Взламывая планету Земля - Том Джексон

Горячая точка

В 1963 году появилась теория о том, как формируются островные цепи, подобные Гавайским. Это станет неоспоримой иллюстрацией спрединга морского дна.

Из космоса видно, как Гавайские острова прокладывают себе путь через океан.

Все, кто бывал на острове Гавайи, также называемом Большим островом, знают о его вулканическом происхождении. В большинстве вулканических областей вулканы формируют цепочку вдоль границы литосферной плиты. Однако это не про Гавайи. На других островах штата активных вулканов практически нет. Джон Тузо Вильсон развил идею горячей точки, предположив, что гавайские острова сформировались один за другим по мере того, как Тихоокеанская плита двигалась над восходящим потоком горячей магмы, пробивающейся сквозь кору. Эта горячая точка питала вулканы на поверхности, участвуя в создании острова. Морское дно, расширяясь, отодвигало остров все дальше от горячей точки, но восходящий магматический поток оставался на месте, в мантии. Поочередно над горячей точкой образовались новые острова и снова отдалились от нее, только вновь образованный остров до сих пор связан с магмой. Вопрос, как магма собирается в одной части мантии, чтобы создать плюм (или мантийный поток), до сих пор остается открытым.

Образование Земли

Что могут науки о Земле рассказать нам об образовании планеты? Лучшим объяснением остается теория 1969 года.

Планеты образовались из солнечной туманности, имеющей форму диска.

Мысль о том, что Земля и другие планеты Солнечной системы преобразовались неким образом из туманности – газопылевого облака – не нова. В 1969 году российский астроном Виктор Сафронов опубликовал свою теорию формирования планетарного диска – Солнечной небулярной модели, в которой точно описал весь процесс.

Космический телескоп «Кеплер» работал с 2009 по 2018 год, сканируя небо в поисках планет, вращающихся вокруг других звезд. Чему мы можем научиться у этих далеких планет?

Согласно теории, сначала из сжимающегося газового шарика сформировалось Солнце. В процессе его формирования из остатков (газопылевого) материала сформировался протопланетный диск. Более тяжелые составляющие, такие как частицы силикатов и металлов, вращались ближе к молодой звезде, в то время как легкие кристаллики льда находились дальше, где было достаточно холодно, чтобы они оставались в замерзшем состоянии. Постепенно разные материалы, сталкиваясь друг с другом, объединялись в более крупные объекты, которые называются планетезималями. По мере превращения в планеты планетезимали поглотили еще больше материала за счет силы притяжения.

Земля образовалась из тяжелых минералов и металлов, сконцентрированных вокруг Солнца. В течение миллионов лет периодические удары метеоритов разогрели земной шар до почти полностью расплавленного состояния. На этом этапе более плотные компоненты сдвинулись к центру молодой планеты, образовав металлическое ядро, более легкие силикаты образовали мантию и в конце концов поверхность планеты достаточно охладилась, образовав твердую земную кору.

Национальное управление океанических и атмосферных исследований

Ведущая организация США в области наук о Земле была основана в 1970 году, но на самом деле у нее более долгая и солидная история.

Историю Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) можно проследить с 1807 года, когда Конгресс потребовал тщательно изучить побережье новой страны. Береговая служба США была первым правительственным научным агентством в истории страны. К 1917 году организацию переименовали в Береговую и геодезическую службу США и ее сотрудниками стали младшие офицеры, а само ведомство приравнивалось к военным, наравне с армией, флотом и другими. Это было сделано, чтобы обеспечить защиту геодезистам, которые могли быть захвачены вражескими силами. Их можно было легко идентифицировать по форме и трудно принять за шпионов. В течение XX века добавилось много других агентств и служб, например, в 1965 году к Береговой и геодезической службе США присоединилось Метеобюро. А затем в 1970 году президент Ричард Никсон превратил всю эту сборную солянку агентств в Национальное управление океанических и атмосферных исследований, в надежде, что оно обеспечит «лучшую защиту жизни и имущества от стихийных бедствий… лучшее понимание окружающей нас среды… и рациональное использование наших морских ресурсов». Помимо исследования океанов и атмосферы Земли, новому агентству поручили присматривать за рыбным промыслом и морскими заповедниками, бороться с засухой и управлять спутниковым парком.

Сверхглубокие буровые скважины

Теория тектоники плит и многие другие теории физической геологии основываются на том, что мантия представляет собой вязкую смесь из горячих каменных хлопьев. Но это всего лишь догадка. Никто никогда не брал образцов материала мантии. Пришло время забуриться поглубже.

В 1961 году проект изучения недр Земли шел параллельно и не так интенсивно, как проект космической гонки. США запустили проект «Мохол», само название говорит, что это была попытка достичь поверхности Мохоровичича глубоководным бурением. Поверхность Мохоровичича находится на глубине 65 км под континентами, в то время как на определенных участках морского дна, толщина океанической коры составляет всего лишь 6 км, а то и еще меньше. Однако пробурить километры коры с плавучей платформы, дрейфующей довольно высоко над поверхностью морского дна, оказалось сложнее, чем отправиться в космос. Проект «Мохол» проходил на глубине океана 3,5 км, в результате бурения удалось собрать образцы океанической коры на глубине 183 м. Образцы, взятые глубже, чем когда-либо раньше, представляли большой интерес для геологов, но до поверхности Мохоровичича все еще было очень далеко.

Кольская сверхглубокая скважина

В 1970 году Советский союз попытался обойти США в битве за мантию. Они выбрали другой подход – решили сверлить на суше, создав Кольскую сверхглубокую скважину в северо-западной части России. Бурение продолжалось до 1992 года, а в 1995 году проект официально закрыли. Так как же все происходило?

На выбранном месте было пробурено несколько скважин радиусом всего 23 см каждая. К 1989 году глубина одной из скважин составила 12 262 м. Команда продолжала энергично работать с целью достичь проектной глубины в 15 000 м к 1993 году. Однако высокая температура в 180 °C на глубине, достигнутой к 1989 году, сделала невозможным дальнейшее бурение. Кольская скважина по-прежнему остается самой глубокой на Земле, хотя она все также далека от поверхности Мохоровичича. (Скважины нефтяных месторождений имеют большую длину, но они идут не вертикально вниз, а под углом. Рекордная глубина скважины на сибирском побережье составляет 12 345 м.)