Живая Земля

Прошедшее Рождество запомнится землянам надолго. 9-балльное землетрясение на дне Индийского океана, в 150 милях от индонезийского острова Суматра, породило катастрофическое цунами, убившее, по последним данным, более 150 тыс. человек, хотя подлинное число жертв, полагают эксперты, гораздо больше. Как это объяснить и что ждать в будущем?

Поверхность Мохо

Тайны Земли человечество познает с трудом. Даже теперь ученые меньше знают о внутреннем строении нашей планеты, чем, скажем, об атомном ядре. То же самое касается землетрясений. Они случались всегда и всюду. Ежегодно в мире происходит не менее 100 тыс. землетрясений, но поскольку 99,98% из них незначительны и фиксируются лишь измерительными приборами, то мы их практически не замечаем. Сильные, а тем более катастрофические землетрясения случаются очень редко (в худшем случае несколько раз в год) и лишь в сейсмоопасных районах.
Предсказывать землетрясения люди до сих пор не умеют, а измерять их научились в конце XIX века, когда живший в Японии англичанин Джон Милн соорудил деревянную раму, укрепленную на отшлифованном камне, к которой подвесил гирю. Когда во время землетрясения рама начинала качаться вместе с земной поверхностью, то гиря, притянутая силой гравитации к центру Земли, оставалась неподвижной, а связанное с системой электрическое устройство фиксировало колебание. Этот примитивный прибор в начале ХХ века усовершенствовал русский ученый Борис Голицын, придавший сейсмографу современный вид.
Сейсмографы быстро распространились по миру и позволили сделать удивительное открытие. В 1909 году на Балканском полуострове, у города Загреб, произошло сильное землетрясение. Изучая его сейсмограмму, хорватский геофизик Андрей Мохоровичич заметил, что на глубине 30 км скорость сейсмических волн скачкообразно возросла. Предположив, что это сугубо местное явление, Мохоровичич все же поделился своим наблюдением с другими сейсмологами, и те ко всеобщему удивлению подтвердили, что явление наблюдается повсеместно на глубине около 30 км от поверхности земной суши.
Значит, существует некая граница, отделяющая твердую земную кору (литосферу) от более глубоких слоев, причем жидких, на что указывало изменение скорости распространения сейсмических волн. Так было установлено, что под твердой земной корой находится многокилометровый слой жидкой, вязкой, горячей мантии. Границу этих слоев назвали поверхностью Мохоровичича (или кратко, “поверхностью Мохо”). Потом установили, что под жидкой мантией находится твердое металлическое ядро, о строении которого и составе спорят поныне. Точно известно лишь, что земное ядро подобно яйцу, у которого есть жидкая “белковая” оболочка, и твердый “желток”.

Такая разная кора

Четкое выделение “поверхности Мохо” по скорости сейсмических волн позволило также установить, что земная кора имеет разную мощность (толщину). Под континентами мощность литосферы составляет в среднем 35-40 км, при этом под впадинами и равнинами она меньше, под молодыми горными системами — существенно больше. Под Альпами и Кавказом земная кора “утолщается” до 70 км, а под Гималаями — до 90 км. Мощность же океанической литосферы составляет в среднем 7-10 км, а в отдельных местах Тихого океана (у Гавайских островов и острова Пасхи) не превышает пяти.
Кроме того, было установлено, что континентальная земная кора и океаническая отличаются не только по толщине, но также по составу и возрасту. Океаническая кора сложена из двух слоев — базальтового и сверху осадочного. Базальты — темно-зеленая, почти черная силикатная магматическая порода, выделяется из самого верхнего слоя мантии, где вещество мантии расплавляется, по трещинам поступает наверх и, застывая, образует нижний базальтовый слой океанической коры.
Континентальная кора тоже состоит из нескольких слоев. Верхний слой сложен из осадочных песчаников, глин, известняков. Однако ниже залегает слой, образованный гранитами и метаморфическими породами, являющими собой измененные под воздействием высокой температуры, давления и воды осадочные и магматические породы. Ну а нижняя часть континентальной коры сложена из базальтов и подобных им магматических пород. Возраст континентальной коры превышает 3 млрд. лет — это застывшая малоподвижная литосферная масса. Океаническая кора неизмеримо моложе — ей 150-170 млн. лет, а вдоль оси срединно-океанических хребтов ее возраст составляет от 3,5 до 6,5 млн. лет. И здесь происходят динамические процессы, непрерывно меняющие строение и лик Земли.

Пазл из материков

Когда люди создали довольно точные географические карты мира, то обратили внимание на совпадения очертаний береговых линий. Южная Америка и Африка, если их виртуально сдвинуть, точно вкладываются друг в друга, как детали мозаичной картинки. Остров Гренландия выглядит так, будто он “вырвался из объятий” Северной Америки и Северной Европы. “Рукав” Антарктического полуострова смыкается с крайним югом Южной Америки и т.д. Об этих “географических странностях” размышляли английский философ Фрэнсис Бэкон, французский мыслитель Франсуа Пласэ и др. А в 1596 году в Амстердаме вышел трактат фламандского картографа Абрахама Ортелия “Географическая сокровищница”, в котором автор не только отметил совместимость береговых линий Старого и Нового Света, но и попытался представить, как они “разъезжались”. Однако эти прозрения были забыты.
В XIX веке итальянский исследователь Антонио Снидер обнаружил полное сходство ископаемых растений каменноугольного периода палеозойской эры, найденных в Европе и Северной Америке. Его осенила догадка, что некогда эти ископаемые деревья росли в одном большом лесу, половина которого потом оказалась в Европе, а другая — в Америке! Виртуально сложив на карте Европу, Африку и обе Америки, Снидер получил единый палеозойский
континент и издал об этом в 1858 году книгу “Мироздание и его разоблаченные тайны”. Но современникам его идея показалась вздорной, и о ней тоже забыли.
Решающий шаг в объяснении “географических странностей” сделал немецкий ученый Альфред Вегенер (1880—1930). По базовой профессии он был астрономом, получившим образование в Гейдельбергском, Инсбрукском и Берлинском университетах. А затем увлекся метеорологией и воздухоплаванием, совершил несколько экспедиций в Гренландию и во время последней из них погиб. В некрологах о Вегенере говорилось как о крупном специалисте по физике атмосферы, полярном исследователе, организаторе науки и педагоге. О теории, которая обессмертила его имя, не было сказано ни слова.
Как Вегенер пришел к сему убеждению, неизвестно. С трактатом Ортелия он не был знаком, хотя книгу Снидера, возможно, читал. Но как бы то ни было, в январе 1912 года Вегенер прочел лекцию на эту тему на заседании Германской геологической ассоциации во Франкфурте-на-Майне. Эта лекция произвела фурор, ибо гипотеза Вегенера опровергала существовавшие тогда представления, что земная твердь может двигаться только в вертикальном направлении (при ее поднятии образуется суша, при опускании — моря и океаны), и говорила о непостижимом горизонтальном “дрейфе материков”.
Как и всякую революционную теорию, ее встретили в штыки. Ученый мир обвинил Вегенера в том, что он мало смыслит в геологии и залез не в свою сферу. Вегенер обижался, однако объяснить, каким образом материки “дрейфуют”, все же не мог, ибо ничего не знал о “поверхности Мохо” и лежащей под ней жидкой магме. Вегенер интуитивно был убежден в своей правоте, хотя ни он, ни его оппоненты не представляли, что гигантские блоки земной коры могут плавать в вязкой магме, подобно тому, как паковые ледяные глыбы плавают по поверхности океана.

По закону Архимеда

После гибели Вегенера мир на время забыл о его “сумасбродной” теории. Но по мере накопления знаний ученые вспомнили о ней.
В 1960-е годы шотландский геолог Артур Холмс предположил, что силой, движущей континенты, являются существующие в мантии Земли потоки вещества, приводимые в движение разностью температур. При этом теплые потоки поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз, и это движение потоков в мантии сдвигает и раздвигает земную сушу. Дальнейшие исследования показали, что движутся (перемещаются друг относительно друга) не географические континенты, а литосферные плиты, чьи границы не совпадают с границами материков и океанов, но обозначены глубинными разломами, рассекающими земную кору.
Главные разломы проходят через срединно-океанические хребты, где циркулирующим в верхних слоях мантии магматическим потокам легче всего выйти на “поверхность”, так как дно океана тонкое. Таких разломов три. Старейший (160 млн. лет назад отколовший Африку от Америки) делит пополам Атлантический океан. Другой разлом начинается в Красном море и, разрастаясь на юго-восток по дну Индийского океана, разводит Австралию, Индонезию и Антарктиду. Ну а самый молодой и активный — Тихоокеанский разлом — тянется от Калифорнии на юг. Из этих разломов непрерывно растекается базальтовая лава. И по мере того, как две половины срединно-океанических хребтов расходятся в стороны, зияние между ними заполняется веществом, исходящим из недр Земли, из которого образуется океаническая кора. Так происходит расползание океанического дна (по-английски, spreading). Скорость спрединга — от нескольких сантиметров до полуметра в год.
По мере этого расползания в старых и молодых блоках (литосферных плитах) земной коры возникают напряжения, которые постепенно нарастают, и в определенный момент какие-то блоки континентальной или океанической коры не выдерживают сжимающих или растягивающих нагрузок, трескаются, разламываются, смещаются или погружаются друг под друга. При этом высвобождается огромная потенциальная энергия, которая превращается в кинетическую энергию движения. От места подвижки или разлома во все стороны бегут сейсмические волны, сотрясающие земную поверхность. Ну а горные породы в очаге землетрясения начинают искать новое положение равновесия, в котором они могли бы выдерживать воздействие внешних сил. И они “держатся” до следующей “разгрузки”.
Этот перманентный глобальный процесс (подчиняющийся закону Архимеда) является главной причиной вулканической активности и землетрясений. Когда подвижки происходят на дне океана, они вызывают цунами. Именно это случилось в минувшее Рождество с литосферной плитой, препятствовавшей расползанию дна Индийского океана на северо-восток. Плита сместилась на протяжении тысячи миль, вызвав мощное землетрясение и катастрофическое цунами.

Побочный нефтяной вопрос

Возможно, с глобальной тектоникой литосферных плит связана и проблема генезиса нефти. Существует несколько теорий ее происхождения. Ведущими признаны две: органическая и неорганическая. Первую выдвинул в своем труде “О слоях земных” Михаил Ломоносов, и она стала в СССР “единственно верной и научной”. Согласно ей, нефть является продуктом глубокой метаморфизации органических (животных и растительных) остатков и угля. Вторую гипотезу выдвинул в начале XIX века немецкий естествоиспытатель Александр фон Гумбольдт и развил великий русский химик Дмитрий Менделеев, увидевший в нефти продукт физико-химических процессов, идущих в недрах Земли.
Эти теоретические споры имели большое практическое значение, поскольку задавали вектор, район и глубину поиска нефти. Сейчас доказано, что есть нефть как органического, так и неорганического генезиса. Но практика показывает, что основная масса нефти, видимо, имеет неорганический генезис, а зависимость нефтеносности пластов и скважин от подвижек земной коры указывает на их связь с тектоникой литосферных плит. Пока суть этой взаимосвязи не ясна. Но работая в нефтяной промышленности, я был очевидцем того, как во время землетрясений в Дагестане возрастал дебит скважин на грозненских промыслах, а некоторые отработанные скважины наполнялись нефтью. То же наблюдалось в Азербайджане.
Подобное происходит и на нефтяных месторождениях в экваториальном поясе Земли. Можно не сомневаться, что последнее землетрясение заметно изменит карту нефтедобычи в Индонезии и прилегающих регионах: где-то нефти добавится, где-то убавится. Возможно, при движении литосферных плит нефть выполняет роль “смазки”. Но тогда она является возобновляемым минеральным сырьем. И главный вопрос состоит в том, сколько нефти “выжимается” из глубин Земли и сколько извлекается людьми на поверхность.