И все-таки они движутся!

Во Вторую мировую войну геолог из Принстонского университета Гарри Хесс был направлен на военно-транспортный корабль США «Кейп Джонсон». На борту был новый сложный эхолот, предназначенный для облегчения прибрежного маневрирования при десантных операциях. Но Хесс не выключал его никогда, даже в открытом море и в пылу сражения. Он стал использовать аппарат в научных целях и скоро получил впечатляющий результат, обнаружив совершенно неожиданную вещь. Если ложе океана, как все полагали, очень древнее, то оно должно быть покрыто толстым слоем осадочных пород, как дно рек и озер илом. Однако измерения показали, что ложе океана — это что угодно, только не сглаженная мягкая поверхность из древних илистых отложений. Оно всюду изрезано глубокими ущельями, впадинами и трещинами, усеяно подводными вулканическими плоскими горами с крутыми округлыми склонами (которые Хесс назвал гайотами по имени работавшего ранее в Принстоне геолога Арнольда Гайота). Все это было загадочным. Но шла война, и ученый отложил обдумывание на потом.

После войны Хесс вернулся к преподаванию в Принстоне, однако тайны океанского ложа продолжали занимать его мысли. Тем временем на протяжении 1950-х годов океанографы проводили все более и более сложные обследования океанского дна. Среди прочего было установлено, что самый мощный и протяженный горный хребет на Земле находится большей частью под водой! Он тянется сплошными полосами по морским ложам всего мира, подобно узору линий на теннисном мяче. Если начать с Исландии и двигаться к югу, то можно дойти до середины Атлантического океана, обогнуть с юга Африку, пересечь Индийский и Южный океаны и чуть южнее Австралии под углом войти в Тихий океан, пересечь его в направлении Калифорнии, повернуть затем налево и вдоль западного побережья Соединенных Штатов добраться до Аляски. Кое-где его наиболее высокие пики возвышаются над водой в виде островов или архипелагов, например Азорских и Канарских островов в Атлантическом океане или Гавайских в Тихом, но в большинстве случаев они невидимы и спрятаны под тысячами метров воды. Если сложить вместе все его отроги, система в целом протянется на 75 тыс. километров.

Самая высокая гора на Земле вовсе не Эверест. Если измерять высоту от земной коры до вершины, то вулкан Мауна-Кеа на Гавайях окажется выше — более 10 км. Однако только 4245 м из всего его роста находятся над поверхностью океана.

Кое-что об этом уже было известно раньше. Те, кто в XIX веке прокладывал по дну Атлантического океана кабели, судя по их поведению, знали о существовании там горных образований. Однако наличие хребта, сплошного от начала до конца, явилось сногсшибательной неожиданностью. Более того, в нем обнаружили физические аномалии, которые невозможно было объяснить. Посередине атлантической части хребта расположился рифт — разлом земной коры — шириной до 20 км и длиной 19 тыс. км! Создавалось впечатление, что Земля напоминает скорлупу грецкого ореха и намеревается лопнуть по швам. Это была нелепая, тревожная картина, но так говорили факты, а факты, как известно, не переспоришь.

Затем в 1960 году изучение кернов показало, что ложе океана у хребта в середине Атлантики довольно молодое, а к востоку и западу от него постепенно становится более старым. Гарри Хесс понял, что это может означать лишь одно: по обе стороны срединного разлома образуется новая океаническая кора, и, по мере появления свежей коры, она расталкивается в стороны. Ложе Атлантики фактически представляет собой две конвейерные ленты — одна несет кору в сторону Северной Америки, другая — в сторону Европы. Процесс этот стали называть спредингом морского дна. Когда кора достигала конца пути на границе с материками, она снова погружалась в глубины Земли. Это явление — подход одной тектонической плиты под другую — называется субдукцией.

Субдукция ответила на вопрос о том, куда деваются осадочные породы: возвращаются в недра планеты. Она также объясняла, почему ложе океана всюду сравнительно молодо: нигде не находили пород старше 175 млн лет, что было загадкой, потому что породы, составляющие материки, часто насчитывали миллиарды лет. Теперь Хесс смог понять, почему океанические породы существовали ровно столько, сколько им требовалось, чтобы достичь берега. Это была великолепная теория, объясняющая множество вещей. Однако научное сообщество просто проигнорировало выводы Гарри Хесса. В науке тоже бывают предубеждения.

Между тем, еще в 1906 году французский физик Бернар Брюн обнаружил, что магнитное поле планеты время от времени меняет полярность и что свидетельства таких переполюсовок навсегда фиксируются в определенных горных породах в момент их зарождения. Крошечные вкрапления железной руды в породах указывают туда, где находились магнитные полюса во время их формирования, и потом неизменно указывают это направление после остывания и затвердевания пород. По сути, они «запоминают», где во время их образования находились магнитные полюса. Многие годы это было просто диковинкой, но в 1950 году Патрик Блэкетт из Лондонского университета и Стэнли Кейт Ранкорн из Нью-касльского университета, изучая магнитные структуры древних британских горных пород, были поражены, обнаружив следы того, что в отдаленном прошлом Британия, словно сорвавшись с якоря, повернулась вокруг собственной оси и продвинулась на некоторое расстояние к северу. Более того, оказалось, что если положить рядом карты магнитных структур Европы и Америки, относящиеся к одному периоду, они совпадают, как две половинки разорванного листа бумаги. Что-то сверхъестественное! Но на их открытия научный мир тоже не обратил внимания.

Связать все нити вместе удалось двоим ученым из Кембриджского университета: геофизику Драммонду Мэтьюсу и его аспиранту Фреду Вайну. В 1963 году, пользуясь результатами магнитных обследований ложа Атлантического океана, они убедительно показали, что спрединг морского дна происходит в точности так, как предполагал Хесс, и что материки также находятся в движении. Одновременно к такому же заключению пришел один канадский геолог. Лоренс Морли, так его звали, не мог найти никого, кто бы издал его работу. Редактор «Журнала геофизических исследований» ответил ему так: «Подобные домыслы могут служить предметом забавных разговоров за коктейлями, но вряд ли годятся для публикации на страницах серьезного научного издания». Позднее об этом же тексте было сказано следующее: «Возможно, это самая значительная работа в области наук о Земле, которой когда-либо было отказано в опубликовании».

Как бы то ни было, время для идеи подвижной земной коры наконец пришло. Ученые признали как факт, что Земля представляет собою мозаику из взаимосвязанных сегментов, многообразные величественные столкновения между которыми определяют по большей части динамику поверхности планеты. Термин «дрейф материков» был довольно скоро отвергнут: ведь в движении находится вся земная кора, а не только материки. Сами движущиеся части сначала называли «блоками коры», а иногда «каменной отмосткой» (paving stones). Но с конца 1960-х годов установилось то название, под которым они с тех пор известны, — плиты. Образовалась и новая наука, новая геологическая дисциплина — тектоника плит.

Старые идеи умирают с трудом, и не все поспешили принять новую захватывающую воображение теорию. В самом популярном и влиятельном учебнике геологии «Земля» почтенного Харолда Джеффриса еще в 1970-е годы, как и в первом издании 1924 года, настойчиво утверждалось, что движения плит физически невозможны. В нем в равной мере отвергались конвекция и спрединг морского дна. В опубликованной в 1980 году книге «Бассейн и горная система» Джон Макфи отмечал, что даже в это время каждый восьмой американский геолог не верил в тектонику плит. Но сегодня мы знаем, что поверхность Земли состоит из 8—12 крупных плит (в зависимости от того, что называть крупным) и около 20 плит поменьше и что все они движутся в разных направлениях с разной скоростью. Некоторые плиты велики и сравнительно инертны, другие невелики и активны. Что интересно, плиты лишь отдаленно соотносятся с покоящимися на них массивами суши. Североамериканская плита, например, намного больше материка, с которым она связана. Она приблизительно соответствует очертаниям западного побережья материка (поэтому данный район из-за столкновений на краю плиты сейсмически активен), но совсем не совпадает с восточным побережьем, выдаваясь вперед на половину Атлантики, вплоть до срединноокеанического хребта. Исландия расколота посередине и тектонически принадлежит наполовину к Америке, наполовину к Европе. А Новая Зеландия является частью огромной плиты под Индийским океаном, хотя вовсе им не омывается. И так с большинством других плит. Связи нынешних и прошлых массивов суши оказались неизмеримо сложнее, чем кто-либо мог себе представить. Оказывается, Казахстан был когда-то связан с Норвегией и Новой Англией. Один угол острова Статен (но только угол) относится к Европейской плите, хотя сам остров расположен у берегов Северной Америки. То же самое с частью Ньюфаундленда. Поднимите камень на побережье Массачусетса — сейчас же его ближайший родственник обнаружится в Африке. Горная Шотландия и значительная часть Скандинавии в основном относятся к Америке. Считается, что горный хребет Шеклтона в Антарктике, возможно, когда-то был частью Аппалачских гор на востоке США. Словом, горы гуляют. Непрерывное беспорядочное движение плит не дает им слиться в одну неподвижную плиту.

Если исходить из продолжения нынешнего развития, Атлантический океан будет расширяться, пока наконец не станет намного больше Тихого. Значительная часть Калифорнии отплывет прочь и станет чем-то вроде тихоокеанского Мадагаскара. Африка двинется к северу на Европу, полностью выдавит Средиземное море и нагромоздит горы гималайского масштаба, которые протянутся от Парижа до Калькутты. Австралия прихватит лежащие к северу острова и соединится пуповиной с Азией. Это будущие результаты, но не явления. Явления имеют место и теперь. Мы сидим на своих местах, а материки в это время плавают, как листья в пруду. Благодаря глобальным системам позиционирования мы можем видеть, что Европа и Северная Америка расходятся примерно со скоростью около 2 м за человеческую жизнь. Лишь краткость нашего существования в этом мире лишает нас возможности оценить изменения. Посмотрите на глобус: то, что вы видите, это, по существу, моментальный снимок континентов, какими они были на протяжении всего лишь 0,1 % истории Земли.

Восточно-Африканская рифтовая долина на Земле шириной до 100 км и глубиной до 2 км протянулась на 6000 км от Северной Эфиопии до Мозамбика. Согласно прогнозам, через несколько миллионов лет здесь будет море, которое отделит восточную Африку от остальной части материка.

Земля — единственная из твердых каменистых планет, где существует тектоника, но почему — это до некоторой степени загадка. Дело не в размерах или плотности: в этом отношении Венера является почти двойником Земли, но тектонической активности на ней не наблюдается. Возможно, у нас просто есть нужные вещества в нужных количествах, чтобы Земля продолжала «пузыриться». Говорят, хотя это не только предположение, что тектоника играет важную роль в процветании органической системы планеты. Проблемы, создаваемые тектоникой, например изменения климата, возможно, служат важным стимулом развития интеллекта. Говорят также, что дрейф материков мог стать причиной, по крайней мере, некоторых случаев вымирания обитавших на Земле видов.

В ноябре 2002 года Тони Диксон из Кембриджского университета высказал и обосновал мысль, что между историей горных пород и историей жизни вполне может существовать связь. Он установил, что за последние полмиллиарда лет химический состав Мирового океана испытывал неожиданные и резкие изменения и что эти изменения часто соотносятся с важными событиями в биологической истории: бурной вспышкой роста крошечных живых существ, оставивших после себя меловые скалы на южном побережье Британии, внезапной модой на раковины у морских организмов в кембрийский период и т. д. Никто не может сказать, что заставляет химию океанов время от времени так поразительно изменяться, но возможно, виной тому служит раскрытие и закрытие подводных горных хребтов.

Во всяком случае, тектоника плит дала объяснение не только поверхностной динамике Земли — например, как древний зверь Hipparion попал из Франции во Флориду, — но и многим внутрипланетным явлениям. Землетрясения, образование цепочек островов, углеродный цикл, расположение гор, наступление ледниковых периодов, происхождение самой жизни — вряд ли найдешь явление, к которому не имеет прямого отношения эта новая удивительная теория. У геологов голова пошла кругом, когда они обнаружили, что, как выразился один из них, «все на Земле вдруг обрело смысл».

Количество воды в ледниках земного шара в 7 раз превышает содержимое всех пресных водоемов и рек. Если бы все льды растаяли, уровень мирового океана повысился бы на 60 м. Это кардинально изменило бы карту мира — географическую и политическую.

Однако теория дрейфа континентов не может объяснить некоторых фактов. Скажем, расположение материков в прежние времена представляется далеко не таким ясным, как думает большинство людей, далеких от геофизики. Хотя в учебниках изображаются определенные на вид очертания массивов суши, называемых Лавразией, Гондваной, Родинией и Пангеей, они порой основываются на заключениях, которые признаются далеко не всеми. Древние виды растений и животных имеют неудобную привычку обнаруживаться там, где им не место, и не находиться там, где предписывает теория. Реконструкция очертаний Гондваны, когда-то громадного материка, объединявшего Австралию, Африку, Антарктиду и Южную Америку, в значительной мере обосновывалась распространением рода древнего языковидного папоротника Glossopteris, который находили во всех нужных местах. Однако значительно позже это растение также обнаружили в частях света, насколько известно, не имевших связи с Гондваной. Это неудобное несоответствие в основном оставалось, и до сих пор остается без внимания. Подобным же образом следы листрозавра, рептилии триасового периода, были обнаружены на территории от Антарктики до Азии, подтверждая идею прежних связей между этими материками, но ее никогда не находили в Южной Америке или в Австралии, которые, как считают, в то время были частью того же материка. Имеется также множество деталей поверхности, которые не в состоянии объяснить тектоника. Возьмите город Денвер, столицу штата Колорадо, США. Он расположен на высоте в милю, но подъем этот произошел сравнительно недавно. Когда по Земле бродили динозавры, эта территория была частью дна океана и находилась на многие тысячи метров ниже. В то же время породы, на которых покоится Денвер, не разломаны и не деформированы, как если бы этот участок поднялся при столкновении плит. Да и в любом случае он находится слишком далеко от краев плит, чтобы попасть под их воздействие. Это все равно, как если бы вы толкали один край ковра, намереваясь создать складку на другом его конце. Похоже, что каким-то непостижимым образом Денвер миллионы лет поднимался, подобно хлебу в печи. Это же в значительной мере относится и к Южной Африке. Часть ее шириной в 1600 км за 100 млн лет поднялась на полтора километра без какой-либо известной тектонической активности. А Австралия тем временем наклонялась и тонула. Последние 100 млн лет она дрейфовала к северу в сторону Азии, причем передний край ушел под воду почти на 200 м. Похоже, что и Индонезия очень медленно тонет, увлекая за собой Австралию. Ни одна из тектонических теорий не может объяснить эти явления. Но если бы не подобные вопросы, каким образом могла бы развиваться наука?