С космическим путеводителем по Земле

Наличие в толщах соляных отложений слоёв, содержащих в избытке космическую пыль, свидетельствует о попадании планеты в потоки межзвёздного пылевого вещества. Отложение минеральных осадков происходит неравномерно. За время в полтора миллиарда лет удалось установить девять максимумов отложений минеральных веществ. Интервалы между максимумами кратны длительности галактического года, т. е. связаны с движением Солнечной системы вокpyr ядра Галактики.

Сталактиты пещер имеют свои кольцевые зоны. В водообильные периоды, повторяющиеся через 10—11 лет, наблюдается существенно большее отложение строительного вещества. Видна годичная зональность и в шлифованных срезах агата. Но особенно резко воспринимается вселенская цикличность живой природы. Об этом свидетельствуют годовые кольца деревьев и их 11-летние ритмы роста. Прирост деревьев резко замедляется во время вспышек сверхновых звёзд. На склонах 3еравшанского хребта на высоте три тысячи метров растёт 800-летняя арча. По кольцам этого древнего дерева отлично видно, как тормозился прирост в 1572 и 1604 годах, когда вспыхнули сверхновые Тихо Браге и Кеплера.

Давно замечено совпадение различных стихийных бедствий. Так, извержение Везувия в VI веке новой эры сопpовождалось римской чумой. Землетрясения, бури, наводнения соответствовали опустошительным эпидемиям, нашествиям саранчи. Теперь стало хорошо известно, что это связано с циклической деятельностью Солнца. При солнечных вспышках на Землю обрушивается лавина частиц высоких энергий, потоки электромагнитного излучения.

В 1915 году А. Л. Чижевский начал систематическое изучение зависимости биологических явлений от ритмов Солнца. В годы солнечной активности возрастап процент внезапных смертей, наблюдались вспышки вирусного клещевого энцефалита, массовых налётов насекомых. Оказалось, что все организмы, особенно микроорганизмы, весьма чувствительно реагируют на солнечное воздействие.

В последнее время зарегистрировано множество ритмов, не совпадающих, но близких 11-летнему хроноритму Солнца. С такой же периодичностью повторяются столь разные события, как максимумы численности зайцев и рысей, атлантических лососей, филинов и соколов. С подобной цикличностью размножаются насекомые, достигают максимума урожаи пшеницы, обостряются сердечно-сосудистые заболевания. Примерно наполовину меньший цикл определяет мор мышей и массовые самоубийства леммингов, массово устремляющихся к морю.

Спутниковые исследования уточнили механизм солнечно-земных связей. По современным представлениям Земля купается в солнечном корпускулярном потоке. Перемещаясь со скоростью 30 километров в секунду, она постоянно обдувается «солнечным ветром», дующим со скоростью 500 километров в секунду. В каждом кубическом сантиметре околоземного пространства содержится примерно десять выброшенных Солнцем частиц. Интересно, что, казалось бы, наивные представления Аристотеля дают довольно-таки точную качественную картину строения космических окрестностей Земли. Он писал, что сфера воздуха расположена между сферой Земли и сферой огня, за которой находятся сферы планет и звёзд.

Сфера огня – по нашим представлениям солнечная плазма – весьма влияет на земную погоду. Непосредственный зондаж околоземного пространства межпланетными космическими аппаратами помог прояснить взаимодействие солнечной водородной плазмы с магнитным полем Земли.

Магнитосфера Земли деформирована «солнечным ветром»: сжата на дневной стороне и вытянута на ночной (образует длинный геомагнитный хвост). При солнечных вспышках в «солнечном ветре» возникает бегущая волна, вызывающая магнитосферную бурю. Космические лучи, ультрафиолетовое

и рентгеновское излучения, генерируемые вспышкой, воздействуют на околоземное пространство, нарушают его тепловое равновесие, вызывают изменение погоды.

Полярные сияния – «отблески» магнитных бурь – изучались проходящими через них спутниками. В областях сияний обнаружены сильные электрические поля. Они-то и разгоняют электроны и протоны, столкновения которых с атомами и молекулами атмосферы рождают призрачный свет сияний. Конфигурация электрических полей соответствует форме полярных сияний.

Казалось, всё просто: генератор – Солнце – дистанционно управляет атмосферой и жизнью Земли. Но накопление фактического материала вспышечной «деятельности» Солнца и её последствий отрицало прямую связь.

Тщательные исследования обнаружили ряд дополнительных циклов. Само пятнообразование повторяется с периодами 9,9 и 11,1 года. А вот земные процессы обнаружили ещё два длительных цикла с периодами в 89 и 1900 лет. Первый отмечал в основном повторение климатических характеристик, таких как средняя годовая температура воздуха, суровость зим и связанная с ними площадь арктических льдов; второй оказался классическим по яркости проявления физико-географических процессов: земного магнетизма, вулканизма, колебаний уровня Мирового океана.

Интересно, что короткие циклы укладывались в длинные, и тут забрезжила догадка о причине солнечной цикличности, о связи процессов на Солнце с околосолнечным движением, с перемещением планет относительно светила. Прежде всего, выяснилось, что 11-летний цикл совпадает с моментами пересечений орбиты Юпитера с орбитой Солнца. Группировкой относительно Солнца других крупных планет объясняются и другие циклы.

В полёте советских автоматических межпланетных станций был отмечен любопытный феномен – колебание потока галактических космических лучей повторялось с 11-летней периодичностью, он то отставал от циклa солнечной активности, то опережал его. Этот факт повлёк за собой обработку многочисленных замеров, из которой был сделан вывод, что не пятна, а более мощный механизм является причиной возмущений в межпланетном магнитном поле. Внутри Солнца, вблизи его центра, расположен как бы мощный генератор магнитного поля. А пятна на Солнце и изменение потоков галактических космических лучей – вторичные проявления его воздействия.

Исследования последних лет обнаружили в космическом пространстве присутствие органических молекул. Считается, что органическая пыль составляет тысячную долю всей массы Млечного Пути. Предполагается также, что за первые 500 миллионов лет после образования земной коры на нашу планету выпало около одного миллиарда тонн органического вещества, ставшего строительным материалом первоначальной земной биосферы.

Жизнь зародилась на Земле миллиарды лет назад. Сначала в докембрийских отложениях Южной Африки были найдены бактериоподобные организмы, возраст которых оценивался в 3,5 миллиарда лет. Затем в других местах земного шара находили биогенные окаменелости. В древнейших горных породах юго-запада Гренландии обнаружили остатки древних бактерий, возраст которых – 3,8 миллиарда лет. Но этому биологическому рождению предшествовал процесс химической эволюции – усложнения молекул.

На внешних поверхностях станций «Салют» экспонировались молекулярные соединения предбиологической структуpы. Они подвергались гамме воздействий открытого космоса: излучению, смене температур, бомбардировке частицами и пылинками, воздействию вакуума и магнитного поля. Результаты показали, что молекулы, находившиеся в открытом космосе, усложнились.

Изучая эволюцию форм жизни, мы не перестаём интересоваться, как возникла жизнь? Что дало импульс первой клетке, подобно электрическому разряду, запускающему остановившееся сердце? Может быть, «стартером» жизни явилось атомное ядро, достигшее предбиологической структуры в потоке космических лучей? Такие вопросы были поставлены в экспериментах на исследовательских станциях «Салют» и ждут своего ответа. Ученые надеются разгадать и даже смоделировать процесс возникновения жизни.

Планета Земля – очень сложная система. Каждая оболочка Земли заслуживает многих монографий. Мы же ограничимся рассказом о её тонкой верхней корочке – земной коре, о земной поверхности и о том, как она выглядит со стороны.

Внешний облик планеты – результат взаимодействия и противоборства внутренних и внешних процессов. Тектонические движения и эрозионное воздействие непрерывно меняют «лик Земли». Былые вершины стираются общими усилиями солнца, воздуха и воды. Наоборот, иные возвышенности образуются, выделяясь из толщи мягких пород, слагающих равнины. Мягкие и трещиноватые слои убираются работой рек и ручьёв, обнажая твёрдые породы. Taкими сказочными фигурами поднимаются удивительные Ленские и Красноярские столбы, знаменитая Сахарная голова в Рио-де-Жанейро, северо-американская Башня Дьявола.

Ежегодно реки планеты уносят в океан с континентов 35 миллиардов тонн твёрдого вещества. При их беспрерывной работе достаточно нескольких десятков миллионов лет, чтобы смыть всю сушу, выровнять её, превратить повсеместно в придонный слой. Но континенты не стираются водой.

Существует ряд круговоротов веществ. В одном из них, «местном», в недрах Земли работает вода, она сортирует подкоровое вещество, обогащая металлами нижние слои и кремнием верхние. Из недр выносится магма, выводя вещество верхней мантии. Затем в результате сноса вещество континентов попадает на дно океанов, а потом отправляется в мантию на переплавку. Тектонические движения деформируют земную кору. Особенно изменяет поверхность планеты перемещение материков, а точнее, более обширных образований – литосферных плит.

Внешняя твёрдая оболочка земного шара была не всегда такой, как тeпepь. Молодая Земля в докембрийское время имела тонкую кору, напоминающую нынешнюю океаническую. И тогда тектонические движения разрывали жёсткую оболочку планеты. Об этом свидетельствуют зеленокаменные пояса, проходящие через Южную Африку, Австралию, Восточную Сибирь, Балтийский и Канадский щиты. Это древние швы из базальтов, застывших лав, возраст которых около трёх миллиардов лет.

Затем, два миллиарда лет спустя, земная кора сделалась толще и лопнула, как скорлупа яйца, разделилась на крyпные куски, а вещество «белка» – мантии – проступило в местах разрыва. И тогда кора начала двигаться, раздвигаясь выступающей лавой в одних местах и подползая одними кусками под другие. В месте контакта плиты закрывали общую щель, выпуская лишь редкие лавовые потоки, всего лишь обозначающие пограничные места. Взаимодействие отдельных литосферных плит, наползающих и громоздящихся подобно льдинам во время ледохода, во многом и определяет внешний облик земной коры.

Гипотеза «дрейфа материков» появилась в канун Первой мировой войны. Основоположник её – немецкий исследователь Альфред Beгенep – доложил свои предположения о движении континентов Heмецкому геологическому обществу и был осмеян. В разгар войны, в 1915 году, появилась книга A. Вегенepa «Происхождение материков и океанов». «Континенты, – писал Вегенер, – подобно ледоколам, передвигаются по океаническому дну».

В начале служебной деятельности, будучи метеорологом, молодой Вегенер обратил внимание на то, что следы ледника обнаружены в ряде теперешних экваториальных районов. Наоборот, залежи каменного угля, возникающие в условиях влажного тропического климата, находятся и в полярных районах. Отсюда напрашивался вывод, что либо полюсы перемещались, либо двигались материки.

Слабым местом гипотезы Вегенера была попытка объяснения механизма движения материков. Постепенно интерес к идее Вегенера угас. Но в конце 30-х годов и особенно в 60-e годы накопление новых данных преобразило первоначальную гипотезу и придало ей новое качество.

Согласно современной теории новой глобальной геотектоники, материки не ползут через океаническое дно, а просто «плывут» по мантии вместе с примыкающими к ним участками дна и самой верхней мантии – со скоростью в несколько сантиметров в год.

Астеносфера – часть мантии, образует как бы природный смазочный слой толщиной примерно в 150—200 километров. По этому вязкому слою мантии ползут не сами материки, а более обширные участки земной коры – литосферные плиты толщиной в 50—150 километров, несущие на себе континенты и океаны.

Современные методы исследований и особенно открытие факта, что базальты намагничиваются при застывании и сохраняют намагниченность, позволили восстановить хронологию движения магнитных полюсов Земли, а вместe с ней – и перемещения литосферных плит. Магнитной «памятью» обладают и осадочные породы, содержащие соединения железа.

Тщательные исследования позволили составить собственную кривую движения полюса относительно каждого континента. Но если соединить отдельные континенты в единый материк, кривые сходятся. Отсюда и выводы о первоначальном единстве материков.

В раннем палеозое (500 миллионов лет назад) существовал единый материк Гондвана. Название это предложил современник Вегенера, австрийский геолог Эдуард Зюсс, создатель многотомного «Лика Земли». Гондвана – земля гондов – названа по имени княжества в Индии, где были обнаружены остатки холодолюбивой флоры, необычной для этих мест. Вокруг суперматерика Гондвана, занимавшего почти всё Южное полушарие, расположились древние Палеоазиатский и Палеоатлантический океаны. У Южного полюса размещалась Северо-Западная Сахара и ныне тропические области Южной Америки, лежащие вблизи Панамского перешейка. Тогда же Европа, Сибирь, Северная Америка и Казахстан находились в районе экватора отдельными материками. 480—450 миллионов лет назад эти древние океаны исчезают и рождается новый океан – Тетис. Европа сливается с Северной Америкой, а 290—270 миллионов лет назад завершается группировка материков в суперматерик Пангея, состоящий из Лавразии на севере и Гондваны на юге.

Затем Европа и Северная Америка разделяются, образуется Атлантический океан. Непрерывный конвейер глубинного вещества, поступающего через Срединно-Атлантический рифт, раздвигает Европейский и Американский материки на одинаковое расстояние от себя. Существующий Срединно-Атлантический хребет расположен точно посередине океана.

Раскалывается Гондвана. 55 миллионов лет назад Австралия отделяется от Антарктиды, Индия и Мадагаскар – от Африки. 26 миллионов лет назад Индия сталкивается с Евразийским материком, при этом образуются Гималайские горы. Снимки Гималаев, сделанные с космических высот, да и наблюдения космонавтов обнаруживают линеаменты – разломы земной коры, подтверждающие вклинивание в Евразийский континент субконтинента Индостан.

Индостан и теперь движется на Север со скоростью шесть сантиметров в год. Данные спутников позволили обнаружить в его «кильватерном следе» самую большую впадину геоида. Она находится в Индийском океане, и, по мнению индийского геофизика Рамы Шриваставы, с ней связаны сильные непредсказуемые штормы и ураганы.

Итогом смыкания материков явились также горные системы Альпы и Кавказ, горная цепь Атлас, а от океана Тетис осталась узкая полоса Средиземного моря. Существует предположение, что прежде срединным океаническим хребтом были Уральские горы.

Все новые сведения поступают в актив теории тектоники литосферных плит. Наиболее очевидным, впечатляющим аргументом её было совпадение очертаний разошедшихся материковых «плотов» – восточного выступа Южной Америки и побережья Западной Африки. Бразильский мыс Кабу-Бранку совмещается с Гвинейским заливом. Не только сушу, но и подводные материковые склоны до их резкого глубинного обрыва нужно отнести к границе материка. Наилучшие результаты объединения всей существующей суши в единый материк, с учётом сферической геометрии, получились при соединении их по материковой отмели до полукилометровой глубины.

Дно океанов в местах действующих рифтов непрерывно расширяется, расталкивая плиты. Пожалуй, не так уж далеко от истины оказались мифические представления древних о суше на китах или черепахах, только эти удивительные «черепахи» расползаются всего лишь со скоростью несколько сантиметров в год.

Расплав базальтовой магмы, поднимающейся по океаническим рифтам, растекается по склонам срединных хребтов. Подводные снимки быстро застывающих лавовых образований напоминают местами искусственное литьё, а местами невообразимый гигантский хаос.

Пробы лавовой породы океанического дна подтвердили гипотезу конвейера извергаемого вещества. Возраст породы на удалении от рифта у континента Америки составил 140 миллионов лет, а вблизи Центрального Атлантического хребта – один миллион лет.

Расползание дна от хребтов, окаймляющих рифт, – одно из главных движений литосферных плит. Хребты – это как бы «швы» между плитами, они являются границами расколовшейся твёрдой оболочки Земли. В других местах плиты скользят дрyг относительно друга, как это наблюдается у полуострова Калифорния. Там, где дно океана поднимается и вдавливается в недра Земли наползающей литосферной плитой, располагаются вулканические пояса. Например, в западной части Тихого океана или у берегов Перу и Чили.

Подминание происходит не всегда. Иногда столкновение плит вызывает изменение рельефа. На границе взаимодействия вырастают горные системы: Альпийско-Гималайская, Анды, североамериканские Кордильеры, Уральские горы.

Космическая техника непосредственно участвует в измерении движений литосферных плит. Разработан метод замера путем приёма чувствительными радиоантеннами на отдельных плитах-материках сигналов, испускаемых квазарами. Съёмки и наблюдения российских орбитальных станций подтверждают наличие на поверхности Земли гигантских развивающихся разломов – будущих океанов.

На одно из таких мест претендует «славное море, священный Байкал» – уникальный водоём Земли. Байкал появился, по геологическим понятиям, сравнительно недавно – примерно 30 миллионов лет назад. В районе будущего озера началось движение потоков из верхней мантии к поверхности Земли. Затем здесь образовался разлом – и огромный участок суши опустился на глубину нескольких километров. В 1862 году провалилось ещё 200 квадратных километров берега, а во время землетрясения 1959 года в районе острова Ольхон дно опустилось на 20 метров. Байкал и сегодня активный сейсмический район – об этом свидетельствуют землетрясения. Их около двух тысяч в год. По многим признакам Байкал – зарождающийся океан.

Не более пяти миллионов лет назад раскололся Африкано-Аравийский континент. На этом месте появилась «щель» Красного моря с тонкой океанической корой. Теперь Аравийский полуостров отодвигается от Африки со скоростью один сантиметр в год. Российские исследовательские суда и подводные управляемые аппараты исследовали этот интересный район Земли и подтвердили этот факт. Но упомянутые районы – не исключение. Возможно, станет океаническим разломом цепочка восточно-африканских озёр. А полуостров Калифорния обещает в будущем стать островом.

Не всё объясняет пока новая глобальная тектоника. Существует ряд проблем, которые ещё не решены с позиций тектоники литосферных плит. И всё-таки в активе этой теории немало находок и достижений.

Тектонические движения и внешние эрозийные процессы, действуя «рука об руку», изменяют земную поверхность. Тянь-Шань претерпел долгую историю. Его ранние горы сошли на нет под тёркой эрозии (воды, ледников, ветров, перемен температур). Потом в этих местах началось новое поднятие. О eгo равнинном периоде свидетельствуют «сырты» – ровные участки, поднявшиеся среди гор – прекрасные высокогорные пастбища.

Наоборот, Северное море опускается со скоростью один сантиметр за 300 лет, а между Африкой и Индией поднялся Аравийско-Индийский подводный хребет.

Но что же движет материки? Где заложены спусковые механизмы глобальных процессов? Ответы на эти вопросы – не тема этой книги. Но всё же хотелось отметить, что эти ответы начали искать давно. Факты связывают преобразования земной коры с влиянием Вселенной. Подмечено, что циклы горообразования повторяются каждые 150—200 миллионов лет, а этот интервал времени близок к периоду оборота Земли вместе с Солнцем вокруг ядра Галактики. Любое изменение движения нашей планеты способно вызвать деформацию земной коры.

Н. Е. Жуковский выполнял свои исследования и расчёты задолгo до начала практической космонавтики. Eгo назвали «отцом русской авиации», но в то же время eгo можно считать основоположником и ряда космических дисциплин. Задолго до появления первых космических танкеров он рассчитал особенности их движения в безопорном пространстве. Ему принадлежат выводы о финальных движениях закрученных космических аппаратов. Эти выводы подходят и для планет.