Сергей Романовский - Великие геологические открытия

• Название: Великие геологические открытия
• Автор: Сергей Романовский
• Издательство: Издательство ВСЕГЕИ
• Жанр: Публицистика
• Год: 1995

Автором в популярной форме описываются крупнейшие завоевания геологической мысли: попытки естествоиспытателей познать геологическую историю нашей планеты, сопоставить между собой события, происходившие многие миллионы лет тому назад в разных районах земного шара; доказать, что океаническое дно и континентальная суша в геологическом отношении – «две большие разницы». Рассказано также, куда и почему перемещается океаническое дно, каким на основе данных геологии представляется будущее развитие Земли.

Книга будет полезна и любознательным школьникам, и серьезным студентам естественнонаучных факультетов университетов, и преподавателям, не утратившим вкус к чтению специальной литературы, да и дипломированным геологам, которым также не вредно познакомиться с историей своей науки.

---

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.