100 великих загадок географии

Оболочки Земли распределены по плотности. Наименее плотная и наиболее подвижная – атмосфера. Более плотная и менее подвижная – гидросфера. Ещё инертней и плотней – литосфера. Следует ожидать, что значительно более плотная, чем она, мантия планеты должна быть существенно инертней земной коры.

Гравитационные силы сдавливают Землю равномерно со всех сторон. Казалось бы, земная кора должна иметь одинаковую толщину, а поверхность планеты – быть ровной, если не считать воронок и кратеров от ударов астероидов, как на Луне. Почему же рельеф земной коры не только сложный и разнообразный – от глубочайших впадин до высочайших вершин – и подчинён некоторым закономерностям?

Этот вопрос позже мы обдумать особо. Он связан не только с наукой геоморфологией, которая изучает происхождение рельефа, а затрагивает весь комплекс наук о Земле – и географических, и геологических.

…По-новому раскрывается в геологии время, которое не имеет смысла без материальных проявлений. «Геологическими часами» могут служить скорость накопления осадков, смены форм ископаемых животных и растений, радиоактивные минералы.

Теория относительности предполагает изменение свойств объектов при скоростях, приближающихся к скорости света (увеличение массы, «сплющивание»). Это – виртуальные явления, отражающие точку зрения наблюдателя при некоторых условных допущениях. Совсем иначе – в реальной земной природе.

При геологических медленных скоростях – в масштабах тысяч и миллионов лет – по-настоящему меняются свойства природных объектов. Скальные породы обретают пластичность и сминаются в складки, как пластилиновые. Моря блуждают по поверхности континентов. Реки, змеящиеся по равнине, переползают с места на место. Берега океанов как бы тают от постоянной волновой эрозии. Острова выныривают там, где теперь море. Континенты и островные дуги перемещаются…

Куда ведёт гипсометрическая кривая?

Мы привычно считаем геометрию разделом абстрактной науки математики. Хотя этот термин в переводе с греческого означает «землемерие». Таким было начальное предназначение геометрии. Из практической области знаний она перешла в теоретическую.

2200 лет назад греческий математик Евклид создал логичную чёткую систему геометрии, которую назвали евклидовой. Она считалась единственно возможной, а её законы – применимыми везде и всегда.

Есть, скажем, теорема: сумма углов треугольника равна двум прямым, 180°. Она доказывается убедительно. Можно для проверки на практике подсчитать, чему равна сумма углов треугольников. И тут выяснится, что многое зависит от того, каковы размеры данных фигур.

Если вычертить на ровной поверхности Земли треугольник длиной в сотни километров и точно измерить его углы, то сумма их окажется меньше 180°. Это понятно: углы треугольника искажены, потому что вычертили его не на плоскости, а на поверхности шара. Надо чертить фигуры на плоской поверхности.

Но почему надо принимать за основу плоскую поверхность? В природе таких поверхностей мало. Любая прямая линия или плоскость являются частными случаями кривой линии или плоскости.

Эту мысль положил в основу своей геометрии Н.И. Лобачевский. Он воспользовался «подсказкой», которую дала ему шарообразная форма Земли. Так геометрия после долгого перерыва вновь обрела непосредственную связь с природой.

Во времена Лобачевского учёные считали, что космическое пространство евклидово, а путь луча света – идеальной прямой. Однако Лобачевский предложил эту гипотезу «проверить, подобно другим физическим законам», и провести соответствующие «Астрономические наблюдения» (так писал он – с заглавной буквы).

В ту пору почти никто не принял его предложение всерьёз. А в XX веке выяснилось, что Лобачевский был прав. Недаром он утверждал, что в основании математики должны лежать понятия, «приобретаемые из природы». Оказывается, луч света может отклоняться от прямой линии, например, когда пролетает мимо массивных небесных тел.

История с геометрией Лобачевского показывает, что география помогает познавать мир и совершать открытия в разных областях знаний. И другой вывод: надо уметь переходить от абстрактных понятий математики к реальной природе. Показательный пример – гипсометрическая кривая (от греческих слов «гипсос» – «высота» и «метрос» – «измерение»). Она изображает обобщённый рельеф Земли.

Гипсометрическая кривая ведёт нас от высоких гор до океанских глубин. На ней видны две отчётливые ступени: океаническая и материковая равнины. Абстрактная гипсометрическая кривая показывает фундаментальную особенность земного рельефа.

На карте земной поверхности площадь Мирового океана значительно больше площади суши. Гипсометрическая кривая показывает то, что с поверхности не увидишь: если к территории континентов добавить площадь шельфа и материкового склона (что вполне логично), то в сумме они будут немногим меньше площади дна океана. Что бы это значило?

Гипсометрическая кривая (сплошная линия) и рельеф дна Мирового океана

Гипсометрическая кривая превращается в вопросительный знак, если несколько иначе нарисовать профиль дна Мирового океана, приблизив его к реальности. Взглянем на окраины Тихого океана. Там перед горными хребтами Анд и Кордильер островными дугами зияют впадины глубоководных желобов.

Гипсометрическая кривая с учётом расположения глубоководных впадин и горных систем. Высоты и глубины в километрах

У меня есть свой вариант гипсометрической кривой, отражающий эту закономерность: высокие горы расположены сравнительно близко к океанам. Такова ещё одна географическая загадка. График наводит на мысль о возможности существования круговорота литосферы на границе континента и океана. Эту идею нам ещё предстоит обсудить.

…Географы давно перешли от описания Земли к её изучению. Принято считать, что в их ведении находятся процессы, происходящие на земной поверхности, в почве, морях и океанах, в атмосфере, а каменную плоть планеты исследуют геологи.

В действительности не получается так просто. Извергаются вулканы, сотрясается земная поверхность, врываются на берег цунами. Невозможно постичь такие явления, не учитывая то, что происходит в недрах планеты. А геологи, обдумывая динамику каменной тверди, подчас забывают о том, что она может зависеть от процессов, происходящих на земной поверхности.

Так сложилось исторически. Первые геологи были горняками, минералогами, палеонтологами. Они исследовали каменную твердь, оставляя жизнь земной поверхности в распоряжении географов. А те, в свою очередь, мало интересовались жизнью земной коры, предоставив это занятие геологам. Отчасти так продолжается до сих пор.

Гипсометрическая кривая вынуждает задуматься: почему поверхность Земли ступенчатая? Почему рельеф дна Мирового океана как бы зеркально отражает рельеф суши? Почему на планете нет гор выше 9 км? Почему наиболее глубок океан на границах с континентами или островными дугами? Почему глубоководные желоба не заполнены осадками?..

Внешность нашей планеты выразительна и загадочна.

Почему различны полушария Земли?

Признаки геологической активности Земли ослабевают ниже 500–600 км, редко больше (менее чем на десятой доле радиуса планеты). Это неудивительно, если учесть действие гравитации. Глубины Земли как будто показывают явное стремление к равновесию, к радиальной симметрии.

Если бы в приповерхностных зонах господствовали глубинные или космические силы, то диссимметрия Земли не должна была бы проявляться резко, а отклонения от равновесия определялись вращением или космическим положением планеты.

Иная ситуация на земной поверхности и в земной коре. На одном полушарии планеты преобладает океан, на другом – континенты. Почти всегда на противоположной стороне планеты против океана находится континент (или прибрежная шельфовая зона и континентальный склон, части его). На Северном полюсе – океан, а на южном – континент. В Северном полушарии преобладает суша, а в Южном – акватория.

Устойчивое нарушение симметрии (диссимметрия) характерно для живых организмов. Геометрически законченная, близкая к совершенству структура кристалла не предполагает дальнейшего развития. Как говорил французский физик Пьер Кюри: «Диссимметрия творит явления». Другой выдающийся физик Эрвин Шрёдингер называл живой организм апериодичным (незавершённым) кристаллом, а потому способным к развитию. В этом наша планета подобна живому существу.

Какая сила сохраняет диссимметрию Земли? По мнению В.И. Вернадского – живое вещество, которое вводит «в физико-химические процессы земной коры световую солнечную энергию». Поэтому «слои планеты – глубже 1000 км… никоим образом не проявляются в каких бы то ни было геологических явлениях».

Диссимметричен и наш мозг: одно полушарие преимущественно рассудочное, другое – эмоциональное (в упрощённой схеме). На планете системой памяти и активной переработки информации являются континенты. Хотя и в мозге, и на планете функции полушарий частично перекрещиваются.

Континентальная кора более мощная, пёстрая по составу, разбитая разломами на сравнительно небольшие подвижные глыбы и блоки. Океаническую кору можно разделить на огромные, более или менее плоские, сравнительно однородные плиты. Гигантская масса осадочных горных пород и их производных (в частности, гранитов), а также месторождений полезных ископаемых на континентах связаны с деятельностью живых организмов. Именно они устойчиво поддерживают диссимметрию, насыщая континентальную каменную оболочку солнечной энергией. Мировой океан тоже поглощает солнечную энергию. Но она идёт почти исключительно на нагревание воды и воздуха, то есть на самые простые нужды. Так распределяются функции полушарий Земли. Почему так получилось?

Океаническое и континентальное полушария Земли.

На графике показана доля океанов и континентов на разных широтах.

Внизу – двойники кристаллов. Кристаллы бывают «правыми» и «левыми», их количество в земной коре одинаково; у них, в отличие от живых организмов, отсутствует диссимметрия, устойчивое нарушение симметрии

Есть несколько вариантов. Одни считают, что сначала всюду был океан, затем появились зародыши континентов. Другие утверждают, что прежде преобладала суша, а океаны появились около 160 миллионов лет назад. Есть версия, что все океаны сравнительно молоды, имеют разный возраст, а возникли в результате движения литосферных плит.

Не исключено, что впадина Тихого океана возникла, когда при формировании Земли под действием центробежных сил от неё отделилась огромная масса вещества, образовав Луну. Гипотезу обосновал сын Чарлза Дарвина астроном Джордж Говард Дарвин в 1878 году. Она пережила период популярности, затем критики. Но когда выяснилось сходство пород Луны и верхней мантии Земли, её снова реабилитировали.

Каждая из этих идей более или менее убедительно обоснована и так же раскритикована. В науках о Земле так бывает нередко. Одна из причин в том, что земная природа индивидуальна во всех своих проявлениях, от отдельного кристалла или цветка до горных систем и ландшафтов. Все регионы своеобразны по строению, истории, геохимии. Они изменчивы и в пространстве, и во времени.

Восстановить и сопоставить этапы развития разных регионов нелегко. Слои осадочных пород не только накапливаются, но и разрушаются, морской режим много раз сменяется континентальным, на месте впадин начинают воздыматься холмы и горы.

Представители «точных» наук имеют дело с типовыми объектами и явлениями. Можно провести опыты, подтверждающие или опровергающие гипотезу. В таких случаях математический метод работает отлично, результаты получаются более или менее однозначными.

В жизни Земли решающую роль играют химические процессы. Так жизнедеятельность организма лишь в самой примитивной схеме можно изобразить в математической форме. Ведь речь идёт о сложнейших – вплоть до квантового уровня – химических реакциях и превращениях. То же относится и к процессам в области жизни – Биосфере, – где живые организмы выполняют важнейшие функции.

В науках о Земле многое зависит от региона, который берётся за основу исследования. У специалистов, изучающих континенты, складывается система взглядов не всегда совпадающая с идеями исследователей океана. Отсюда и противоречивые взгляды на природу. К тому же она временами преподносит сюрпризы исследователям.

До середины прошлого века учёные были уверены, что Мировой океан не менее древнее образование, чем континенты. Бурение дна океана неожиданно показало: здесь нет осадочных слоёв старше 160 миллионолетий! Неужели океан так молод? Хотя, по материалам палеогеографии, он существовал многие сотни миллионов лет.

Странная ситуация. Нет сомнений, что Мировой океан существовал более миллиарда лет. В монографии отечественных специалистов по палеогеографии «Климат в эпохи крупных биосферных перестроек» (2004) сказано: «Тихий океан представлял собой в раннем мелу обширный глубоководный бассейн по размерам несколько больше современного». В книге даны географические карты разных геологических эпох. Там везде присутствует Мировой океана, а материки временами объединяются или расходятся в разные стороны.

Не менее убедительны сведения об осадочных породах, полученные драгированием и бурением дна Мирового океана. Сравнительно молодые (по геологическим масштабам времени) осадки залегают на древнем базальтовом основании. Как совместить эти факты?

Другая особенность дна океана: здесь нет гранитного слоя, распространённого на континентах. В.И. Вернадский объяснил: «Причину отсутствия гранитной оболочки под Тихим океаном нужно искать не в глубинных проявлениях планеты, не в связи с… движениями дна Тихого океана, не в связи с историей Луны… как некогда входившей в состав вещества Земли на месте Тихого океана, как думают астрономы, но надо искать причину этого явления в геологической истории континентов».

Можно по-разному относиться к подобным высказываниям пусть даже весьма авторитетных учёных. Но в данном случае есть о чём задуматься. Литосфера континентов несравненно сложней по составу и структуре, чем подобная плитам тонкая кора дна океана. Почему на базальтовом ложе Мирового океана залегают осадки, но не образовалась хотя бы тонкая корочка гранитных пород, столь характерных для континентов?