать наши придворные публицисты) – бурение глубоководных скважин в океане со специально для этого построенного судна «Гломар Челленджер». Проект этот под названием JOIDES [7] начали осуществлять в 1968 г. Бурение (уже с другого судна и по несколько измененной программе) продолжается по сей день. Пробурено уже более 1000 скважин. Открытие Вайна, конечно, подтвердилось.

Линн Сайкс, геофизик из Колумбийского университета, обратил внимание на тот факт, что не все разломы, открытые Мейсоном в районе срединно‑океанических хребтов, были сейсмичными. Проведя тщательный анализ поперечных разломов Атлантического срединно‑океанического хребта, Сайке установил, что сейсмичность в одних системах разломов приводит лишь к разрывам сплошности, тогда как в других случаях – к смещению коры. Идею эту развил канадский профессор из Торонтского университета Тузо Уилсон, предложив в 1965 г. разломы, по которым происходит трансформация океанической коры (со смещением), назвать трансформными. Он же высказал первую конструктивную мысль о том, что вся земная кора разбита сетью разломов на жесткие плиты разных размеров, непрерывно взаимодействующие между собой. Причем характер взаимодействия плит зависит только от процессов на их границах.

Так начиналась самая драматичная научная революция за всю историю существования наук о Земле. Все ключевые идеи были высказаны. Очередь была за их синтезом.

В 1967 г. ученые из Калифорнийского университета Дэн Маккензи и Ральф Паркер дали первое полное определение тектоники плит и использовали эту теорию для решения задачи сферической геометрии трех плит, пытаясь объяснить природу тектонических структур по периферии северной части Тихого океана. Они опирались на известную теорему Эйлера о том, что оценивать перемещение тела по сфере с некоторой неподвижной точкой внутри этого тела следует как результат вращения тела вокруг оси, проходящей через эту точку (центр вращения). В 1968 г. те же по существу идеи были высказаны в статьях геофизика из Принстонского университета Джейсона Моргана (хотя обнародовал он их еще в апреле 1967 г. в докладе на ежегодной конференции Американского геофизического союза в Вашингтоне), француза Ксавье Ле Пишона, а также американцев Брайана Айзекса, Джека Оливера и Линна Сайкса. Все эти статьи в 1974 г. переведены на русский язык в сборнике «Новая глобальная тектоника».

Нарождавшаяся теория у разных авторов именовалась по‑разному. Маккензи и Паркер назвали ее «теорией краеугольного камня», Айзекс с соавторами – «новой глобальной тектоникой», а Вайн и Хесс – «тектоникой плит». Прижились последние два названия.

Айзекс, Оливер и Сайкс писали: «Новая глобальная тектоника, по‑видимому, способна собрать и объединить в одну унифицированную концепцию данные сейсмологии, магнитометрии, морской геологии, геохимии, гравиметрии и др. Такого рода шаг сыграл огромную роль в развитии наук о Земле, и, несомненно, он знаменует собой начало новой эры». По мнению многих ученых, именно эта процитированная мною работа, в которой впервые была дана связная интерпретация глобальных геологических явлений с позиций сейсмологии, оказала решающее влияние на геологический мир.

Геологи (в первую очередь наши соотечественники), ранее весьма скептически относившиеся к этим, как им казалось, оторванным от реальности дедуктивным упражнениям физиков и геофизиков, по мере того как факты стали подтверждать их и, более того, когда новые факты стали обнаруживаться целенаправленно в полном согласии с предсказаниями новой теории, уже не могли пренебрежительно отмахнуться от этих построений, хотя и не приняли их целиком до сегодняшнего дня.

Такой скептицизм геологов вполне понятен. Дело в том, что все без исключения факты, легшие в основу тектоники плит, добыты при изучении океана. Они оказались тесно между собой увязанными, и потому первыми поддержали новую теорию морские геологи и седиментологи, исследующие процессы накопления осадков.

Френсис Шепард писал, к примеру, что уже одного факта соответствия линейных магнитных аномалий истории инверсий геомагнитного поля, убедительно прослеженной по крайней мере на 78 млн лет в глубь геологического времени, было достаточно, чтобы «поверить в новую теорию». (Заметим в скобках, что 78 млн лет – это всего лишь 1,7 % геологической истории Земли, и геологи были вправе сомневаться в неограниченных возможностях мобилистской экстраполяции.)

Роберт Дитц задолго до получения первых результатов бурения скважин в океане высказал мысль, что «хотя идея о высокомобильном океаническом дне на первый взгляд может показаться экстравагантной, она вряд ли явится насилием над геологической историей».

Прошедшие годы показали, что Дитц был прав. Подвижное океаническое дно, перемещающееся по обе стороны от срединно‑океанического хребта со скоростью 2‑10 см/год, – лишь одна, хотя и важнейшая, компонента тектоники плит. К тому же данный процесс ученые могут контролировать инструментально, и потому для скепсиса просто не осталось места. Даже самые убежденные консерваторы вынуждены признать спрединг. Но старые позиции сдаются постепенно, с тяжелыми, кровопролитными боями…

Согласно новой теории, литосфера разбита на серию жестких плит, взаимное расположение которых меняется во времени. Восстановление положения этих плит в разные отрезки геологической истории (так называемые палинспастические реконструкции) осуществляется с помощью методов сферической геометрии. Особенно любознательный читатель может познакомиться с этими методами по классической монографии К. Ле Пишона, Ж. Франшто, Ж. Боннина «Тектоника плит» (1977).

Разные ученые выделяют неодинаковое число плит. Это естественно, поскольку меняется и изученность самой проблемы, а вместе с этим уточняется и число плит. Наиболее часто выделяют такие плиты: Тихоокеанскую, Северо‑Американскую, Евроазиатскую, Африканскую, Южно‑Американскую, Индийскую (или Индо‑Австралийскую), Антарктическую, Наска и Кокос.

Это, однако, наиболее крупные плиты. Стандартная их ширина от 6 до 7 тыс. км. Тихоокеанская плита – рекордная по размерам. Она имеет протяженность 10‑11 тыс. км. Многие специалисты выделяют плиты и существенно меньших размеров, вплоть до самых маленьких (десятки километров). Их называют «шолями».

Границами плит служат зоны повышенной сейсмичности, часто сопровождаемой и активным вулканизмом. Они тяготеют к гребням срединно‑океанических хребтов, к системам «дуга – желоб», к трансформным разломам. Большинство очагов землетрясений располагается в литосфере на глубинах до 70 км и приурочено к приостровным (внутренним) склонам глубоководных желобов. Глубокофокусные землетрясения группируются в узких (шириной до 50 км) фокальных зонах с наклоном от 20‑25 до 80°, они прослеживаются на глубинах от 200‑250 до 600‑ 700 км.

Зона, в которой океаническая кора, согласно теории мантийной конвекции, вновь погружается в мантию, носит название субдукционной, а процесс поглощения океанической коры – субдукцией. Это наиболее сложная и дискуссионная компонента тектоники плит.

Подливать масла в огонь мы не будем. Но все же заметим, что геофизики установили: векторы скольжения в зонах субдукции указывают на движение коры в желобах, оно направлено в противоположную от океанических плит сторону. Это служит хотя и косвенным, но надежным свидетельством процесса поглощения океанической коры в зоне субдукции. Более того, профессор Уеда неоднократно подчеркивал, что сам факт возникновения глубокофокусных землетрясений свидетельствует в пользу субдукции холодных плит.

На границах плит, кстати, происходят принципиально разные геологические процессы. Различают поэтому три основных типа границ.

1. Наращивания коры (конструктивный тип). Такую границу еще называют границей раздвижения (дивергенции). Примером могут служить срединно‑океанические хребты.

2. Поглощения коры (деструктивный тип). Эта граница называется еще границей схождения (конвергенции). Примеры – зоны субдукции в районе глубоководных океанических желобов.

3. Скольжения. На таких границах плиты сталкиваются под разными углами и как бы трутся друг о друга. Примеры – складчатые горные системы, в частности Альпийско‑Гималайский пояс.

Геофизик Олег Георгиевич Сорохтин, один из активных разработчиков этой новой теории, указывает, что наибольшая скорость раздвижения океанического дна фиксируется в юго‑восточной части Тихого океана (в районе о. Пасхи): здесь ежегодно наращивается около 18 см новой океанической коры. Австралия удаляется от Антарктиды со скоростью 7 см/год, Южная Америка от Африки – 4 см/год, Северная Америка от Европы – 2‑ 2,3 см/год. Индийская плита поддвигается под Азиатскую со скоростью 5 см/год. Около 6 млн лет назад полуостров Калифорния в результате активного рифтогенеза, т. е. образования трещины в земной коре с последующим интенсивным раздвигом, был почти отделен от материка. С тех пор Калифорнийский залив разрастается со скоростью 6 см/год, что существенно выше скоростей спрединга в районе Атлантического срединно‑океанического хребта. Скорость раскрытия Красноморского рифта (Красного моря) значительно меньше – всего 1,5 см/год.

 

Вопросы есть?

 

Разумеется. И очень много. Иначе и быть не может. Новое, свершающееся на наших глазах открытие только начинает по‑настоящему восприниматься геологами. Принципиально новые факты, составившие основу этого революционного переворота, имели для старых, давно, казалось бы, устоявшихся взглядов, последствия неоднозначные. Одни из застарелых догматов пришлось отбросить, другие переставить на новое, подобающее им место, на третьи взглянуть другими глазами.

Я постараюсь в этой связи остановиться прежде всего на той небольшой группе вопросов, которые имеют непосредственное отношение и к другим великим открытиям, о коих уже шла речь.

Итак, перед стратиграфией встал ряд проблем, на которые она, вообще говоря, уже получила ответы качественного характера, если вспомнить теорию слоеобразования Головкинского и вытекающее из нее следствие о возрастном скольжении границ подразделений местных стратиграфических схем. После того как были сформулированы в явном виде основные положения тектоники литосферных плит, прояснился главный факт: осадконакопление в океане протекает на горизонтально перемещающемся дне, а потому и тип осадков и их мощности зависят прежде всего от соотношения скоростей седиментологических и сопутствующих им тектонических процессов. Важно знать, в каких ситуациях скоростями движения плит можно пренебречь (как слишком малыми) и считать тектонический фактор своеобразным фоном, на котором протекают процессы осадконакопления, а в каких – скоростные характеристики движения плит оказывают решающее влияние на механизмы накопления осадков да и слоев осадочных пород также.

Основное теоретическое достижение тектоники, связанное со спредингом, касается предсказания глубин и возраста океанического дна в зависимости от расстояния до срединно‑океанического хребта. Джон Склейтер и Жорж Франшто исходя из предположения, что океаническое дно изостатически скомпенсировано, а породы, образующиеся в месте раздвига плит, постепенно остывают и уплотняются, построили теоретическую кривую изменения глубин дна в зависимости от возраста коры. Эта кривая получила в дальнейшем блестящее подтверждение многочисленными натурными наблюдениями, как геофизическими, так и непосредственными – с помощью скважин глубоководного бурения. Результаты бурения позволили и несколько скорректировать саму кривую.

Ясно, что коль скоро возраст базальтового ложа океана «скользит» по мере удаления от срединно‑океанического хребта, то обязан «скользить» и возраст покрывающих его осадков. Факт этот, ровно за сто лет до открытий тектоники плит гениально предсказанный Головкинским, побудил нас отнести принцип скольжения возраста границ местных стратиграфических подразделений к числу важнейших принципов стратигра