Текст книги "Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей"

Глава 6
Соединяем точки

200 миллионов лет

Пятьсот тридцать миллионов лет назад Земля еще выглядела непривычно для нас. Даже дышать тогда было так же трудно, как сейчас взбираться на Эверест без кислородной маски. Самым подходящим для жизни местом была вода. В океане появились новые виды мягкотелых животных. Суша представляла собой бесплодную пустыню без почвы и каких-либо растений. Если бы вы отправились в путешествие по этой странной земле, то могли бы дойти от того места, где расположен Бостон, до Австралии, не увидев океана.

Современный мир образовался в результате изменения гор, воздуха, воды и живых существ. Но, как показывает история возникновения кислорода, эти элементы не существуют независимо друг от друга. История Земли – продукт взаимозависимой эволюции планеты и ее обитателей. Чтобы научиться видеть эти связи, следует начать с составления карт. Они показывают, где мы находимся, как выглядит мир и, если использовать их во временной развертке, позволяют обнаружить связи между океанами, горами и органами нашего тела.

Как знают все родители, дети склонны находить закономерности во всем. Возьмите карту мира, покажите ее семилетнему ребенку и попросите его описать то, что он видит: не называть различные регионы, а описать форму материков, островов и океанов. Почти наверняка ребенок обнаружит, что отдельные части суши подходят друг другу: например, очертания восточного берега Южной Америки и западного берега Африки почти совершенно совпадают.

Однако еще сорок лет назад подобные мысли воспринимались как ересь. В младшей школе у меня был учитель, который рассказывал ученикам о популярных в 60-х годах псевдонаучных идеях. Одна из идей заключалась в том, что египетские пирамиды, рисунки на плато Наска в Перу и статуи острова Пасхи были возведены пришельцами из космоса, регулярно навещавшими нашу планету. Лично я, как и многие другие школьники, находил эту идею занятной (в конце концов, об этом постоянно рассказывали по телевизору). Задача моего учителя заключалась в том, чтобы показать, что подобные идеи, какими бы забавными и привлекательными они ни казались, практически невозможно проверить и доказать. К таким же фантастическим идеям он отнес и гипотезу о движении континентов. Происходило это в 1972 году. К сожалению, мой учитель мало что знал о великой научной революции, начавшейся за сто двадцать лет до этого.

В 1856 году братья Уильям и Генри Бленфорды приехали в Индию для изучения месторождений в известном угольном бассейне возле города Талчер. (Кстати, уголь здесь добывают до сих пор.) Как и все геологи, Бленфорды не только изучали залежи угля, но и анализировали то, что находится над и под ними. Один из слоев оказался необычным: он состоял из крупных, неправильной формы валунов, некоторые из которых были размером с человека. Еще более странным было то, что при ближайшем рассмотрении на камнях этих обнаружились сколы и срезы. Если бы такие камни нашлись в Альпах или в Арктике, это означало бы, что их переместил ледник. Но здесь, под слоями угля, в экваториальной Индии?

Кроме того, оказалось, что слой валунов не заканчивался в Индии. Вскоре после открытия Бленфордов та же последовательность горных пород была обнаружена в Южной Африке: слой угля и слой сколотых камней. Означает ли это, что в отдаленном прошлом в Южной Африке и в Индии были ледники? Как сюда попал лед?

Эдуард Зюсс (1831–1914) родился в Лондоне. Позднее его семья переехала в Вену. Там Зюсс занялся геологией. Он успешно учился, стал профессором и членом городского совета Вены. На этом посту он использовал свои познания в геологии на пользу обществу – организовал строительство водопровода для подачи в город чистой воды с гор. Возможно, тем самым он спас от тифа множество людей, поскольку прежде вспышки заболевания случались здесь регулярно.

Свое мнение о важности изучения горных пород Зюсс высказал в 1903 году на международном конгрессе по геологии. Он так описывал работу геолога: “Камень, по которому ударяет его молоток, – ближайший кусочек планеты… История этого камня – отрывок истории планеты, а… сама история планеты – лишь очень малая часть истории огромного, удивительного и постоянно изменяющегося Космоса”. Для Зюсса каждый камень, если его правильно рассматривать, может открыть окошко в огромный мир, простирающийся бесконечно далеко во времени и в пространстве.

Если придерживаться такой философии, то камни и окаменелости приобретают иной смысл. Примерно за десять лет до строительства водопровода Зюсс заинтересовался странным ископаемым растением, листья которого напоминают коровий язык. Это растение, названное глоссоптерисом (Glossopteris; от лат. “язык” и “папоротник”), представляло собой настоящую загадку.

Глоссоптерис

Как часто бывает, целое растение практически никогда не сохраняется в виде окаменелостей, поэтому о его внешнем виде приходится судить по отдельным фрагментам листьев, веток, корней и стволов. Это занятие напоминает составление трехмерного пазла из неполного набора фрагментов. Во времена Зюсса уже было понятно, что глоссоптерис – странное растение: у него была мягкая древесина, что делало его похожим на хвойное растение или папоротник, и при этом он обладал органами с семенами. Если судить по отдельным фрагментам, глоссоптерис мог достигать тридцатиметровой высоты и имел заостренную форму, почти как новогодняя елка.

Зюсс обратил внимание, что странность этого растения заключается не в строении листьев, а в том, в каких камнях оно встречается. Горные породы, содержащие отпечатки глоссоптериса, были обнаружены во многих местах в Южной Афри

ке и Индии, а также в Австралии и Южной Америке. Для Зюсса

это означало следующее: в отдаленном прошлом, пока океан

не поднялся, эти континенты были единым целым.

С глоссоптерисом связано как открытие, так и трагедия. В 1912 году Роберт Ф. Скотт с четырьмя спутниками предпринял попытку добраться до Южного полюса, но, придя туда, обнаружил, что норвежская экспедиция Руаля Амундсена на несколько месяцев опередила его. Фотографии передают состояние людей. Они ослаблены долгим переходом, а на их лицах отражаются усталость и разочарование – они сняты на фоне флага и палаток, установленных норвежской экспедицией. В дневниках Скотта описаны трудности обратного пути: им приходилось тянуть тяжелые сани. Они теряли последние силы, пытаясь дотащить тяжелый груз. Роберт Скотт, Генри Бауэрс и Эдвард Уилсон умерли в своей палатке в марте 1912 года. Их тела были найдены через восемь месяцев, когда кончилась зима. Рядом с телами лежал груз камней и окаменелостей весом пятнадцать килограммов. Когда эти образцы были доставлены в Британский музей, важность находки подтвердилась. В сотне миль от Южного полюса, в основании ледника Бирдмора экспедиция обнаружила глоссоптерис. Зюсс не знал об этом, но этот факт означает, что Антарктида тоже была частью большого южного континента.

Беспокойным немецким метеорологом Альфредом Л. Вегенером двигали две страсти: он желал изучить погоду над ледниковым щитом Гренландии и географию Земли. Он начал карьеру в 1911 году в составе одной из первых научных экспедиций в Гренландии[3]3
  Первая научная экспедиция в Гренландию (Вегенер участвовал в ней в качестве метеоролога) состоялась в 1906–1907 годах.


[Закрыть], во время которой пересек пешком весь ледник.

Там же, на острове, он и погиб в 1930 году, спеша на помощь коллегам.

Альфред Вегенер в своей стихии

Вегенер предположил, что континенты когда-то были объединены в гигантский суперконтинент. После он раскололся, и континенты разошлись, образовав океаны и береговые линии, которые мы видим сегодня. Первая трещина, очевидно, прошла между северной и южной частями суперконтинента. Южная часть включала нынешние Африку, Южную Америку, Австралию, Индию и Антарктиду.

Это предположение позволило ответить на многие вопросы. Чем объяснить сходство растительности южных континентов?

Тем, что раньше они были частью единого целого. Откуда взялись ледники в экваториальной Индии? Индия не всегда была на экваторе: со временем она переместилась со своего прежнего места, которое находилось ближе к полюсу. Почему береговые очертания материков так подходят друг к другу? Потому что миллионы лет назад они были одним континентом.

Какова же была реакция на эту грандиозную объединяющую идею Вегенера? Геологи, работавшие на южных континентах и в Европе, знакомые с распределением глоссоптериса и сходством геологических структур Африки, Индии и Южной Америки, отнеслись к гипотезе Вегенера благосклонно. Североамериканцы смотрели на этот вопрос совершенно иначе. Один из моих предшественников в Чикагском университете в 1920 году так прокомментировал состояние дел: “Гипотеза Вегенера в целом весьма смела – в том смысле, что она достаточно вольно обращается с нашей планетой и в гораздо меньшей степени связана ограничениями и неудобными фактами, чем альтернативные теории”.

Критики Вегенера признавали, что береговые линии континентов складываются, как фрагменты пазла, но считали это сходство скорее случайным. Они не представляли себе, какая сила могла бы привести в движение континенты. Могли ли континенты бороздить океаническую кору, подобно ледоколу, продирающемуся сквозь ледовые поля? Никакие научные данные не могли этого подтвердить. Все, что было известно о структуре океанического дна, скорее говорило об обратном: дно океана казалось одним из самых спокойных и невыразительных мест на планете.

Конечно, большая часть планеты в начале XX века все еще оставалась неизученной. Примерно 70 % поверхности Земли скрыто океаном, и во времена Вегенера мы больше знали об обращенной к нам стороне Луны, чем о поверхности Земли.

На больших глубинах

День 7 декабря 1941 года, когда японцы напали на Перл-Харбор, стал поворотным моментом в изучении устройства нашей планеты. Молодой геолог из Принстона Гарри Гесс был призван на военную службу. Он был моряком и поэтому 8 декабря прибыл в Нью-Йорк для прохождения службы на флоте. В штабе на Черчстрит его спросили, знает ли он что-нибудь о широте и долготе. Те, кто принимал его на службу, не подозревали, что за годы до этого Гесс участвовал в экспедициях, занимавшихся составлением карт океанического дна. По-видимому, ответ Гесса всех удовлетворил, поскольку его назначили старшим помощником капитана судна “Кейп Джонсон” – грузового корабля, в военное время перевозившего войска. Корабль отправился на юг Тихого океана и участвовал в битвах за Гуам и Иводзиму. Геолог Гесс все это время не забывал и о другой задаче, которую он сам поставил перед собой.

На борту было устройство, называемое эхолотом: простой радар, измеряющий глубину океана. Теперь существуют портативные версии таких приборов (например, рыбацкий эхолот), но во время войны это был прибор размером с небольшой холодильник, который был прицеплен позади корабля. Гесс нашел хороший способ заниматься наукой на войне: он просто оставлял эхолот работать, пока “Кейп Джонсон” занимался своими военными делами.

Это недорого обошлось дядюшке Сэму, зато оказало серьезное влияние на Гесса. На дне океана он обнаружил несколько невысоких гор с плоским верхом. Эти подводные плато сослужили науке службу через пятнадцать лет после войны, когда Гесс узнал о работе другого человека, жизнь которого также изменилась после Перл-Харбора.

В конце 30-х годов Мэри Тарп поступила в Университет Огайо в городе Атенс. Она не собиралась становиться геологом.

Гарри Гесс

Ее влекла обычная женская карьера медсестры или учительницы. Но ничего не получилось. Она боялась вида крови и поэтому оставила курсы медсестер, чтобы заняться преподаванием. Но и эта работа не слишком ее привлекала. Ее час пробил после 7 декабря, когда миллионы мужчин покинули свои рабочие места и ушли на войну. Геологический факультет Мичиганского университета нарушил давно сложившуюся традицию и стал приглашать на учебу девушек. Геология показалась Мэри ничем не хуже других наук, и она начала изучать Землю.

В конце 40-х годов, получив ученую степень, Мэри Тарп отправилась в Нью-Йорк на поиски работы. Ее первое место службы – в отделе палеонтологии Американского музея естественной истории – не обещало ничего заманчивого. Когда она поинтересовалась возможностью стать препаратором, готовящим образцы окаменелостей для анализа и демонстрации, ей сообщили, что на поиски и извлечение окаменелостей в горных породах уходит до двух лет. Позднее Тарп рассказывала, что “не могла себе представить, что можно столько времени тратить на подобные вещи”. Палеонтология проиграла, но геология выиграла: Тарп отправилась в Колумбийский университет на встречу с руководителем главной геологической группы университета Морисом Эвингом по прозвищу Док.

Могучий техасец Док Эвинг был главным специалистом по составлению морских карт. Кончилась Вторая мировая война, и началась война холодная. Одно осталось без изменений: подводным лодкам необходимо было знать структуру морского дна. Служба военно-морских исследований организовывала экспедиции для изучения глубины и структуры морского дна по всему миру. Круглый год Эвинг отправлял экспедиции для сбора образцов, определения глубин и поиска другой информации. К нему стекалось такое количество данных, что ему нужен был человек, способный их регистрировать и наносить на карту. Тарп наняли первой. Позднее Эвинг взял на работу уроженца Айовы Брюса Хейзена, который стал ее руководителем. Хейзен быстро поднялся по служебной лестнице и получил место профессора Колумбийского университета, а Тарп осталась его ассистенткой.

Это были напряженные годы для геологов. Каждый месяц корабли Эвинга возвращались из неизведанных регионов с большим количеством данных. В центре всей работы были Тарп и Хейзен, структурировавшие информацию. Оба очень много работали и стали очень близки, хотя никто никогда так и не понял сущности их отношений. Хейзен был женат, но часто принимал студентов и коллег в доме Тарп, находившемся недалеко от лаборатории. Иногда они страшно ссорились, и Хейзен швырял рисунки Тарп в корзину для бумаг или извергал ругательства, нарушавшие обычную тишину коридоров. А иногда они выступали единой командой, защищая друг друга в отвратительных политических играх, которые шли в лаборатории. Их отношения были очень близкими, эмоциональными, но исключительно платоническими.

Брюс Хейзен и Мэри Тарп

Однажды, после бесчисленных часов изучения доставленной кораблями информации о морских глубинах, Тарп обнаружила линейную гряду гор высотой больше километра, расположенную на дне Атлантического океана. Признаки существования таких горных хребтов появлялись и прежде, теперь же она проследила их по океаническому дну на протяжении шестидесяти тысяч километров. Такие хребты проходили, как выяснилось, буквально через все океаны планеты. Тарп заинтересовалась структурой этих гор. Вдоль вершины каждого хребта она обнаружила громадную долину – желоб, делящий хребет пополам. И стенки с двух сторон этой долины в точности соответствовали друг другу. Тарп почувствовала, что это означает: Земля раскрывалась по этому хребту, раздвигаясь на дне океана. Для нее это с очевидностью означало, что морское дно расширяется.

Хейзену не понравилось открытие Тарп, и он назвал ее идею “бабьим трепом”. Тем не менее он, как и Тарп, осознал значение открытия. По его мнению, расселина Тарп в центре морского дна “выглядела слишком похоже на дрейф континентов”. Если океан расширяется в центре и континенты раздвигаются, то, выходит, Вегенер был прав. Хейзен не мог с этим согласиться.

Однако факт оставался фактом: чем больше данных Тарп наносила на карту, тем очевиднее вырисовывался рифт. Хейзен сдался под напором новых данных, поступивших в последующие месяцы. Он не только поддержал идею Тарп, но и выдвинул амбициозный план построения карты всего океанического дня.

Примерно в это время Американская телефонная и телеграфная компания озаботилась проблемой недолговечности трансатлантических кабелей. Компания заключила контракт с лабораторией Эвинга, чтобы проанализировать ситуацию. Нанося на карту зоны сейсмической активности, Хейзен, Тарп и другие обнаружили странную закономерность. Землетрясения происходят вдоль определенной линии в океане. И не где-нибудь, а именно в середине рифтов, обнаруженных Тарп.

“Бабий треп” стал темой собрания экспертов, которое Хейзен проводил в 1957 году на геологическом факультете Принстонского университета. Среди слушателей был Гарри Гесс, теперь уже декан этого факультета. Выслушав доклад Хейзена о расщелинах Тарп и связанных с ними землетрясениях, Гесс поднялся и произнес: “Молодой человек, вы поколебали основы геологии”.

Океанические горные хребты на карте Тарп и Хейзена

Гессу не мог не понравиться доклад Хейзена, поскольку сам он во время Второй мировой войны отмечал на карте подводные горы и они очень напоминали хребет, обнаруженный Тарп. Вблизи гребня горы были высокими, а по мере удаления эродировали. По мнению Гесса это означало, что горы, расположенные ближе к гребню, моложе, а те, что дальше – старше. Вместе с данными о расщеплении Земли вдоль хребтов это могло означать только то, что вдоль хребта образовывалась новая поверхность морского дна и что дно моря действительно расширялось.

Работа геологов в то время была делом трудным. Один двухметровый голландец, составляя карты морских глубин, провел в подводной лодке, скрючившись, несколько недель.

Британские, канадские, французские, голландские и японские ученые месяцами не покидали корабль, зарисовывая береговую линию, отмечая океанические горные хребты и впадины. Изо всех точек Земли начали поступать новые данные. Стало проясняться и значение глубоководных желобов: они тоже являются местом тектонической активности, достаточно часто сопровождающейся выходом вулканической магмы на поверхность.

Сообщение Хейзена подвигло Гесса на теорию, объясняющую полученные наблюдения. Если вдоль подводных хребтов образуется новое океаническое дно, то в каких-то других местах оно должно исчезать, иначе поверхность Земли расширялась бы бесконечно. Гесс пришел к выводу, что объяснение кроется в характере распределения землетрясений и других физических особенностях глубоководных желобов. Он предположил, что новая поверхность морского дна появляется вдоль горных хребтов, распространяется в стороны, а затем погружается в котловины и там разрушается. Таким образом, морское дно представляет собой гигантский ленточный конвейер.

Гесс изложил свою идею в виде рукописи, которая циркулировала среди его коллег, но два года он не решался ее публиковать. Свою идею он назвал “упражнением в геопоэзии”, что одновременно снимало обвинение в спекулятивности и подчеркивало красоту идеи. На самом деле отдельные элементы этой теории, как это часто бывает в науке, были сформулированы раньше другими людьми. Еще в 1929 году блестящий британский геолог Артур Холмс выдвинул аналогичную идею о рециркуляции, основываясь лишь на теоретических размышлениях. А Холмса (который, кстати, был одним из создателей современных методов датирования горных пород) на эту мысль навел Вегенер.

Геопоэзия и кругооборот океанической коры

Для подтверждения или опровержения геопоэзии не хватало информации о возрасте морского дна. Одних только эродировавших гор и разломов было недостаточно, чтобы положить конец вековому скептицизму. Гесс представил свою теорию в Кембридже в начале 60-х годов XX века. На докладе присутствовал студент Фредерик Вайн. Вайн и его научный руководитель Драммонд Мэтьюз, заинтересовавшиеся соображениями Гесса, стали искать какой-либо индикатор возраста пород на дне океана, чтобы сравнить возраст дна с двух сторон от котловины, обнаруженной Тарп. Используя имевшиеся у них данные, они придумали остроумный способ определения возраста. Если океаническое дно двигалось как лента конвейера, то самое молодое дно должно располагаться вблизи гребня, а с удалением от него возраст дна должен увеличиваться.

Кроме того, на одинаковом расстоянии по обе стороны гребня возраст пород должен быть одинаковым. В качестве маркера возраста Вайн и Мэтьюз использовали характер намагниченности пород океанического дна. Обнаруженная ими картина в точности соответствовала предсказанию: молодое дно располагается вблизи гребня, а старое – на большем удалении, причем это возрастное распределение одинаково по обе стороны хребта. Итак, морское дно расширяется, как и предполагал Гесс, а до него – Холмс.

Пока Вайн и Мэтьюз готовили свои результаты к публикации, Лоуренс Морли из Канадской геологической службы собирал собственные данные. Он представил статью для публикации в августовский номер журнала “Нейчур”, но ее не приняли. Тогда он отправил статью в специализированный “Джорнал оф геофизикал ресерч”. Дело было в 1963 году. Через несколько месяцев пришел ответ с отзывом анонимного рецензента: “Я обнаружил статью Морли, когда вернулся из экспедиции. Его идея кажется мне интересной, но она больше подходит для обсуждения за коктейлем, чем для публикации в ‘Джорнал оф геофизикал ресерч’”. Эта отсрочка дорого стоила Морли: вскоре после того как он получил отрицательный отзыв, вышла статья Вайна и Мэтьюза.

Вайн и Мэтьюз не измеряли возраст дна напрямую; их метод был совсем новым и требовал доработки, лишь после этого можно было рассчитывать на широкое признание теории Гесса. Подтверждение пришло только через несколько лет – как результат совместных исследований, проведенных учеными из Колумбийского университета, Стэнфорда и Института Скриппса в Калифорнии. Масса новых данных, новые теории и старые идеи Вегенера позволили журналу “Тайм” в 1970 году напечатать статью с красноречивым заголовком: “Геопоэзия становится геофактом”.

Для профессоров Гесса и Хейзена этот переворот в мышлении означал славу и академические почести. Но старая вражда не угасла. Из-за ссор с Эвингом, главным образом вокруг идеи континентального дрейфа, Хейзен и Тарп стали в Колумбийском университете персонами нон грата. Хейзен являлся профессором, и его нельзя было уволить, но это не остановило Эвинга: он отстранил Хейзена от заведования кафедрой, срезал замок на двери его кабинета, выбросил вещи в коридор и отдал кабинет другому. Не поздоровилось и Тарп. У нее не было своего кабинета, так что научную карьеру она закончила, работая у себя дома в Нью-Йорке. О своем отношении к людям и к науке того времени Мэри Тарп высказалась спустя двадцать лет после смерти Хейзена, выступая в Колумбийском университете: “Всю свою жизнь в науке я проработала на заднем плане, но совершенно об этом не жалею. Мне повезло, что я нашла такое интересное дело. Обнаружить в океане рифтовую долину и горный хребет, который тянется по всему миру на шестьдесят тысяч километров, – это ведь важно. Такое случается лишь однажды. Ничего более крупного невозможно найти, по крайней мере на этой планете”.