Краткая история науки - Уильям Байнум

Не всех удалось убедить даже пятью толстыми томами.

Альфред Вегенер (1880–1930), немецкий геолог, в равной степени интересовался историей климата на Земле. В 1912 году он дал публичную лекцию, где изложил свою теорию о том, что континенты движутся, теорию континентального дрейфа. Лекция превратилась в книгу к 1915-му, и Вегенер потратил остаток жизни, отыскивая доказательства. Он умер за работой, возглавляя экспедицию в Гренландию, отправленную, чтобы собрать образцы, способные подтвердить гипотезу.

Радикальное предположение Вегенера состояло в том, что 200 миллионов лет назад существовал только один громадный континент Пангея, окруженный обширным океаном. Этот кусок суши в конечном счете разломился, и куски его буквально поплыли по морям, подобно тому как айсберг иногда разваливается на отдельные части, а они движутся в разные стороны. Но в отличие от айсбергов, которые могут таять и уменьшаться, обломки Пангеи превратились в новые континенты.

И на этом все не закончилось.

Вегенер полагал, что огромные куски земли до сих пор продолжают двигаться со скоростью около десяти метров в год. Эта оценка оказалась очень высокой, современные исследования показывают только несколько миллиметров в год, но за долгий период времени такое крохотное смещение накапливается и приводит к заметным результатам.

У Вегенера были последователи, особенно много в его родной Германии, но большинство геологов нашло идеи немца неправдоподобными, гипотезами из области фантастики. Затем в течение Второй мировой, подводные лодки начали серьезное изучение морского дна, и тогда были открыты громадные подводные структуры с горными хребтами и долинами, угасшими и действующими вулканами.

Гарри Хесс (1906–69), геолог, работавший в ВМФ США, отследил подводные горы и долины и соединил их с ландшафтом земной поверхности. Он также определил линии разломов, те регионы на Земле, где чаще всего происходят землетрясения и извержения вулканов, как под водой, так и на поверхности. Хесс открыл, что поверхность Земли непрерывна, над океаном ли находятся ее части или кроются под его волнами.

Континенты вовсе не плыли, как предполагал Вегенер.

Но как тогда они двигались?

К Хессу в его исследованиях присоединились физики, метеорологи (ученые, занимающиеся погодой), океанографы (кто изучает моря), сейсмологи (их область – землетрясения) и простые геологи. Все вместе они попытались написать историю Земли, применяя инструменты разных наук. Это оказалось не так легко, проникнуть в недра планеты нельзя, там очень быстро становится исключительно жарко. Поэтому большая часть того, что мы знаем о внутренностях нашего родного мира, получено косвенными методами.

Наука часто вынуждена искать обходные пути.

Вулканы, извергающие лаву, долгое время рассматривались как части процесса избавления Земли от излишнего тепла, накопившегося в глубинах; и в некотором смысле так оно и есть. Но это не вся картина целиком, открытие радиоактивных элементов вроде урана, выделяющих тепло в процессе распада, добавило другой его естественный источник. Но радиоактивность – непрерывный источник производства тепла, и это значит, что старая идея о том, что Земля некогда была раскаленным шаром и постепенно остывает, выглядит слишком простой.

По меньшей мере, она была простой для геолога по имени Артур Холмс (1890–1965). Он говорил, что Земля избавляется от большей части постоянно генерируемого в недрах тепла с помощью процесса переноса тепла, конвекции. Важнейшим в гипотезе Холмса оказалось предположение, что это происходит не в верхнем слое, коре – на которой мы живем, – а глубже, ближе к центру планеты. Тот слой именуется мантией, и Холмс полагал, что расплавленные горные породы там постепенно поднимаются, точно так же как горячая вода в ванне. По мере того как они уходят из зоны нагрева, они начинают остывать, после чего опускаются, их место занимают другие, и так без конца.

Именно эти расплавленные породы появляются на поверхности, когда происходит извержение. Но большая их часть никогда этого не делает, оставаясь в недрах, в вечном танце охлаждения и нагревания, формируя механизм, способный двигать континенты, миллиметр за миллиметром.

По мере изучения глубин океанов и земли новые идеи о том, что происходило в прошлом, постепенно добавлялись к гипотезе глубокого времени. Технология радиоуглеродного анализа, появившаяся в ядерной физике (глава 31), позволила ученым датировать горные породы, сравнивая пропорцию содержащегося в конкретном образце радиоактивного элемента и продуктов его распада (уран и свинец, например). Появилась возможность определять возраст того или иного минерала, поскольку после момента его формирования внутренняя структура не могла изменяться.

Знание о том, насколько стары отдельные слои, помогло более точно определить возраст Земли. Были найдены горные породы, сформировавшиеся более четырех миллиардов лет назад. Причем образцы их всегда обнаруживались на суше и никогда на дне океана, которое вообще выглядело моложе. Океаны существовали куда меньше, чем континенты, фактически они время от времени исчезали и возникали снова.

Само собой, это происходило за очень долгие периоды времени, так что не нужно беспокоиться о следующем отпуске на пляже. Но с другой стороны, порожденный человечеством парниковый эффект может растопить полярные шапки и привести к тому, что уровень моря в ближайшее время опасно поднимется[11].

Горные породы не только агрегировали радиоактивные элементы в момент формирования, они также сохраняли магнитную ориентацию включенного в них железа или другого чувствительного к магнетизму материала. Подобно радиоактивности магнетизм помог ученым-геологам определять возраст отдельных горных пород.

Магнитное поле Земле с течением времени не оставалось тем же самым, северный и южный полюса несколько раз менялись местами, и ориентация север-юг, выгравированная в камне, дает возможность понять, в какую эпоху возник этот камень. Компасы указывают на север в наше время и будут указывать во времена наших потомков, но дело не всегда так обстояло, и не всегда будет обстоять в будущем.

Магнетизм, конвекция, ландшафты на дне моря и радиоуглеродный анализ позволили многое узнать о том, какие условия раньше царили на Земле. Взятые в комплексе эти вещи позволили убедить ученых, что Вегенер был почти прав, прав потому, что континенты и в самом деле движутся, и наблюдения со спутников позволили измерить их дрейф, «Почти» потому, что они вовсе не плывут по воде, как думал немецкий геолог.

Джон Вилсон (1908–1993) и его коллеги развили смелые идеи Вегенера, предположив, что верхняя часть земной мантии состоит из набора колоссальных плит. Плиты эти подходят друг другу как части головоломки, они покрывают всю планету целиком, сушу и море. Но не везде они состыковываются плотно, и стыки находятся там, где обнаружены линии разломов.

Теория того, как плиты ведут себя, когда одна из них надвигается на другую или они трутся друг о друга, получила название «тектоника плит». Подумайте о высочайшем пике на Земле. Эвересте в Гималаях, он столь высок по той причине, что Гималайские горы сформировались, когда две такие плиты столкнулись около семидесяти миллионов лет назад.