Чтение онлайн

Из этого следует два логичных, хотя и обескураживающих, вывода. Вывод первый: магнитное поле Земли очень вариабельно, оно разворачивается на 180° в среднем каждые полмиллиона лет, и происходило так по крайней мере последние 150 млн лет. Причины этого непостоянства теперь более или менее понятны. Наша планета представляет собой гигантский электромагнит; ее магнитное поле обусловлено вихревыми электрическими токами в конвектирующей, жидкой наружной области ядра. Эти потоки направляются тепловой энергией; плотная раскаленная жидкость внутренней области ядра расширяется и поднимается за ее пределы, а ее замещает более прохладная и тяжелая жидкость, которая поступает сверху. Используя сложное компьютерное моделирование, геофизики показали, что вращение Земли вокруг собственной оси сообщает процессу конвекции сложные, хаотические искажения – движения, в результате которых магнитное поле меняется приблизительно каждые полмиллиона лет. Вращение Земли также вынуждает магнитные полюса постоянно выравниваться относительно оси вращения, но во время нестабильности ядра магнитное поле может значительно колебаться и искажаться примерно в пределах столетия.

Второй вывод заключается в том, что срединные океанские хребты образуют новые базальтовые слои коры – более 3 см в год. Старый базальт раздвигается в стороны, в восточном и западном направлениях от хребта, а их место занимает новая лава. Таким образом, системы горных хребтов на дне океанов представляют собой гигантские «ленты транспортера» движущиеся в противоположных направлениях, которые надстраивают молодое океанское дно. Новое поколение базальта в Срединно-Атлантическом хребте расширяет Атлантический океан, примерно на 5 см ежегодно, в среднем дно океана прирастает на 1,5 км за 30 тыс. лет. Если вернуться на 150 млн лет назад, то выяснится, что Атлантического океана тогда не существовало. В то время Америка, Европа и Африка были единым материком, как и предполагал Альфред Вегенер.

Одна из самых известных публикаций об этом поразительном открытии появилась в 1961 г., в «Вестнике Геологического общества Америки». Британский геофизик Рональд Мейсон и американский специалист по электронике Артур Рафф из Научно-исследовательского института океанографии Скриппса в Калифорнии в результате почти десятилетнего сотрудничества подготовили исчерпывающий обзор магнитных съемок океанского дна у Северо-Западного побережья США. Главным пунктом их публикации была подробная магнитная карта плиты Хуан де Фука, обширного тектонического плато на дне Тихого океана поблизости от берегов Орегона, Вашингтона и Британской Колумбии.

Полностью черно-белая карта Мейсона и Раффа – белые и черные зоны обозначают соответственно породы, намагниченные прямо или обратно, – показывает десятки полос, направленных примерно с севера на юг. Большие блоки океанической коры отличаются единообразием, каждый в сотни километров шириной, с симметричным расположением полос относительно центрального рифта. Однако соседние блоки смещены друг относительно друга по трансформным разломам, словно произведение кубизма. Анализ смещения вдоль одного из таких разломов, называемого Зоной разрывных нарушений Мендосино, обнаруживает заметный боковой сдвиг – около 1100 км. Чтобы так разорвать земную кору, требовались мощные внутренние силы. Обнаружив аналогичные явления у подводных хребтов по всей планете, геологи, геофизики и океанографы начали обрабатывать результаты объединенными усилиями. Сопоставление данных топографии океанского дна, сейсмологии, магнитных аномалий и датирования горных пород позволило сделать общие выводы. По всей планете земная кора создается на дне океана в области хребтов, которые представляют собой динамичные зоны вулканической активности. Темпы расширения морского дна фиксируются через устойчивые симметричные структуры магнитных полос и возраст базальта.

Поток научных публикаций подействовал на общие представления геологии, и к середине 1960-х гг. былая ересь превратилась во всеобщее убеждение: материки движутся. Атлантический океан с каждым годом расширяется вот уже более 100 млн лет.

В начале глобальной тектонической революции одно открытие совершалось за другим, сменялись парадигмы и возникали новые, появлялись вопросы, на которые не было ответа. Один такой безответный вопрос выделялся из всех: каким образом каждые 30 тыс. лет в срединных хребтах Атлантики, Тихого и Индийского океанов образуется полоса длиной более 45 тыс. км? Как эта новая кора вписывается в общее дно? Разве что Земля расширяется – а именно так в 1950–1960-е гг. считала небольшая, но влиятельная группа ученых, включая Брюса Хейзена, – ведь должна же куда-то деваться старая кора.

Ответ нашли сейсмологи. Во времена холодной войны 1960-х гг. все внимание сейсмологии сосредоточилось на ядерном оружии (туда же направлялись огромные деньги). После Карибского кризиса Соединенные Штаты и Советский Союз заключили договор об ограничении ядерных испытаний, согласно которому такие испытания можно было проводить только под землей. Контроль за соблюдением договора осуществлялся посредством непрерывного сейсмического мониторинга, в котором были задействованы многочисленные (и весьма дорогостоящие) чувствительные к вибрации приборы, размещенные в разных точках планеты. В результате образовалась целая сеть из 120 сейсмологических станций, Всемирная стандартная сейсмографическая сеть (WWSSN), управляемая центральной вычислительной системой в Голдене, штат Колорадо, где сосредоточилось одно из управлений Геологической службы США. Впервые появилась возможность отслеживать точное место, глубину, магнитуду и распространение слабых землетрясений (и мощных взрывов) по всей планете.

Для исследования строения Земли это было бесценно. С помощью новейших технологий геофизики могли фиксировать тысячи дотоле не выявляемых колебаний Земли и таким образом документировать не распознаваемые прежде признаки землетрясений по всей планете. Ученые обнаружили, что почти все внезапные движения земной коры происходят вдоль узких границ сейсмической активности – в местах, подобных срединно-океанским горным хребтам. Другие землетрясения случаются поблизости от вулканов вдоль континентальных окраин – например, знаменитое «Огненное кольцо» Тихого океана. Сейсмоопасные зоны Тихоокеанского региона, такие как Филиппины, Япония, Аляска, Чили и другие, образуют единую систему.

Давно известно, что сравнительно неглубокие очаги землетрясений (на глубине нескольких километров) зарождаются неподалеку от береговых линий, рядом с глубоководными впадинами океанского дна, тогда как все более и более глубокие очаги, залегающие иногда на глубине более сотен километров, располагаются все дальше и дальше от берега, в глубину континента. Самые глубокие очаги землетрясений обычно появляются между активными вулканами вроде горы Св. Елены и горы Рейнир в штате Вашингтон, т. е. вулканами, расположенными вдали от побережья.

В конце 1960-х гг. новые данные, полученные с помощью Сети WWSSN, позволили уточнить характер связи между глубоководными океаническими впадинами, землетрясениями и вулканами. Характерный рисунок увеличения глубины землетрясений по мере удаления от океана вглубь суши выявил существование громадных плит океанической коры, погружающихся в мантию под континентами в так называемой зоне субдукции. Старая базальтовая кора, более холодная, а потому и более плотная, чем раскаленная мантия, буквально поглощается Землей. Погружающийся базальт цепляет прилегающие участки земной коры, загибая их вниз, в результате чего образуются глубоководные океанские впадины. При образовании каждого квадратного километра новой коры в срединно-океаническом хребте точно такое же количество старой коры исчезает в зоне субдукции, сохраняя баланс.

Словно пелена спала с глаз, и новая наука о тектонике плит оказалась в центре внимания ученых. Срединно-океанические хребты и зоны субдукции определяют границы примерно дюжины движущихся плит, каждая из которых холодна (по сравнению с нижележащей мантией), хрупка (а потому подвержена растрескиванию при землетрясениях), имеет мощность всего несколько десятков километров, зато протяженность – тысячи километров. Эти жесткие плиты просто скользят по поверхности более горячих и мягких пород мантии. Тихоокеанское огненное кольцо оконтуривает одну такую плиту, Антарктида и окружающие ее моря – другую. Североамериканская и Южноамериканская плиты, простираются на запад от Срединно-Атлантического хребта до Тихоокеанского побережья Америки, в то время как Евроазиатская плита тянется на восток от Срединно-Атлантического хребта до Тихоокеанского побережья Восточной Азии. Африканская плита простирается от Срединно-Атлантического хребта на западе до середины Индийского океана на востоке, проявляя поразительные тектонические свойства: Африканский материк начинает распадаться по образцу формирования рифтовой долины, и линия распада обозначается цепью озер и действующих вулканов, а также высокогорьем, откуда бывают родом бегуны-рекордсмены. Когда-нибудь Африканская плита расколется пополам, а посредине образуется новый океан.

Срединно-океанические хребты порождают новый материал плит, а зоны субдукции поглощают старый, но эта модель осложняется сферической геометрией Эвклида: Земля – шар. Геометрия образования и субдукции тектонических плит в шаре предполагает, что соприкосновение одних плит с другими происходит по зубчатым линиям трансформных разломов – отсюда и сдвинутые границы полос на знаменитой магнитной карте Мейсона – Раффа, отражающей картину хребта Хуан де Фука. Беспокойный разлом Сан-Андреас, причина многих памятных калифорнийских землетрясений, представляет собой еще один такой шов. По мере того, как мощная Северо-Американская плита движется в юго-восточном направлении относительно другой массивной Тихоокеанской плиты, с каждым днем усиливается напряжение вдоль разлома, что приближает жителей Лос-Анджелеса и Сан-Франциско к очередной «большой встряске».