Выбор катастроф

Движущиеся континенты

Придя к выводу об отсутствии таких катастроф, можем ли мы решить, что Земля абсолютно стабильна и неизменяема? Конечно, нет. Изменения происходят, и происходят даже изменения типа, который я только что исключил. Как же это возможно?

Рассмотрим природу катастроф. Нечто катастрофичное, если оно происходит быстро, может быть совсем не катастрофичным, если происходит медленно. Если вы спуститесь с небоскреба очень быстро, спрыгнув с крыши, – это станет для вас личной катастрофой. С другой стороны, если спуститесь достаточно медленно на лифте – это не составит для вас никакой проблемы. В обоих случаях произойдет одно и то же – перемещение сверху вниз. Катастрофично изменение положения или нет, целиком будет зависеть от скорости изменения.

Аналогичный пример: пуля, вылетающая из дула оружия и ударяющая вам в голову, обязательно вас убьет, и та же самая пуля, двигаясь со скоростью, которую приобрела, запущенная рукой человека, попав вам в голову, причинит только боль.

Поэтому я исключил как неприемлемые катастрофы, изменения, которые происходят быстро. Те же самые изменения, но происходящие медленно, – совсем другое дело. Очень медленные изменения могут происходить и происходят, и они не должны быть катастрофическими, и они и на самом деле не являются катастрофическими.

Например, исключив возможность катастрофического скольжения коры, мы должны признать, что очень медленное скольжение, перемещение коры вполне возможно.

Считается, что около 600 миллионов лет назад, по-видимому, был период оледенения (судя по царапинам на камнях соответствующего возраста), это происходило одновременно в экваториальной Бразилии, в Южной Африке, в Индии и в Западной и Юго-Восточной Австралии. Эти районы, должно быть, были покрыты ледовыми шапками, как сейчас Гренландия и Антарктика.

Но как такое могло произойти? Если расположение на Земле суши и океанов было тогда точно таким, как сейчас, и если полюса были точно на тех же местах, то, чтобы тропические районы оказались под ледовыми шапками, вся Земля должна была бы оледенеть, а это уж совсем невероятно. В конце концов, в других континентальных районах нет признаков оледенения в то время.

Если мы предположим, что полюса изменили свое положение так, что тропическая зона была когда-то полярной и наоборот, то оказывается невозможно найти такое положение для полюсов, которое объяснило бы все те стародавние ледовые шапки в одно и то же время. Если бы полюса оставались на месте, а кора Земли целиком бы переменила положение, проблема возникает такая же. Нет расположения, при котором объясняются все ледовые шапки.

Единственное, чем можно объяснить это давнишнее оледенение, это то, что массивы суши сами изменили свое положение относительно друг друга и что различные оледенелые места были когда-то рядом друг с другом и находились на том или другом полюсе (или некоторые на одном полюсе, а прочие – на другом). Такое возможно?

Если взглянуть на карту мира, нетрудно заметить, что очертания восточного берега Южной Америки и западного побережья Африки на удивление похожи. Если вы попробуете вырезать оба континента (полагая, что форма их не слишком искажена при нанесении на плоскую поверхность карты), вам удастся приладить их друг к другу удивительно хорошо. Это было обнаружено, как только очертания этих побережий стали достаточно детально известны. Английский ученый Фрэнсис Бэкон (1564—1626) указал на это еще в 1620 году. А не могло ли быть так, что Африка и Южная Америка когда-то составляли одно целое, что они раскололись на части вдоль линии настоящего побережья и затем дрейфовали по отдельности?

Первым, кто детально занялся этой проблемой, был немецкий геолог Альфред Лотар Вегенер (1880—1930), который опубликовал в 1912 году книгу «Происхождение континентов и океанов».

Континенты состоят из менее твердых пород, чем дно океана. Континенты в основном из гранита, океанское дно главным образом базальтовое. Не могли ли гранитные блоки континентов очень медленно дрейфовать по низлежащему базальту? Это было бы чем-то вроде скольжения коры, только вместо перемещения всей коры движение совершали бы лишь континентальные блоки, и притом очень медленное.

Если бы континентальные блоки двигались независимо, не было бы серьезной проблемы с экваториальным выпячиванием, и, если бы они двигались очень медленно, не потребовалось бы очень много энергии, и в результате не было бы катастрофы. Более того, если бы континентальные блоки двигались независимо, это бы объясняло очень древнее оледенение обширных регионов мира, некоторых даже рядом с экватором. Все эти регионы были когда-то одновременно у полюсов.

Такой дрейф континентов мог бы дать ответ и на биологические загадки. Существуют сходные виды растений и животных в различных, далеко отстоящих друг от друга частях мира, разделенных океанами, через которые эти растения и животные не могли переправиться. В 1880 году австрийский геолог Эдвард Зюсс предположил, что когда-то существовали земляные мосты, соединявшие континенты. Например, он представлял себе большое суперконтинентальное пространство, протянувшееся вокруг всего южного полушария, объясняя, что именно благодаря ему эти особи достигли различных массивов суши, которые очень удалены друг от друга. Иными словами, выходит, что суша поднималась и опускалась в ходе истории Земли, одни и те же места в одно время были сушей, а в другое время – океанским дном.

Идея эта была популярной, но чем больше геологи узнавали о морском дне, тем менее вероятным казалось, что морское дно когда-либо было частью континентов.

Целесообразнее было представить движения горизонтальные, когда единый континент разламывается на части. Каждая часть несла бы на себе определенную группу особей, и в итоге аналогичные виды оказывались бы разделенными океанскими просторами.

Вегенер предположил, что когда-то все континенты существовали как единый, обширный блок суши, расположенный в едином огромном океане. Этот континент он назвал «Пангея» (от греческих слов, означающих: «вся Земля»). По какой-то причине Пангея раскололась на несколько фрагментов, которые дрейфовали друг от друга, пока не достигли теперешнего расположения континентов.

Книга Вегенера вызвала значительный интерес, но геологам трудно было принять ее всерьез. Низлежащие слои континентов Земли просто слишком неэластичны, чтобы дать возможность континентам дрейфовать. Южная Америка и Африка были твердо зафиксированы на своих местах, и ни той, ни другой не было возможности дрейфовать по базальту. Поэтому в течение сорока лет теория Вегенера отвергалась.

Тем не менее, чем больше изучали континенты, тем больше убеждались в том, что они когда-то были вместе друг с другом, особенно если рассматривать края континентальных шельфов как истинные границы континентов. Было бы наивным считать это просто совпадением.

Допустим, что Пангея действительно существовала и на самом деле разделилась на фрагменты. В таком случае дно океанов, которое оказалось между фрагментами, должно быть относительно молодым. Ископаемые некоторых пород на континентах по возрасту достигали 600 миллионов лет, но ископаемые атлантического морского дна, которое должно было сформироваться только после того, как раскололась Пангея, не могли быть настолько старыми. Собственно говоря, ископаемых старше 135 миллионов лет никогда не обнаруживалось в породах на дне Атлантики.

Накапливалось все больше и больше свидетельств в пользу дрейфа континентов. Однако требовались идеи относительно механизма, который бы сделал это возможным, поскольку вегенеровская пахота гранитом по базальту казалась совершенно невозможной.

Ключ нашелся при изучении морского дна Атлантики, которое скрыто от нас толщей воды. Первый намек на то, что там должно скрываться нечто интересное, был получен в 1853 году, когда понадобилось промерить глубины для прокладки трансконтинентального кабеля, чтобы соединить Европу с Америкой электрической связью. Тогда появились сообщения, что посреди океана обнаружены признаки подводного плато. Атлантический океан действительно оказался мельче посередине, чем по краям, и его центральная мель в честь кабеля была названа «Телеграфным плато».

В те дни замер глубин производился путем забрасывания за борт длинного линя с грузом на конце. Это было утомительно, трудно и не очень точно, и таких операций можно было произвести не так много, так что конфигурацию океанского дна можно было представить себе только очень схематично.

Однако во время Первой мировой войны французским физиком Полем Ланжевеном (1872—1946) был разработан способ определения глубин посредством отражения ультразвука от подводных объектов (называемый теперь «сонаром»). В 20-е годы германское океанографическое судно начало производить замеры глубин в Атлантическом океане с помощью сонара, и к 1925 году было установлено, что протяженная подводная горная гряда проходит через весь Атлантический океан примерно посередине. Со временем оказалось, что в других океанах тоже существует такая же гряда и фактически опоясывает земной шар длинным, извивающимся «Среднеокеанским гребнем».

После Второй мировой войны американские геологи Уильям Моррис Эвинг (1906—1974) и Брюс Чарлз Хеезен (1924—1977) энергично взялись за дело и к 1953 году установили, что вдоль гребня, параллельно его оси проходит глубокий каньон. В конце концов он был обнаружен на всем протяжении Среднеокеанского гребня, так что его иногда называют «Большой глобальной расселиной».

Большая глобальная расселина делит кору Земли на крупные пласты, достигающие в некоторых случаях тысяч километров в поперечнике и толщины от 70 до 150 километров. Поскольку эти пласты кажутся аккуратно подогнанными друг к другу, они получили название «тектонических плит».

Обнаружение тектонических плит подтвердило дрейф континентов, но не по принципу Вегенера. Континенты не плыли и не дрейфовали по базальту. Определенный континент вместе с частями прилегающего морского дна был неотъемлемой частью определенной плиты. Континенты могли двигаться, если двигались плиты, а было ясно, что плиты двигались. Как же они могли двигаться, если были плотно соединены?

Их можно было расталкивать. В 1960 году американский геолог Гарри Хэммонд Гесс (1906—1969) представил доказательства в пользу «расширения морского дна». Горячий, расплавленный камень закипал и медленно всплывал с больших глубин, например в Средней Атлантике, и затвердевал на или около поверхности. Это вскипание и затвердевание камня разделяло плиты и заставляло их раздвигаться со скоростью в некоторых местах от 2 до 18 сантиметров в год. Таким образом, например, разделились Южная Америка и Африка. Иначе говоря, континенты не дрейфовали, их толкали.

Откуда же взялась энергия для этого? Ученые не уверены, но вероятное объяснение состоит в том, что в мантии, находящейся под корой, имеются очень медленные «водовороты»: мантия достаточно горяча, чтобы под большим давлением быть пластичной. Если кружение направлено вверх, на запад и вниз, а соседнее кружение – вверх, на восток и вниз, то противоположные движения под корой имеют тенденцию толкать две соседние плиты в разные стороны, причем между ними вскипает горячее вещество.

Естественно, если две плиты расталкиваются в разные стороны, другие концы этих плит должны толкаться в соседние плиты. Когда две плиты медленно сталкиваются друг с другом, создается мятая складка, образуются горные цепи. Если они сталкиваются быстрее, одна плита скользит под другой, сдвигается в горячую область и расплавляется. Океанское дно опускается и образует впадины.

Вся история Земли может быть прослежена по тектоническим плитам, исследование этих плит неожиданно стало центральной догмой геологии, как эволюция – центральная догма биологии и как атомная теория – центральная догма химии. Когда тектонические плиты раздвигаются или соединяются, поднимаются горы, опускается морское дно, расширяются океаны, разделяются или соединяются континенты.

Время от времени континенты соединяются в одну огромную массу суши, затем опять раскалываются, снова соединяются и снова разделяются. Как представляется, последнее образование Пангеи произошло 225 миллионов лет назад, как раз тогда, когда началась эволюция динозавров, а разламываться Пангея начала примерно 180 миллионов лет назад.

Вулканы

Может показаться, что подвижка тектонических плит вряд ли явление катастрофическое, ведь она происходит так медленно. В течение исторических времен движение континентов можно было установить только с помощью особо точных научных измерений. Однако движение плит производит случайные эффекты помимо изменений на карте, эффекты неожиданные и локально-бедственные.

Линии, по которым стыкуются плиты, – эквивалент трещин в земной коре, называются «сдвигами». Эти сдвиги – не просто линии, они имеют всевозможные ответвления и рукава. Сдвиги – это слабые места, через которые тепло и расплавленный камень, находящийся под корой, могут выбраться наверх. Тепло может заявить о себе довольно благожелательно, согревая грунтовые воды, образуя выходы пара, горячие источники. Иногда вода нагревается до тех пор, пока давление не достигнет критической точки, после чего масса ее вырывается на поверхность, высоко в воздух. Затем все утихает, снова создается подземный запас, снова нагревается, снова выбрасывается. Это – гейзер.

В некоторых районах эффект тепла более радикален. Расплавленный камень поднимается и застывает. Новый расплавленный камень вскипает сквозь возвышенность отвердевшего камня и увеличивает ее высоту. В конце концов образуется гора с центральным проходом, по которому расплавленный камень, или «лава», может подниматься и оседать и который может затвердевать на более или менее длительный период, потом плавиться снова.

Это «вулкан», который может быть действующим или недействующим. Иногда определенный вулкан более или менее активен в течение длительных периодов времени и, как любое хроническое заболевание, не является тогда очень опасным. Иногда, когда подземные события по каким-либо причинам повышают уровень активности, лава поднимается и выливается наружу. Тогда потоки раскаленной лавы сползают по склонам вулкана и иногда направляются к населенным пунктам, которые приходится эвакуировать.

Гораздо более опасны вулканы, которые какое-то время неактивны. Центральный проход, по которому в прошлом поднималась лава, полностью затвердел. Если бы внизу под ним окончательно прекратилась всякая активность, тогда все было бы хорошо. Тем не менее иногда случается, что подземная среда спустя длительное время начинает производить избыток тепла. Лава, образующаяся внизу, тогда оказывается заперта затвердевшей лавой наверху. Создается давление, и в конце концов верхушка вулкана под давлением прорывается. Происходит очень резкий и, что еще хуже, более или менее неожиданный выброс газа, пара, твердых камней и раскаленной лавы. Собственно, если бы под вулканом была задержана вода и под огромным давлением превращена в пар, вся верхушка вулкана могла бы разорваться, произведя взрыв намного больший, чем могли бы устроить люди даже в наши дни термоядерных бомб. Хуже также и то, что недействующий вулкан может казаться совершенно безобидным. Он может не проявлять никакого намека на активность на памяти человечества, а почва, которая сравнительно недавно появилась из глубин, обычно очень плодородна. Она привлекает людей, и когда вдруг начинается извержение (если оно все-таки происходит), последствия его могут быть особенно бедственными.

В мире существует 455 действующих вулканов, которые извергаются в атмосферу. Существует еще примерно 80 подводных вулканов. Около 62 процентов действующих вулканов находятся по краям Тихого океана, причем три четверти их – на Западном побережье вдоль цепи островов, которые окаймляют тихоокеанское побережье Азии.

Этот регион иногда называют «огненным кольцом», и раньше считали, что это как бы еще свежий шрам, след того, что в изначальные времена отсюда откололась часть Земли и образовала Луну. Подобное обстоятельство ныне не признается учеными, и огненное кольцо просто отмечает границу встречи Тихоокеанской плиты с другими плитами востока и запада. Еще 17 процентов вулканов расположены вдоль островов Индонезии, они отмечают границу Евразийской и Австралийской плит. Кроме того, 7 процентов вулканов находятся на линии восток-запад поперек Средиземноморья, отмечая границу между Евразийской и Африканской плитами.

В западной истории лучше всего известно извержение Везувия в 79 году нашей эры. Везувий – это вулкан в 1,28 километра высотой, расположенный в 15 километрах к востоку от Неаполя. В древние времена его не считали вулканом, поскольку он не действовал на памяти людей.

И вот 24 августа 79 года нашей эры он проснулся. Поток лавы, облака дыма и пара. На его южных склонах были полностью уничтожены города Помпеи и Геркуланум. Этот инцидент является олицетворением вулканического извержения, потому что он произошел в период расцвета Римской империи, потому что он был драматично, подробно описан Плинием Младшим (чей дядя Плиний Старший погиб во время извержения, пытаясь наблюдать бедствие вблизи), и потому, что раскопки, начатые в 1709 году, позволили воссоздать остановленную на ходу жизнь римской провинциальной общины. Однако в отношении разрушений это были пустяки.

Вот, например, остров Исландия, лежащий на Среднеокеанском гребне, на границе между Североамериканской и Евразийской плитами, особенно вулканичен. Он действительно разрывается на части, поскольку дно Атлантического океана продолжает распираться (Кстати, слово «гейзер» – это исландский вклад в английский язык).

В 1783 году начал извергаться вулкан Лаки, находящийся в центре Южной Исландии в 190 километрах к востоку от Рейкьявика, столицы Исландии. За два года лава покрыла площадь в 580 квадратных километров. Непосредственный ущерб от лавы был небольшим, но вулканический пепел распространился на большие расстояния, достигая даже Шотландии – на 800 километров к юго-востоку, и притом в концентрации, достаточной, чтобы повредить пахотные земли.

В самой Исландии пепел и вредные испарения погубили три четверти домашнего скота и привели в негодность те небольшие площади возделываемой земли, что были на острове. В результате 10 000 человек, одна пятая тогдашнего населения острова, умерли от голода и болезней.

Еще большее бедствие может произойти в густонаселенных районах. Обратимся к вулкану Тамборо, находящемуся на индонезийском острове Сумбава к востоку от Явы. В 1815 году Тамборо был высотой 4 километра. 7 апреля того же года сдерживаемая лава прорвалась и развалила верхний километр вулкана. Во время этого извержения из недр было исторгнуто примерно 150 кубических километров вулканического вещества, и это была самая большая масса, выброшенная в атмосферу в исторические времена (Возможно, это переоценка. Вероятно, верхний километр не вывалился полностью, так как большая часть его обрушилась в срединную дыру, образованную извергающейся лавой). Настоящий дождь камней и пепла убил 12 000 человек, а порча фермерских земель и гибель домашних животных привели к голоду и смерти на Сумбаве и соседнем острове Ломбок еще 80 000 человек.

В западном полушарии наиболее ужасное извержение произошло 8 мая 1902 года. Вулкан Мон-Пеле на северо-западной оконечности Карибского острова Мартиника был известен тем, что время от времени как бы слегка икал, но в тот день он взметнулся в гигантском взрыве. Поднялось облако горячего газа, река лавы потекла по склонам вулкана с большой скоростью, все это обрушилось на город Сен-Пьер и полностью уничтожило его жителей. Погибло 38 000 человек. (Чудом выжил один, содержавшийся в подземной тюрьме.) Однако самое крупное извержение современности произошло на острове Кракатау. Это был небольшой остров площадью 45 квадратных километров, немного меньше Манхэттена, расположенный в Зондском проливе между островами Суматра и Ява, в 840 километрах западнее Тамборо.

Кракатау не казался особенно опасным – было незначительное извержение в 1680 году. Однако 20 мая 1883 года появилась заметная активность, но она прошла сравнительно благополучно, хотя после нее слышался низкого тона несильный подземный гул. Затем в 10 часов утра 27 августа произошло мощное извержение, которое практически разрушило остров. Только в воздух было выброшено около 21 кубического километра вулканического вещества, это намного меньше, чем сомнительная цифра, которая относится к извержению Тамборо шестьдесят восемь лет до того, но то, что было выброшено здесь, было выброшено с намного большей силой.

Пепел выпал на площади 800 000 квадратных километров и затемнил окружающий район на два с половиной дня. Пыль достигла стратосферы и распространилась по всей Земле, вызывая эффектные закаты на протяжении почти двух лет. Звук взрыва был слышен на расстоянии тысяч миль, по приблизительным подсчетам на 1/13 земного шара, а сила извержения была примерно в двадцать шесть раз больше, чем у самой мощной когда-либо взорванной водородной бомбы.