НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

06 сентября 2022, 18:00

Зачем нужна геология

Полит.ру знакомит читателей с книгами, вошедшими в длинный список претендентов на премию «Просветитель.Перевод» 2022 года — в этом году в него вошли 16 книг по биологии, истории, физике и другим наукам. За выход в финал будут состязаться научно-популярные переводы с английского, немецкого и норвежского языков. Всего на конкурс было прислано более 120 заявок. Короткий список премии «Просветитель» будет объявлен в октябре 2022 года. Лауреатов книжных премий «Просветитель» и «Просветитель.Перевод», а также победителя в новой номинации «ПолитПросвет» наградят 22 декабря, в годовщину смерти основателя премий Дмитрия Борисовича Зимина.

Издательство «Бомбора» представлено в длинном списке книгой Дуга Макдугалла «Зачем нужна геология. Краткая история прошлого и будущего нашей планеты» (пер. с англ.: Евгений Поникаров; научный редактор Павел Плечов, литературный редактор Сергей Сидоров, ответственный редактор Ирина Борисова).

Дуг Макдугалл — писатель, ученый-геолог и педагог. Почетный профессор в Институте океанографии Калифорнийского университета, где в течение многих лет преподавал и проводил исследования в области геохимии. Заядлый путешественник, его исследования привели его по всему миру, от Сибири и канадской Арктики до южной Индии, Китая и дна Тихого океана.

В книге он делится всем, что геологам удалось узнать о нашей потрясающей планете за последние десятилетия. Мы обнаруживаем, что наука о земле фактически освещает многие из наиболее насущных проблем сегодняшнего дня — доступность энергии, доступ к пресной воде, сельское хозяйство. Но более того, Макдугаллкак ясно дает понять, что наука также дает важные ключи к будущему планеты.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

 

Блуждающие плиты

До 1960-х годов у геологов были достаточно причудливые представления о том, как образовались крупные горные хребты — например, Альпы или Анды. Особенно их озадачивали гигантские складки, которые показывало геологическое картирование в Альпах: толстые слои осадочных пород, первоначально отложившиеся на дно океана, теперь возвышались на километры выше уровня моря, закручиваясь при этом как свернутый ковер. Это требовало вводить в объяснения непонятные «сжимающие силы» и вертикальные перемещения. Никто не мог точно сказать, как действуют эти таинственные силы. Однако сегодня каждый студент-геолог может подробно рассказать, как тектоника плит связана с горными хребтами и многими другими аспектами топографии планеты. Концепция динамической Земли с толстыми плитами, движущимися и взаимодействующими на ее поверхности, обогатила повседневный язык метафорой для радикальных перемен, когда говорят о «двигающихся тектонических плитах» в международных отношениях, политике, финансах или бизнесе.

Перемещения плит меняли облик планеты на протяжении большей части ее истории. Движущей силой является охлаждение нашей планеты из исходного горячего состояния, особенно охлаждение металлического ядра, при котором тепло передается в вышележащую мантию и способствует медленной крупномасштабной конвекции. Устойчивые потоки горячих пород мантии взаимодействуют с холодной твердой внешней оболочкой — литосферой — и заставляют ее двигаться. Однако литосфера — не единый сплошной слой; она разделена на множество фрагментов — литосферных (тектонических) плит (рисунок 11).

 

Рисунок 11. Основные литосферные плиты. Стрелки показывают относительное движение между ними. В большинстве случае плиты либо расходятся (границы расхождения отмечены океаническими хребтами) или сходятся в зонах субдукции (где один блок коры погружается под другой). В некоторых местах, например, на западе Северной Америки, две плиты просто скользят относительно друг друга по разлому. Также существует множество более мелких плит, но они на карте не показаны.

Основные принципы тектоники плит разработали в 1960-е годы, что произвело революцию в геологическом мире. То, что раньше было описательной наукой, превратилось в более предсказательную, в которой было проще связать причины и следствия. Тектоника плит стала моделью для понимания, как функционирует Земля в крупных масштабах. Стало ясно то, что раньше понимали плохо: как устроены горные хребты, почему землетрясения и вулканы сконцентрированы в определенных регионах Земли и как формируются бассейны океанов. Эта теория также заставила геологов мыслить глобально и рассматривать даже локальные особенности в более широком контексте. Хотя океаны и атмосфера не являются непосредственной частью теории литосферных плит, геологи вовлекли в геологическое мышление и их, и их взаимодействие с сушей. Когда взаимосвязь геологических процессов стала очевидной, в знак признания этого нового мышления геологические факультеты университетов по всей планете переименовали в факультеты наук о Земле или наук о Земле и окружающей среде.

Некоторые идеи, включенные в тектонику плит, имеют давнюю историю. Многие люди, смотревшие на карту мира, замечали, что Африка и Южная Америка подошли бы друг к другу как кусочки пазла, если бы каким-то образом удалось убрать Атлантический океан. Но это кажется невозможным: как убрать тысячи километров океана? В начале двадцатого века немецкий ученый Альфред Вегенер предположил, что материки могли просто дрейфовать через области, которые сейчас заняты океаном. Он назвал этот процесс «дрейфом материков» и в 1915 году опубликовал книгу с изложением своих идей*. Физики высмеяли теорию Вегенера, и она никогда не привлекала особого внимания — в основном потому, что в его представлении о дрейфе континентов имелись определенные изъяны. Однако собранные им геологические свидетельства неоспоримы. Он указал, что в Южной Америке есть геологические объекты, которые резко заканчиваются на побережье и при этом совпадают с аналогичными объектами в Африке. Если бы не океан, они были бы единым целым. Он также показал, что последнее оледенение одновременно затронуло некоторые части Индии, Африки и Южной Америки, и что если бы эти три массива суши были соединены, то такие гляциальные черты мог оставить единый ледяной покров. Хотя большинство ученых не принимало идей Вегенера, его геологические доказательства (и многие аналогичные наблюдения, собранные на протяжении десятков лет) означали, что различные воплощения идеи дрейфа материков появлялись в геологической литературе вплоть до возникновения революционной теории тектонических плит.

Наблюдения, которые в конечном итоге привели к теории плит, были получены в результате изучения дна океана — в основном благодаря исследованиям, финансируемым военно-морским флотом США. После Второй мировой войны, когда дальность действия и глубина перемещения подводных лодок резко возросли, ВМФ стал всерьез интересоваться тонкостями подводной топографии. Геологи, занимающиеся морем, были рады пойти навстречу, поскольку щедрость ВМФ дала им возможность исследовать в значительной степени неизвестные области. Они обнаружили, что морское дно вовсе не похоже на тихое однообразное место, как его себе многие представляли. Новые исследования показали с беспрецедентной детальностью, что дно океана — это место колоссальных гор, огромных разломов, глубоких впадин и активных вулканов. Особенно интригующей была линия гор, которая проходит с севера на юг и делит пополам Атлантический океан, повторяя очертания континентов с обеих сторон. Эту систему назвали Срединно-Атлантическим хребтом; для него характерна центральная долина со скалистыми стенами по обе стороны. Кроме того, оказалось, что Срединно-Атлантический хребет не заканчивается в Атлантике. Он соединяется с аналогичной формацией, которая идет на восток по Индийскому океану, вокруг Австралии, а затем в Тихий океан, где простирается на север до Калифорнии, что делает всю систему непрерывным глобальным элементом рельефа.

Однако океанографы нанесли на карту не только топографические особенности. Они изучили многие другие свойства океанского дна, включая магнитные характеристики. Уже было хорошо известно, что на суше местные горные породы влияют на магнитное поле: например, породы с высоким содержанием железа, как правило, дают сильный магнитный сигнал. Поэтому магниторазведка является важным инструментом для поиска металлических руд. Геофизики также обнаружили, что в толстых последовательностях лавовых потоков ориентация магнитного поля иногда оказывалась обратной. Поскольку магматические породы «вмораживают» при застывании характеристики магнитного поля, эти специалисты пришли к выводу, что в прошлом магнитные полюса планеты менялись местами. Потоки лавы, извергавшиеся в соответствующие промежутки времени, дают противоположный магнитный сигнал.

Крупномасштабные магнитные исследования обычно показывают хаотические географические магнитные структуры, поскольку в континентальной коре очень часто соприкасаются весьма разные типы горных пород. Однако первые геомагнитные исследования в океане, проведенные у северо-западного побережья Соединенных Штатов, дали совершенно другие результаты. Они показали, что магнетизм морского дна имеет строго регулярную структуру, когда длинные линейные полосы одинаково намагниченных пород расположены в виде полосатого спектра, как у зебры. Геофизики, выполнявшие эту работу, удивились и озадачились. Они не понимали, как получился такой спектр.

Однако его происхождение стало понятно, когда собрали дополнительные данные о магнитном поле на морском дне. Особенно важной стала информация, полученная при исследовании системы океанических хребтов в Индийском океане и в Северной Атлантике. Здесь, как и в северо-западной части Тихого океана, магнитные спектры оказались правильными — с линейными полосами одинаково намагниченных пород. Поражало то, что эти полосы шли параллельно хребту и были сходными с обеих сторон — практически зеркальное отражение друг друга (рисунок 12). Это стало моментом истины для геонаук. В 1963 году геологи Фредерик Вайн и Драммонд Мэтьюз из Кембриджского университета в Великобритании опубликовали статью, в которой предложили объяснение таких магнитных спектров: они предположили, что центральная долина в океанических хребтах — на самом деле разлом в земной коре, через который постоянно изливается магма, создавая новое дно океана. Когда свежий, богатый железом базальт на дне кристаллизуется и расходится по обе стороны от хребта, он приобретает магнитную сигнатуру — следы магнитного поля планеты на тот момент. Изменения магнитного поля — особенно периодические смены полярности — впечатываются в породы морского дна и обеспечивают спектр из полосок. Идею, что дно океана расширяется в стороны от океанических хребтов, уже высказывали, но именно геомагнитные данные по-настоящему помогли укрепиться теории «спрединга морского дна**» и в конечном итоге привели к теории тектоники плит.

 

Рисунок 12. Когда в разломах образуется новая океаническая кора, на ней остается магнитная сигнатура окружающего магнитного поля, существовавшего в момент образования; в результате получается симметричный рисунок магнитных полос на обеих сторонах центрального разлома. На этой схеме темные полосы изображают участки дна, где магнитная полярность соответствует нынешней, а белые — участки, созданные во времена обратной полярности. Ширина полос зависит от продолжительности промежутков той или иной полярности.

Одинаковые правильные спектры магнитных полос около хребтов обнаруживаются по всему океаническому дну. Как только это выяснилось, то из объяснения Вайна и Мэтьюза для этих полос ученым стало понятно, что океаническая кора должна быть относительно молодой с геологической точки зрения. Внезапно обрели также смысл наблюдения вроде тех, что делал Альфред Вегенер десятилетиями ранее. Если новое дно формируется вдоль Срединно-Атлантического хребта, то Атлантический океан должен расширяться. Самые молодые породы находятся вдоль хребта, самые старые — по краям океана, рядом с материками. Если запустить часы в обратную сторону, то Атлантика закроется, морское дно снова исчезнет в недрах Земли у центрального хребта, и общие геологические особенности у Африки и Южной Америки, зафиксированные Вегенером, будут образовывать единое непрерывное пространство. Континенты не дрейфовали через Атлантику, как он считал; наоборот, при разделении континентов образовался океанический бассейн.

Но здесь появляется очевидная проблема. Ведь если Земля не увеличивается, то невозможно создавать новые океанические бассейны размером во многие тысячи километров (как Атлантический океан). Единственное решение заключается в том, что где-то на планете такое же количество океанического дна должно исчезнуть. Именно это и происходит в тектонических процессах: по мере того как вдоль океанического хребта создается новое дно океана, такое же количество разрушается в так называемой зоне субдукции, где океаническая кора ныряет вглубь Земли (см. рисунок 13).

 

Рисунок 13. Поперечное сечение границы между литосферными плитами, где сталкиваются океаническая и континентальная плиты, как происходит, например, вдоль западного побережья Южной Америки. Стрелки показывают относительное движение плит. Океаническая плита пододвигается под континентальную, высвобождая воду по мере нагрева. В горячей мантии над опускающейся плитой начинается плавление, и на поверхности над зоной субдукции (погружения плиты) появляются вулканы. Материал из верхней части океанической коры может попасть в магму.

Часто, но не всегда, зоны субдукции возникают на краю континентов, и морское дно погружается под материк как продолжаю щася плита. Между континентальной и океанической корой есть большая разница в плотности (континентальные породы намного легче), и поэтому таким образом в мантию возвращается только дно океана, а не континентальная кора.

 

* Следует отметить, что французский географ Антонио Снайдер-Пелегрини в 1858 году (на 60 лет раньше А. Вегенера) опубликовал книгу, в которой соединил Америку, Европу и Африку в один континент на основании сравнения ископаемых растений. А предшественником А. Снайдера-Пелегрини был фламандский картограф А. Ортелиус, высказавший в XVI веке предположение о том, что когда-то все континенты представляли один континент. — Прим. науч. Ред.

** От англ. spread “расширять, растягивать”. — Прим. Пер.

 

Ранее в рубрике «Медленное чтение» были представлены следующие книги, вошедшие в длинной список премии «Просветитель.Перевод»:

Алейда Ассман. Европейская мечта. Переизобретение нации / пер. с нем.: Борис Хлебников; редактор Сергей Кокурин. — М.: Новое литературное обозрение, 2022.

Карл Бергстром, Джевин Уэст. Полный бред! Скептицизм в мире больших данных / пер. с англ.: Елизавета Пономарева; научный редактор Надежда Чеботкова, литературный редактор Ольга Дергачева, ответственный редактор Юлия Константинова. — М.: Манн, Иванов и Фербер, 2022.

Нолан Гассер. Почему вам это нравится? Наука и культура музыкального вкуса / пер. с англ.: Алексей Михеев, Кира Михеева; редактор Алена Щекотихина, ответственный редактор Дарья Рыбина. — М.: КоЛибри, Азбука-Аттикус, 2022.

Ральф Дарендорф. Соблазны несвободы. Интеллектуалы во времена испытаний / пер. с нем.: Марк Гринберг; редактор Сергей Кокурин. — М.: Новое литературное обозрение, 2021.

Майкл Ко. Разгадка кода майя: как ученые расшифровали письменность древней цивилизации / пер. с англ и науч. ред.: Дмитрий Беляев; литературный редактор Галина Беляева, ответственный редактор Ирина Борисова. — М.: Бомбора, 2021.

Сьюзан Линди. Разум в тумане войны. Наука и технологии на полях сражений / пер. с англ.: Наталья Колпакова; научный редактор Александр Гольц, редактор Вячеслав Ионов. — М.: Альпина нон-фикшн, 2022.

Дуглас Смит. Российская миссия. Забытая история о том, как Америка спасла Советский Союз от гибели / пер. с англ.: Евгения Фоменко; редактор Мария Нестеренко. — М.: CORPUS, 2021.

Крис Стрингер. Остались одни. Единственный вид людей на земле / пер. с англ.: Елена Наймарк; редакторы: Александр Туров, Екатерина Владимирская. — М.: CORPUS, 2021.

Карл Циммер. Живое и неживое. В поисках определения жизни / пер. с англ.: Мария Елифёрова; научный редактор Елена Наймарк, редактор Анастасия Ростоцкая. — М.: Альпина нон-фикшн, 2022.

Редакция

Электронная почта: [email protected]
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2022.