Текст книги "Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты"

Альфред Вегенер и дрейф континентов

Альфред Вегенер, немецкий метеоролог, климатолог и океанограф, родился 1 ноября 1880 г. Вегенер возродил идею о дрейфе континентов, который он называл «перемещением материков», и утверждал, что все континенты, по-видимому, когда-то были объединены, а потом разошлись и заняли свое нынешнее положение. Исследования Вегенера придали научный характер проверке этих идей; гипотеза, имевшая только костяк, получила детальное наполнение.

В 1905 г. Вегенер получил докторскую степень по астрономии, но он также глубоко интересовался метеорологией и изучением климатических зон. Ученый обратил внимание на то, что горы по обеим сторонам Атлантического океана расположены близко к краям континентов и, по-видимому, имеют сходное происхождение и типы горных пород. Вегенера вдохновляли ранние исследования и карты Александра Дю Тойта, южноафриканского геолога, и труды Ганса Кейделя, директора Геологической службы Аргентины. Вегенер изучил форму континентов и океана и пришел к выводу, что только перемещением материков можно объяснить наличие сходных цепей гор на противоположных сторонах океана. Теория Вегенера показала, почему континенты являются отражением друг друга в том, что касается геологического строения.

6 января 1912 г. Вегенер прочитал лекцию на общем собрании Геологического общества (Geologische Vereinigung) Франкфурта, представив свои первоначальные идеи относительно перемещения материков (позже названного дрейфом континентов) и некоторые предварительные доказательства, включая геофизические данные, информацию о характере оледенения пермского периода и полярных экспедициях. Большинство ученых отнеслись к идеям Вегенера скептически и отвергли их. Но в то время, когда Вегенер читал лекцию во Франкфурте, Скотт и его группа из британской арктической экспедиции приближались к Южному полюсу.

Во время Первой мировой войны Альфред Вегенер служил в германской армии, был дважды ранен и в конце концов отправлен в отставку, когда у него диагностировали сердечное заболевание[234]234
  Greene M. T. Alfred Wegener: Science, Exploration and the Theory of Continental Drift: Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2015. P. 327.


[Закрыть]. В 1914 г., находясь в военном госпитале после ранений, Вегенер начал работу над уточнением своей теории перемещения материков. Почему геологи считали эту теорию спорной? Несомненно, потому, что Вегенер был прежде всего метеорологом и неспециалистом в геологии. Поэтому он решил представить геологические доказательства в поддержку своей теории.

В первом варианте теории Вегенер преимущественно сосредоточился на геофизических доказательствах в пользу перемещения материков. Хотя в своих лекциях он кратко упоминал наличие ископаемых, но не говорил о конкретных видах[235]235
  Wegener A. Die Herausbildung der Grossformen der Erdrinde (Kontinente und Ozeane), auf geophysikalischer Grundlage // Petermanns Geographische Mitteilungen. 1912. V. 63. P. 185–195.


[Закрыть]. Вылечившись после ранений, Вегенер встретился со своим коллегой, Гансом Клоосом, немецким специалистом по структурной геологии, который ознакомил его с геологической литературой и взглядами геологов на мир. В 1915 г. Вегенер опубликовал свой труд «Происхождение континентов и океанов».

Однако геологи опять выступили с критикой теории дрейфа континентов, мотивируя это тем, что Вегенер не представил достаточно убедительных доказательств геологического характера в поддержку своих идей. Несмотря на то что Вегенер использовал в качестве основного источника геологические доказательства Дю Тойта в пользу дрейфа, основанные на сходстве рудных месторождений в Южной Африке и Южной Америке, геологическое сообщество в большинстве своем это не убедило. Теория дрейфа континентов в целом и Вегенер в частности подверглись жесточайшей критике. Особенно высмеивали Вегенера американские геологи[236]236
  Oreskes N. The Rejection of Continental Drift. N. Y.: Oxford University Press, 1999, 420 p.


[Закрыть]. «Настоящие» геологи считали его не только неспециалистом, но и вмешивающимся в чужие дела. Тот факт, что Вегенер был немцем, тоже мог сыграть свою роль во времена, когда были сильны антинемецкие настроения. Кроме того, работы Вегенера какое-то время не переводились на английский язык.

И все же самое большое значение имело то, что Вегенер не смог представить твердое научное объяснение механизма дрейфа континентов. Другие ученые начала XX в., выдвигавшие предположения о том, как могли бы двигаться континенты, оказались не более убедительны[237]237
  Oreskes, 2003. P. 7.


[Закрыть]. Одна из таких гипотез – гипотеза изостазии – рассматривала вертикальное движение континентальных блоков, которые поднимаются и опускаются, как, например, происходит, когда нижняя сторона ледникового щита тает под собственной тяжестью и земля, покрытая ледником, отвечает поднятием. Но если материки могут двигаться вертикально, возможно, они могут двигаться и горизонтально, как утверждал Вегенер, подобно айсбергам, плывущим в океанских водах.

Альфред Вегенер направил все усилия своего острого ума на сбор данных для доказательства собственной теории перемещения материков. Он использовал геофизические методы наряду со своими знаниями о метеорологии, чтобы попытаться найти доказательства движений континентов на протяжении геологического времени. Для этого Вегенер применял множество самых разнообразных технических приемов, в том числе и методы геодезии (использующие астрономические данные или – на современном этапе – данные спутников глобальной системы позиционирования, GPS) для определения точного положения на земной поверхности[238]238
  Геодезия – это наука, занимающаяся изучением и измерением точной геометрической формы Земли, ее ориентации в пространстве и гравитационного поля. National Oceanographic and Atmospheric Administration. https:// oceanservice. noaa. gov/ facts/ geodesy. html.


[Закрыть]. Вегенер воспользовался принципами геодезии для нанесения на карту движения плит, в частности в Гренландии.

Рис. 5.5. Альфред Вегенер (слева) и Расмус Виллумсен на станции Айсмитте. Это их последняя фотография: оба погибли примерно 16 ноября на обратном пути к побережью (Фриц Лёве, Иоганнес Георги, Эрнст Зорге, Альфред Лотар Вегенер, архив Института Альфреда Вегенера, 1930)

Альфред Вегенер был не только метеорологом и климатологом: он был исследователем в эпоху изучения и картографирования Арктики и Антарктики. Он побывал в нескольких экспедициях по Гренландии (рис. 5.5), где представлялось больше возможностей для исследования. Британские и австралийские путешественники в то время заявляли права на земли в Антарктиде, участвуя в гонке к Южному полюсу. Вегенер, исходя из своих расчетов положения магнитных полюсов Земли, координаты которых меняются со временем и позволяют проследить движения массивов суши, считал, что Гренландия движется в западном направлении. Кроме того, Вегенер отслеживал движение Гренландии, исходя из географического положения основанных им станций, координаты которых были определены на основе геодезических данных – результатов наблюдений за Луной и за прохождением различных звезд через меридиан. Сначала местонахождение станций фиксировалось с помощью хронометров, а потом, со временем, точность измерений все больше повышалась за счет использования телеграфа и радиосигналов[239]239
  Green, 2015. P. 545.


[Закрыть]. Одна из проблем заключалась в том, что местоположение станций, от которых Вегенер получал данные, было определено неточно, и иногда отклонение от их истинного положения составляло несколько километров. В Гренландии Вегенер и его коллеги-ученые также провели множество измерений мощности льда с помощью генерации сейсмических волн и их регистрации с применением сейсмометров.

Сегодня нам известно, что труды Вегенера содержали семена, которые разовьются в теорию тектоники плит. Но при жизни Вегенера его менее реальные идеи позволяли критикам придраться к ним. Например, одна из несостоятельных гипотез, которые поддерживал Вегенер, предполагала, что приливы вызываются притяжением Солнца, а Луна управляет движением континентов. Другая заключалась в том, что движение массивов суши вызвано центробежной силой в результате вращения Земли. В 1925 г. Американская ассоциация геологов-нефтяников зашла настолько далеко, что даже организовала симпозиум, посвященный критике работ Вегенера. К 1929 г. большинство других ученых отвергли вегенеровскую теорию дрейфа континентов и его идеи. Вегенера считали неспециалистом, концепции которого непроверяемы.

Вегенер трагически погиб в возрасте пятидесяти лет во время экспедиции в Гренландию в 1930 г., еще до того, как была подтверждена его теория дрейфа континентов. Целью экспедиции было изучение Гренландии и исследование ее ледникового покрова путем вычисления скорости его дрейфа. Потом путешественники нашли могилу Вегенера, обозначенную парой лыж во льду, и определили, что ученый – заядлый курильщик, – вероятно, умер от инфаркта во время поисков продовольствия для своих коллег-исследователей. Скорбящая жена Вегенера решила не переносить захоронение, устроенное подо льдом в его любимой Гренландии, но вместо лыж поставили крест, обозначающий место упокоения ученого.

Если бы Вегенер прожил дольше, вероятно, ему бы удалось доказать свою теорию с появлением новых данных. Но как бы то ни было, его теории, не говоря уже о доказательствах, будут пересмотрены лишь в 1960-х гг. Хотя Вегенер не получил признания со стороны своих коллег при жизни, его труд «Происхождение континентов и океанов» (4-е издание, опубликованное в 1929 г.) тем не менее продемонстрировал стойкую приверженность ученого широкому применению научного метода:

До сих пор еще не все исследователи в полной мере осознали тот факт, что для раскрытия тайны былого облика нашей планеты должны внести вклад все науки о Земле и что истина может быть установлена только путем объединения данных всех отраслей знания… Только путем синтеза всех наук о Земле мы можем отыскать «истину», т. е. восстановить ту картину, которая наилучшим образом представит нам совокупность известных фактов и поэтому сможет претендовать на наибольшую вероятность, но и тогда мы должны постоянно помнить, что каждое новое открытие, к какой бы отрасли науки оно ни принадлежало, может изменить сделанные нами выводы[240]240
  Цит. по: Вегенер А. Происхождение континентов и океанов / Пер. с нем. П. Г. Каминского, В. З. Махлина. Л.: Наука, 1984. С. 12, 13.


[Закрыть][241]241
  Wegener, 1966 [1915]. (Вегенер А. Происхождение континентов и океанов / Пер. с нем. П. Г. Каминского, В. З. Махлина. Л.: Наука, 1984. С. 12, 13.)


[Закрыть].

Вегенер, несомненно, был прав в одном: прогресс геологии неразрывно связан с учеными, специализирующимися в различных естественнонаучных дисциплинах. Теорию дрейфа континентов подтверждают пять групп доказательств: останки одних и тех же ископаемых позвоночных, обнаруженные на континентах, которые находятся далеко друг от друга; остатки древних древесных голосеменных растений, глоссоптерид, присутствующие на разных массивах суши; ледниковые борозды и характер распределения ледниковых щитов; горные породы и осадки сходных климатических зон, которые тянутся вдоль разных массивов суши; горные цепи по обе стороны Атлантического океана, которые служат зеркальным отражением друг друга.

Первый комплекс информации, доказывающей дрейф континентов, был получен при изучении видов крупных водоплавающих и сухопутных животных, которые появились в конце палеозоя – начале мезозоя. Некоторые из этих существ в процессе эволюции отделились от своих предков пресмыкающихся, заняли новые экологические ниши и стали выполнять новые функции. Среди представителей этих новых отделившихся ветвей были предки динозавров и млекопитающих. Ископаемые остатки листрозавров (Lystrosaurus), циногнатов (Cynognathus) и мезозавров (Mesosaurus) – обитателей суши и мелководья пресных водоемов – были найдены в Антарктиде, Южной Америке, Африке, Индии и Австралии и стали источником важнейших данных, подтверждающих теорию дрейфа континентов.

Вторая группа данных была получена в результате анализа распространения глоссоптерид, выявленных повсеместно на всех южных континентах. Ископаемые остатки трех видов позвоночных животных и одного вида растения были найдены в горных породах одного возраста на разных континентах, что подтверждало теорию континентального дрейфа.

Листрозавры – род растительноядных животных, который включает преимущественно обитателей суши и несколько водных видов, живших в конце пермского – начале триасового периода (рис. 5.6). Американский палеонтолог и специалист по сравнительной анатомии Эдвард Коуп (1840–1897) дал название этому роду животных в 1870 г.[242]242
  Brink A. S. On the genus Lystrosaurus Cope // Transactions of the Royal Society of South Africa. 1951. V. 33. № 1. P. 107–120.


[Закрыть]. Хотя листрозавры ходили по суше и не касались туловищем земли, они обладали расставленными в стороны конечностями, что характерно для настоящих рептилий, диапсид[243]243
  Williston S. W. The Osteology of the Reptiles (Society for the Study of Amphibians and Reptiles), W. K. Gregory, ed. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. 1925, 324 p.


[Закрыть]. Представители самых крупных видов листрозавров достигали в длину 2,5 м, но большинство были размером чуть меньше метра. Верхняя челюсть листрозавров отличалась наличием только длинных клыков, приспособленных для выкапывания корней, кроме того, животные обладали роговым клювом, предназначенным для срезания растительности. Геологи обнаружили ископаемые остатки листрозавров в Антарктиде, Индии, Южной Африке и несколько образцов в Китае.

Рис. 5.6. Вверху: скелет Lystrosaurus georgi (слегка модифицированный вид скелета, восстановленного Уотсоном; Williston, 1925); внизу: внешний вид листрозавра (рисунок-реконструкция Нобу Тамуры, 2016)

Циногнаты, названные так британским палеонтологом Гарри Сили в 1895 г., жили в конце пермского и в триасовом периоде[244]244
  Seeley H. G. Researches on the structure, organization, and classification of the fossil Reptilia, Part IX, Section 5, On the skeleton in the New Cynodontia from the Karroo Rocks // Philosophical Transactions of the Royal Society of London, B186, 1895. P. 59.


[Закрыть]. Это были древние хищные обитатели суши, приземистые, длиной примерно 1 м, обладавшие сильными челюстями для разрывания мяса (рис. 5.7)[245]245
  Ibid. P. 63.


[Закрыть]. Строение скелета конечностей циногнатов свидетельствует о том, что передние и задние конечности у этих животных были смещены под туловище. Палеонтологи нашли кости циногнатов в Антарктиде, Аргентине, Африке и Китае.

Рис. 5.7. Вверху: скелет циногната (Williston, 1925); внизу: внешний вид циногната (рисунок-реконструкция Нобу Тамуры, 2016)

Мезозавры, название которым дал французский палеонтолог и энтомолог Франсуа Луи Поль Жерве приблизительно в 1864 г., первоначально считались парарептилиями, и лишь потом были классифицированы как рептилии. Эти высокоспециализированные животные обитали в начале пермского периода в пресной воде, обладали мелкими, похожими на иглы, зубами и питались в основном мелкой рыбой и беспозвоночными. Мезозавры достигали примерно 1 м в длину и были похожи на гигантскую ящерицу (рис. 5.8): их хвост был приспособлен для плавания, а лапы, возможно, имели перепонки. В 2012 г. сообщалось о найденных в Бразилии и Уругвае ископаемых останках взрослых мезозавров с эмбрионами внутри. Эти находки свидетельствуют о том, что мезозавры могут быть первыми известными живородящими животными, которые, возможно, выкармливали своих детенышей[246]246
  Piñeiro G., Ferigolo J., Menechel M. and Laurin M. The oldest known amniotic embryos suggest viviparity in mesosaurs: Historical Biology. 2012. V. 24. № 6. P. 620–630.


[Закрыть].

Рис. 5.8. Вверху: скелет Mesosaurus tenuidens (Mesosaurus brasiliensis) (Карл Волкман, 2009); внизу: внешний вид мезозавра (рисунок-реконструкция Нобу Тамуры, 2007)

Ни один из представителей вышеперечисленных позвоночных – листрозавров, циногнатов или мезозавров – не смог бы пересечь открытый океан между континентами, если массивы суши находились так же далеко, как в наши дни. Более того, ископаемые находки распределяются по зонам, если континенты собрать воедино в суперконтинент.

В литературе, посвященной тектонике плит и дрейфу континентов, три вида позвоночных и глоссоптерисы часто представлены на иллюстрациях вместе. Первоначальный рисунок был не вполне точен, поскольку область распространения трех видов позвоночных изменилась, когда были найдены новые окаменелости. На уточненной стилизованной карте (см. цветную вклейку 5.3), выполненной на основе работы Колберта, опубликованной в 1973 г.[247]247
  Colbert E. H. Wandering Lands and Animals. N. Y.: Dutton, 1973, 323 p.


[Закрыть], показано зигзагообразное распределение различных ископаемых на Индостанском субконтиненте и крупных южных континентах – в Южной Африке, Австралии, Южной Америке и Антарктиде. Указанные виды позвоночных обитали в пермском и триасовом периоде, и, как показано, их зоны обитания не перекрывались. Тем не менее эти позвоночные и глоссоптерисы являются важнейшими элементами доказательств в пользу дрейфа континентов.

Третья группа данных, использовавшаяся в качестве аргумента в пользу дрейфа континентов, состояла из информации, полученной при изучении древних ледников. Закономерность, создаваемая распределением этих ледников, свидетельствовала в пользу теории, что массивы суши были слиты в единый суперконтинент Гондвана. Вегенер обратил внимание на ледниковую штриховку южных континентов Гондваны. Так, например, ледниковые борозды в Индии указывают на то, что ледниковые щиты двигались от современного побережья вглубь суши на север; штриховки в Южной Америке демонстрируют, что ледники перемещались на запад; борозды в горных породах Южной Африки обозначают движение ледников во всех направлениях; а в Австралии ледниковые борозды показывают, что ледниковые щиты двигались на восток. Если воссоздать единый суперконтинент, то ледниковые штриховки объединяются и образовывают логически связную структуру, в которой массивный ледниковый щит находится в центре участка, который представлял собой современную Антарктиду. Ледниковые щиты и глетчеры скользили с высоких гор, находившихся в то время в Антарктиде, к более низким участкам склонов.

В качестве четвертой группы аргументов в пользу континентального дрейфа Вегенер указывал, что для палеоклимата, как свидетельствуют горные породы, было характерно наличие аридных зон с засушливыми условиями и регионов с влажным климатом и болотами. И конечно, в каждой из этих зон формировались определенные типы горных пород. В аридных зонах в глубине суши появлялись пустыни, что приводило к образованию огромных дюн (в итоге заключенных в горных пластах) наряду с отложениями солей, которые формировались при испарении древних морей, когда климат становился более засушливым. Со временем эти соляные отложения превратились в залежи галита и гипса. В более влажных зонах формировались отложения угля, переслаивающиеся с прибрежными песчаниками и глинами. Вегенер, как климатолог, интересующийся условиями среды в древности, понял, что разные климатические зоны выстраивались в ряд лишь в том случае, когда континенты были соединены.

Пятая группа данных была получена, когда Вегенер изучил строение гор по обеим сторонам Атлантического океана так же, как это делали геологи раньше. Дю Тойт и другие ученые обратили внимание на сходство пород горных цепей в Южной Америке и Западной Африке – сходство, которое доказывало, с точки зрения Вегенера, что эти горные хребты когда-то были смежными. Тем не менее, несмотря на пять групп данных, подтверждающих вегенеровскую теорию дрейфа континентов, после смерти ученого теория не пользовалась популярностью, и сторонников у нее было немного.

Механизмы дрейфа континентов: первые гипотезы

Артур Холмс (1890–1965), британский геолог, занимавшийся изучением геохронологии и происхождения горных пород, был одним из первых немногих ученых, поддержавших теорию дрейфа континентов Вегенера. В 1920-х гг. исследования внешних слоев твердой Земли, проводившиеся Холмсом, заставили его предположить, что, возможно, существуют медленно движущиеся конвективные ячейки (образование которых вызвано распадом радиоактивных элементов в мантии) и они приводят к дрейфу континентов, в результате чего формируется новое океаническое дно и происходит поглощение старого материала. Холмс изложил свою теорию в знаменитом учебнике, опубликованном в 1944 г., – «Основы физической геологии»[248]248
  Holmes A. Principles of Physical Geology. L.: Thomas Nelson, 1941. P. 505. (Холмс А. Основы физической геологии / Пер. с англ. Л. П. Васильевой и Ю. А. Козыревой; под ред. А. В. Хабакова. М.: Изд-во иностр. лит., 1949.)


[Закрыть]. Последняя глава этой книги была целиком посвящена вопросу о конвективных ячейках и дрейфе континентов. Холмс указывал, что его идея спекулятивна; в тот момент у него не имелось данных, подтверждавших теорию, но некоторые отнеслись к нему с уважением, как к мыслителю с широкими взглядами. Подобно теориям Вегенера, идеи Артура Холмса игнорировали более тридцати лет, хотя он преподавал их своим студентам в Эдинбургском университете. В конечном счете предложенный Холмсом механизм оказался очень близок к окончательному варианту теории, объясняющей, как на самом деле происходит движение плит.

Еще одним сторонником дрейфа континентов был Александр Лоджи Дю Тойт, чьи ранние работы оказали значительное влияние на представления Вегенера. В 1937 г. Дю Тойт опубликовал описание геологии по обеим сторонам Атлантического океана в книге «Наши блуждающие континенты» (Our Wandering Continents)[249]249
  Du Toit A. Our Wandering Continents: An Hypothesis on Continental Drifting. Edinburgh: Oliver and Boyd, 1937, 366 p.


[Закрыть]. Сторонник Вегенера и его идей, Дю Тойт полагался на корреляционные карты геологического строения Южной Америки и Западной Африки, чтобы продемонстрировать, что эти континенты когда-то были соединены, а затем разошлись далеко, как кусочки разорванного листа газеты. Тем не менее эти данные не оказали влияния на по-прежнему сопротивляющееся геологическое сообщество, и геологи как в Европе, так и в Америке в основном не обратили внимания на открытия южноафриканца Дю Тойта.

На самом деле убедительные доказательства дрейфа континентов будут получены лишь после внедрения новых технологий после Второй мировой войны.

Исследование океанического дна после Второй мировой войны: объединенная теория тектоники плит

До Второй мировой войны рельеф океанического дна, по существу, был неизвестен. Ученые полагали, что оно представляет собой по большей части плоскую, лишенную каких-то особенностей равнину. Геологи не особенно задумывались о том, каков возраст океанического дна или как оно формировалось. Первые геодезисты документально зафиксировали признаки существования океанических хребтов в середине XIX в., когда проводили картографирование Атлантики для прокладки трансатлантических телеграфных кабелей. Они отбирали донные пробы с помощью механического лота Брукса при проведении глубинного зондирования (определения глубины с помощью веревок, опускаемых в океан настолько глубоко, насколько возможно). Первые оценки структуры, которая позже станет известна как срединно-океанический хребет, были выполнены в 1853 г. лейтенантом ВМС США Отуэем Берриманом, который установил местоположение участка хребта к северу от Азорских островов при проведении картографирования океанического дна[250]250
  Theberge A. E. The myth of the telegraphic plateau // Hydro International. 2012, May 10, 2 p. https://www. hydro-international. com/content/article/the-myth-of-thetelegraphic-plateau.


[Закрыть]. Некоторые океанографы трактовали батиметрические данные как указывающие на «телеграфное плато» – приподнятый плоский участок, расположенный посередине Атлантического океана. Но первые измерения глубины были неточны, и вскоре после сбора данных океанографами разгорелись споры о природе плато и даже о том, существует ли оно вообще. Первоначальные теории утверждали, что океаническое дно поднималось, создавая континенты, а континенты опускались, формируя океаны, в соответствии с теорией контракции, но ни одно из этих утверждений не подтверждалось с появлением новой информации о хребтах и рифтах.

В начале войны немецкий флот господствовал в морях в результате разработки усовершенствованных эффективных смертоносных аппаратов: подводных лодок. В связи с необходимостью борьбы с немецкими подводными лодками исследователи усовершенствовали сонары (эхолокационные приборы) для обнаружения подлодок и магнитометры для изучения океанических бассейнов. Принцип действия сонаров заключается в излучении звуковых волн и приеме отраженных сигналов от объектов, находящихся в толще воды (таких как подлодки), и, конечно, от дна океана. Когда ученые впервые применили сонар для исследования океанического дна, выяснилось, что его рельеф включает горные цепи с пиками выше, чем гора Эверест, глубоководные желоба глубиной до 11 000 м и действительно несколько плоских участков, которые называются абиссальными равнинами. Океанографы определяют рельеф дна океана с помощью батиметрии, подобно тому, как географы и геологи изучают рельеф земной поверхности. Океанографы начали создавать батиметрические карты дна всех океанов и обнаружили, что, помимо других зон, посреди Атлантического океана, между Северной и Южной Америкой и Европой и Африкой, с севера на юг протянулись огромные горные цепи.

Некоторые ученые, в том числе Гарри Хэммонд Хесс (1906–1969), профессор петрологии Принстонского университета, и Уильям Морис Эвинг, геофизик из Лихайского университета, а позже профессор Колумбийского университета, применяли дистанционное зондирование для изучения строения и характера океанического дна. До начала Второй мировой войны Хесс поступил на службу в ВМС США и использовал эхолокаторы в Тихом океане для выявления плосковершинных подводных горных структур, которые он назвал гайотами в честь одного из своих профессоров. Хесс полагал, что это были древние вулканы, которые погрузились в океан, и их вершины выровняли волны. Позже Хесс продолжил собирать воедино множество разных групп доказательств в поддержку спрединга морского дна (механизма образования нового океанического дна вдоль срединно-океанических хребтов, которое приводит к тому, что континенты удаляются друг от друга), но сначала было необходимо собрать многочисленные данные о морском дне; более того, в некоторых случаях требовалась разработка новых инструментов для сбора и регистрации информации.

До Второй мировой войны Береговая и геодезическая служба США, а также Принстонский университет поставили перед Уильямом Эвингом и его студентами задачу по развитию новой области науки – геофизики – не только применительно к суше (с использованием динамита для исследований сейсмических преломленных волн), но и к континентальному шельфу и океаническим бассейнам. Эвинг был хорошо к этому подготовлен: он занимался изучением применения дистанционного зондирования для разведки нефти и угля. Однако поскольку оборудования для проведения таких исследований не существовало, большинство инструментов Эвинг сконструировал сам. В 1935 г., используя собственный метод дистанционного зондирования, Эвинг выяснил, что континентальный шельф, включая континентальный склон и подъем, сложен из осадков мощностью 4 000 м. Кроме того, фундамент континента находится под песками, илами и галечниками шельфа и равномерно наклонен вниз к океаническому дну.

Уильям Эвинг был первым директором Геологической обсерватории Ламонта[251]251
  Wertenbaker W. Rock stars: William Maurice Ewing: Pioneer explorer of the ocean floor and architect of Lamont // GSA Today. 2000, October. P. 28–29.


[Закрыть], основанной в 1949 г., которая теперь называется Обсерваторией Земли Ламонта – Доэрти. Обсерватория находится в семейном поместье Ламонтов Тори-Клифф в Пэлисейдсе к северу от Нью-Йорка. В настоящее время она обладает самой большой в мире коллекцией образцов океанической коры и океанических осадков, наряду с батиметрическими профилями океана, магниторазведочными данными и профилями и результатами измерений тепловых потоков. Эвинг получил в Колумбийском университете докторскую степень по физике и применял физику для решения проблем, стоящих перед геологией, особенно в том, что касается измерений и регистрации данных об особенностях структур, расположенных под поверхностью или глубоко под землей, недоступных глазу.

Обсерватория Ламонта на тот момент была самым молодым океанографическим исследовательским учреждением в США. Институт океанографии Скриппса был основан в 1903 г. в Ла-Хойе, Калифорния, как Ассоциация морской биологии Сан-Диего. В 1912 г. это учреждение стало частью Калифорнийского университета и сменило название в знак признательности спонсорам, обеспечивавшим бо́льшую часть финансирования. Океанографический институт в Вудс-Хоуле был основан в 1930 г. как летний исследовательский центр, но он превратился в круглогодично функционирующее учреждение, когда из-за грядущей войны возросла потребность в исследовательских проектах, связанных с обороной.

В начале 1950-х гг. несколько исследователей, ассистентов и аспирантов Эвинга в обсерватории Ламонта представили важнейшую информацию о структуре, которую назовут срединно-океаническим хребтом. Одной из них была геолог и картограф Мари Тарп (1920–2006), которую приняли на должность научного ассистента Эвинга. Руководители Тарп отправили ее в лабораторию, поскольку (и это было предсказуемо) не позволяли женщинам участвовать в работе по сбору данных на исследовательских судах. На основе данных, полученных с использованием сонаров и сейсмографов и предоставленных учеными, работавшими на этих судах, Мари Тарп нанесла на карту шесть длинных поперечных трещин, идущих с востока на запад в Северной Атлантике. Тарп поняла, что рифтовая долина – долина с крутыми склонами, образовавшаяся в результате действия сил растяжения, действовавших на кору в продольном направлении, – расположена в центре массивной горной цепи, протянувшейся с севера на юг в середине Северной Атлантики.

Это открытие вызвало споры и сомнения. Мари Тарп вновь нанесла на карту все данные зондирования и получила те же результаты. Вскоре после этого американский геолог Брюс Хизен начал наносить на карту эпицентры землетрясений в Северной Атлантике и обнаружил, что места землетрясений совпадают с выявленной Тарп структурой посреди океана и сосредоточены на рифте. Это открытие означало, что трещина была активна, поскольку землетрясения в районе срединно-океанического хребта сопровождают формирование нового морского дна по мере поднятия магмы. Связь между подводными землетрясениями и срединно-океаническим хребтом в Северной Атлантике, обнаруженная в 1950-х гг., побудила Хизена и Эвинга изучить более точные способы нанесения на карту данных о землетрясениях, а также расширить масштабы исследования и включить в него другие океанические бассейны. Вместе со своими научными ассистентами, в том числе Хизеном, Уильям Эвинг в 1956 г. опубликовал статью, в которой постулировал существование срединно-океанических хребтов и связанных с ними землетрясений во всех океанах. До тех пор хребет был обнаружен только в Северной Атлантике, поэтому другие ученые сразу же отнеслись к идее скептически. Они пытались доказать, что теория неверна, но было подтверждено, что срединно-океанический хребет находится именно там, где предсказывал Хизен. Данные о существовании срединно-океанического хребта с рифтовой долиной посередине в конечном итоге привели к появлению теории спрединга морского дна.

Благодаря изучению океанических бассейнов мира с помощью сонаров Эвинг понял, что срединно-океанические хребты – это не отдельные системы, а почти непрерывная единая подводная горная цепь, общая протяженность которой составляет более 65 000 км. Это, вне всякого сомнения, самая протяженная горная система на Земле. Система срединно-океанических хребтов находится преимущественно под водой, но отдельные вершины поднимаются над уровнем океана в таких местах, как Исландия и Восточная Африка (см. цветную вклейку 5.4)[252]252
  Heezen B. C. and Tharp M. World ocean floor panorama (map, painted by Berann H.). Columbia University, Office of Naval Research, 1977.


[Закрыть]. Она охватывает земной шар, подобно швам на бейсбольном мяче, и крайне важна для понимания тектоники плит.

Эвинг также обнаружил, что рядом со срединно-океаническими хребтами накапливается мало осадков, что свидетельствует об образовании в этих зонах нового океанического дна. Эти факты заставили ученых задуматься о возрасте океанических бассейнов и процессах, происходящих вдоль срединно-океанических хребтов.

К началу 1950-х гг. геологи и другие ученые открыли множество отдельных фрагментов, ведущих к теории тектоники плит. Тем не менее исследования были разрозненными и проводились в разных местах, статьи публиковали разные авторы, работающие в разных институтах в несопоставимых областях геологии и океанографии. Ученые не знали, как соотносятся их результаты, а также что они имеют большое значение для разработки новой теории тектоники плит. Одним из направлений подобных исследований было изучение тепловых потоков от континентов и океанических бассейнов.