100 великих тайн Земли

Перед учеными воочию предстает то, что обычно скрыто от них глубоко под водой. Эта область планеты вызывает у них большой интерес. Здесь можно изучать процессы, которые сокрушили когда-то Лавразию, Гондвану и другие суперконтиненты Земли. Ведь пока ученым во многом неясно, как распадаются континенты. Здесь же их теоретические рассуждения воплощаются в жизнь.

Небольшая трещина, образовавшаяся некогда в Африканской плите, неуклонно расширяется по меньшей мере уже 20 миллионов лет. Однако за последние 2 миллиона лет происходящие здесь процессы заметно ускорились.

Начавшись на побережье Эфиопии, зона разломов минует теперь Аддис-Абебу, цепочку небольших озер и направляется к озеру Виктория. В виде гигантской буквы «ипсилон» она протянулась через всю Восточную Африку. К северу от озера Виктория расположен, пожалуй, самый большой «перекресток» Африки. Здесь сходятся три основных грабена, разламывающие континент на части. Уже сегодня геологи, работающие здесь, говорят не о двух частях единой Африканской плиты, а отдельно о Нубийской (к западу и северу от зоны разлома) и Сомалийской плитах.

Пройдет еще 10 миллионов лет, уверены многие геологи, и на географической карте появятся два новых континента, расположенные на месте одного современного. Один будет состоять из Западной и Центральной Африки, а другой – из нынешней Восточной Африки. Между ними будет простираться новое море или даже океан. Вероятно, Нил окажется отрезан от своих истоков, а может, изменит направление своего течения и будет впадать в Индийский океан.

Некоторые ученые полагают, что Африка начала понемногу растрескиваться сразу после того, как около160 миллионов лет назад от этого континента стала отделяться чуть ли не целая его половина – Южная Америка. По мнению других специалистов, земная кора начала разламываться здесь после серии катастрофических извержений вулканов.

Скептики же имеют на сей счет свое особое мнение. Они не согласны с тем, что нынешние события должны предвещать то, что случится через многие миллионы лет. Может быть, и впрямь мы имеем дело лишь с отголоском тех бурных процессов, что привели когда-то к отделению Аравийского полуострова от Африки? И вся нынешняя сейсмическая и вулканическая активность в Восточно-Африканской зоне разломов – лишь афтершок той великой катастрофы, породившей Красное море?

Пытаясь понять будущее, ученые еще дальше заглядывают в прошлое. Так, когда Южная Америка отделилась от Африки, этому тоже предшествовало появление тройной системы рифтов, соединявшихся в виде буквы «ипсилон». Центр этой системы находился тогда в районе современного Гвинейского залива. Один ее рукав протянулся на запад, другой – на юг, а третий – на северо-восток. Громадный континент разломился вдоль линии, образованной первыми двумя рукавами. Третий, протянувшийся посредине Африки, на протяжении миллионов лет был заполнен морем, но, когда уровень Мирового океана понизился, оказался отрезан от него и со временем пересох. Теперь об этом желобе шириной в 100 километров напоминает лишь мощный слой осадочных отложений, заполнивших его. Возможно, тектонические процессы утихнут и в восточной части Африки, и континент сохранит свои прежние очертания.

Характер движения современных литосферных плит также говорит против рождения нового материка, которому некоторые уже дали название «Эфиопо-Кения». Африка словно зажата в тисках. Атлантический океан понемногу расширяется. В зоне срединного хребта, пролегающего по его дну, постоянно рождается океаническая кора, и под ее давлением Африканская плита дрейфует на восток, перемещаясь со скоростью около 3 сантиметров в год. В свою очередь, Индо-Австралийская плита напирает на Африку с востока, сдвигаясь в западном направлении со скоростью почти 2 сантиметра в год. Даже если Африка разломится на две части, то, испытывая мощное давление с обеих сторон, эти части так и не отделятся окончательно друг от друга.

Впрочем, история нашей планеты не раз опровергала подобные теоретические выкладки. Так, 100 миллионов лет назад от побережья Восточной Африки оторвался миниатюрный континент – Мадагаскар и, несмотря на мощное противодействие той же Индо-Австралийской плиты, все-таки «отплыл» в сторону Индийского океана. Тогда давление магмы, изливавшейся при разломе континентальной коры, оказалось сильнее, чем противодействие соседней плиты, возвращавшей Мадагаскар на его «законное место».

Земля – это Гея?

Что такое Земля? Каменный шар, покрытый растительностью, или живой организм? Быть может, наша планета реагирует на все, что происходит с ней? На все, что делает человек?

Еще в 1960-х годах эту странную гипотезу («Земля – живой организм») предложили американский микробиолог Линн Маргулис и британский химик, биофизик и медик Джеймс Лавлок. Тогда она стала предметом насмешек. Но со временем все больше ученых соглашаются с этим радикальным взглядом на природу нашей планеты. Что побудило их переменить мнение? Какие доводы можно привести в поддержку этой на первый взгляд безумной идеи?

Когда-то древнегреческий философ Платон утверждал, что Космос более всего похож на живое существо и все остальные существа являются лишь его частью. Две тысячи лет спустя, в XVIII веке, Джеймс Геттон, один из отцов современной геологии и медик по образованию, также описывал Землю как «сверхорганизм», как особую «физиологическую систему».

Но на протяжении последних столетий ученые, и верно, привыкли относиться к Земле как к мертвому каменному шару, который, повинуясь законам механики, кружит по просторам Вселенной. Однако в ХХ веке это механистичное мировоззрение было поколеблено. Одной из гипотез, пробивших брешь в бастионе науки, которая вознесла человека в центр мироздания, стала гипотеза Геи (она названа так в честь греческой богини Земли). В чем ее суть?

В 1979 году в своей книге «Гея: новый взгляд на жизнь на Земле» Лавлок писал: «Гея – сложная, целостная система, которая охватывает земную биосферу, атмосферу, океаны и почву. В своей совокупности она образует кибернетическую систему, которая стремится к тому, чтобы на нашей планете установились оптимальные физические и химические условия». Земля, как любой организм, способна к саморегуляции. Неужели земная твердь – это одно огромное живое тело?

Платон утверждал, что Космос более всего похож на живое существо, и все остальные существа являются лишь его частью

Как же протекают процессы саморегуляции на нашей планете? Главная цель Земли-Геи – поддерживать условия, необходимые для сохранения и развития жизни. Природа не заботится о благе какого-то одного вида, пусть даже тот и считает себя ее «венцом».

Основными параметрами, на которые способна влиять Земля, являются средняя температура на планете, состав атмосферы и соленость Мирового океана. В их регуляции деятельно участвуют и живые организмы. Лишь за счет взаимодействия живой и неживой материи достигается обратная связь. Как это происходит? Как, например, регулируется температура?

Со времени возникновения Земли количество солнечного света, получаемого ею, возросло примерно на четверть, но средняя температура на планете повысилась не так значительно. Важнейшую роль в ее регуляции играет такая характеристика, как альбедо – способность земной поверхности отражать падающий на нее свет. Зависит альбедо от разных причин – от площади, занимаемой льдами в высоких широтах, от облачности, а всё это, в свою очередь, обусловлено целым рядом факторов.

И тут многое определяется организмами, населяющими планету, прежде всего фитопланктоном. Многочисленные крохотные водоросли не только потребляют углекислый газ, но и выделяют диметилсульфид. Его частицы служат центрами конденсации облаков. Когда наступает период потепления, водоросли разрастаются, и в атмосферу попадает все больше диметилсульфида. Земля окутывается облаками, которые отражают все больше солнечного света, а потому средняя температура вновь понижается. Это лишь один из факторов, влияющих на температуру на Земле. Наша планета, можно сказать, – это живой термостат.

Другой пример. Почему соленость Мирового океана остается неизменной? Сегодня этот показатель составляет примерно 3,4 %, что оптимально для морских животных. Если бы соленость превысила 4 %, это привело бы к массовому вымиранию всего живого в морях, поскольку нарушилась бы нормальная жизнедеятельность клеток – основы основ любых организмов. Очевидно, на протяжении миллионов, если не миллиардов лет показатель солености морской воды почти не менялся.

Но почему? Ученые подсчитали, что ежегодно вместе с речной и дождевой водой в моря попадает около 2,75 миллиарда тонн минеральных солей. Речные потоки и струи дождя вымывают их из горных пород и осадочных отложений. Итак, количество соли в морях из года в год прибывает, а степень солености воды ничуть не меняется, оставаясь значительно ниже критической величины. Даже катастрофические события – падения крупных метеоритов или длительные эпохи оледенения – не нарушали работу этого таинственного механизма, который ограничивает количество соли в морях.

Очевидно, есть некая система регуляции, поддерживающая соленость морской воды на неизменном уровне. Как выяснилось, ключевую роль играют такие микроорганизмы, как кокколитофориды – одноклеточные водоросли, важнейшие продуценты органического вещества в морях и океанах. Они и накапливают соли кремниевой кислоты или углекислый кальций в своих известковых пластинах, которые после их отмирания опускаются на дно. Именно из них и сложены мощные – высотой в несколько сотен метров – пласты известняков, образующие современные океанические отложения и материковые породы. Так, соль, пополняющая воду морей и океанов, изымается из нее, и благодаря этому солевой баланс поддерживается в равновесии.

Еще один пример: содержание кислорода в атмосфере. Кислород легко вступает в реакцию с другими веществами и изымается из воздушной оболочки. Тем не менее количество атмосферного кислорода на протяжении многих миллионов лет остается на неизменном уровне. Свидетельством тому – воздушные включения, которые обнаруживают в янтаре или образцах льда, извлеченных с большой глубины, например из гренландских ледников. Состав этого «доисторического» воздуха мало чем отличается от состава современного воздуха. Авторы гипотезы объясняют этот удивительный факт тем, что биосфера Земли – совокупность живых организмов, населяющих нашу планету, – сама поддерживает концентрацию кислорода на неизменном уровне.

В принципе, человек – единственный вид животных, способный ради своего блага вмешиваться в «процессы обмена веществ», протекающие на Земле. Наш шанс – в том, что мы поймем суть этих процессов и научимся влиять на них для того, чтобы поддерживать спасительное для всего живого равновесие.

Между тем в 2006 году Лавлок выпустил свою, пожалуй, самую пессимистичную книгу: «Месть Геи. Почему Земля защищается?» По его мнению, в ближайшие десятилетия нас ждет резкое и бесповоротное изменение климата. Льды в Арктике окончательно растают. Если сейчас ледяной щит, который сковывает Северный океан, отражает до 90 % падающих на него лучей, то после его таяния вся эта солнечная радиация будет поглощаться морской водой и способствовать дальнейшему разогреву планеты. К концу XXI века, полагает Лавлок, миллиарды людей погибнут из-за климатической катастрофы. Немногие уцелевшие переберутся в полярные области, где еще можно будет жить. До сих пор, подчеркивает ученый, механизм саморегуляции Земли лишь способствовал выживанию человека. Но теперь, когда «чудодейственный прогресс» наделил нас невиданной прежде мощью и нам уже по силам уничтожить всю планету, человек стал опасен для Земли.

Остановить происходящее невозможно. Выбросы в атмосферу парниковых газов продолжают нарастать, и это приведет нашу цивилизацию к такому же печальному концу, который когда-то был уготован и динозаврам.

Каким будет мир через сотни миллионов лет?

Через каждые полмиллиарда лет все континенты сходятся воедино. Впрочем, до сих пор неясно, где произойдет их очередная «встреча». За последние десятилетия ученые весьма точно определили скорость и направление перемещений, которые потихоньку совершают континенты. Но позволит ли это понять, как будет выглядеть мир через сотни миллионов лет?

По одной из гипотез суперконтиненты неизменно образуются в одной и той же области нашей планеты. В свое время Атлантический океан возник после того, как вначале Пангея, а потом и ее обломок, Гондвана, распались на отдельные части. Сейчас Африка и Южная Америка неуклонно дрейфуют, каждый год отдаляясь друг от друга еще на несколько сантиметров. Но если когда-нибудь они повернут вспять, то со временем снова сомкнутся, расположившись там же, где когда-то простиралась Пангея.

Будущая Земля может быть такой

Эта гипотеза лежит, например, в основе модели, которую несколько лет назад представил геофизик Кристофер Скотезе из Техасского университета. По его расчетам, через 40 миллионов лет Австралия столкнется с Юго-Восточной Азией. В последующие 25—75 миллионов лет она, сместившись поначалу в сторону Индонезии и Малайзии, повернется против часовой стрелки, надвинется на Филиппины и окончательно сольется с Азией.

Африка расколется на две части. Восточная ее часть сольется с Индией, а весь остальной континент поплывет на север. Примерно через 50—60 миллионов лет Африка и Европа соединятся. Их столкновение породит новую горную систему, Средиземноморские горы – такие же высокие, как Гималаи. Само Средиземное море исчезнет, а на карте появится новый континент – Афразия. Кстати, в результате этой коллизии современная Евразия немного повернется по часовой стрелке. Так что Сибирь будет располагаться южнее, чем теперь.

Антарктида же начнет перемещаться на север, постепенно теряя льды. За 100 миллионов лет она пересечет Индийский океан и еще через 50 миллионов лет вклинится между Мадагаскаром и Индонезией. После этих «перестановок» Индийский океан станет «внутренним морем». Таяние ледяного щита Антарктиды приведет к тому, что уровень Мирового океана повысится метров на сто. Под водой скроются дельты всех современных рек. Будет затоплена Амазонская низменность.

Вообще же будущее Америки предсказать сложно. Сейчас эта часть света каждый год удаляется от Европы и Африки еще на несколько сантиметров. Однако Скотезе полагает, что через 50 миллионов лет Америка развернется и начнет дрейфовать в сторону Афразии, поскольку на западной окраине Атлантического океана образуется зона разлома, которая протянется с севера на юг. Примерно через 200 миллионов лет с Африкой столкнется Ньюфаундленд, а через некоторое время и Бразилия примкнет к Южной Африке. Южноамериканский континент повернется вокруг мыса Доброй Надежды, словно гимнаст, выполняющий упражнение на перекладине, и своими «ногами» – Патагонией – дотянется до Индонезии.

Пройдет еще 50 миллионов лет, и почти все части суши сольются воедино. Возникнет новый суперконтинент. По гипотезе Скотезе, он будет напоминать собой огромный бублик, поскольку материки, соединившись, образуют кольцо. Ученый дал ему название Pangдa Proxima, «Пангея Следующая». Расстояние от Пекина до Буэнос-Айреса сократится вдвое. Нигерия окажется рядом с США. Австралия, по одной версии, расположится возле Южного Китая, а по другой версии, соединится с Антарктидой и окажется чуть в стороне от суперконтинента, к югу от него.

А может быть, никакого поворота материков (в частности, Америки) и не произойдет? Место их встречи перемещается по поверхности планеты, а потому обломки распавшейся некогда Пангеи, совершив оборот вокруг Земли, снова соберутся воедино уже на другом ее конце. В таком случае Атлантический океан продолжит расширяться, а Америка – двигаться в сторону Азии.

Эта гипотеза лежит в основе моделей будущего, которые представили австралийский геофизик Сергей Писаревский, а также Рой Ливермор из Кембриджского университета и Пол Хофман. В их расчетах Америка и впредь будет двигаться в том же направлении, что и теперь. В конце концов, это приведет к тому, что Тихий океан исчезнет. Северная и Южная Америка достигнут Азии и сольются с ней, образовав новый огромный континент – Амазию. Австралия переместится на север. Антарктида, по сценарию Писаревского и Хофмана, останется на том же месте, что и теперь. Ливермор же полагает, что она станет частью нового суперконтинента, который он назвал «Новопангея».

В 2012 году журнал Natureопубликовал еще одну гипотезу, предвещающую судьбу всех материков. Как полагает американский исследователь Росс Митчелл, новый суперконтинент будет располагаться под углом примерно 90° по отношению к своему предшественнику. Его центр окажется где-нибудь в Тихом океане. Зато Карибское море и Северный Ледовитый океан исчезнут.

В принципе, ученым известно не так много о том, где находились древнейшие суперконтиненты. Так, анализируя магнитные характеристики минералов, Митчелл и его коллеги пришли к выводу, что Пангея располагались почти перпендикулярно по отношению к существовавшей до нее Родинии. По их мнению, такая необычная конфигурация вызвана тем, что через каждую пару сотен миллионов лет меняется характер движения твердого вещества в мантии нашей планеты, а именно оно и является тем транспортом, который перемещает континенты.

Уже сейчас вовсю идет строительство нового суперконтинента: Северная и Южная Америка надвигаются друг на друга, а остатки громадного южного континента – Гондваны – сближаются с Евразией. Некогда Индия состыковалась с ней, Африка стремится слиться с Европой, да и Австралия перемещается теперь на север.

Многое, конечно, может вмешаться в расчеты ученых, нарушить их. Что, если одна из плит когда-нибудь разломится, как это и происходит сейчас с Африканской плитой, и ее обломки будут сталкиваться с другими плитами или сливаться с ними, перечеркивая скрупулезные выкладки геофизиков? Эти обломки могут даже изменить свое направление движения и вернуться туда, откуда и прибыли.

В любом случае появление нового суперконтинента разительно изменит климат нашей планеты. В «Пангее Предыдущей» климат был резко континентальный. Лето в умеренных широтах стояло очень жаркое, а зимой воцарялись 20—30-градусные морозы. В зимние месяцы Пангея утопала в снегах, а с приходом весны обширные области суши скрывались под водой.

Наконец, еще одна гипотеза переносит нас на миллиард с лишним лет вперед – в ту эпоху, когда на нашей планете уже успеют распасться два-три не рожденных пока суперконтинента. К этому времени недра Земли заметно остынут, вещество мантии будет все хуже перемешиваться, а значит, стихнет и движение плит. Кроме того, Солнце будет все сильнее прогревать поверхность Земли, поскольку его температура возрастет. Все океаны и моря испарятся, выкипит и испарится даже вода, которая содержалась в мантии и смазывала движущиеся плиты. Через 2 миллиарда лет Земля станет мертвой планетой.

А человечество? Оно исчезнет с лица Земли гораздо раньше. Увы, ни Бог, ни боги не защитят людей от императива биологии. Люди проиграют конкурентную борьбу некоторым другим видам животных, которым примутся помогать сами природные стихии. Так человек станет еще одним неудачником эволюции, пополнив список аммонитов, белемнитов и иже с ними.

В глубь планеты

Путешествие к центру Земли

В романе Жюля Верна герои спускаются в кратер вулкана, чтобы достичь глубин нашей планеты. На самом деле в ее недрах царит адская жара, а потому ученые могут совершить лишь воображаемое путешествие к центру Земли, используя результаты спутниковых наблюдений, компьютерные модели, данные сейсмических исследований. Что же нового открывается им?

Земля покрыта тонкой оболочкой – корой, которая на суше гораздо мощнее, чем под океанами. Земная кора – лишь «кожа» нашей планеты. Многие геологические феномены «коренятся» не здесь – они обусловлены процессами, протекающими глубоко в недрах Земли, в ее мантии, на долю которой приходится 82 % объема всей планеты.

Исследование мантии принесет еще немало неожиданных открытий. Лишь верхняя ее часть как будто не таит ничего особенного. Вместе с корой она образует литосферу, состоящую из отдельных фрагментов – плит. Эта область Земли хорошо изучена. Но уже в 50—100 километрах от поверхности планеты начинаются загадки. Там простирается астеносфера. Она разделяет верхнюю и нижнюю, более плотную часть мантии и заканчивается на глубине 250—350 километров от земной поверхности. При распространении сейсмических волн она ведет себя как громадный амортизатор.