История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие - Дональд Протеро
Фрагмент головоломки № 4: Полосы на морском дне
Когда после окончания Второй мировой войны начала активно развиваться морская геология, исследователи, как правило, просто накапливали как можно больше различных данных, не зная, что именно они могут найти или что эти данные могут означать. Все суда института Скриппса, лаборатории Ламонт или института Вудс-Хоул регулярно собирали по всем морям информацию о глубине дна, геологии слоев под ним, а также температуре, солености и химическом составе морской воды на разных глубинах. При любой возможности длинная стальная трубка – поршневой пробоотборник – опускалась в отложения океанского дна, чтобы взять керн из осадочных слоев, образовавшихся за миллионы лет истории океана.
На борту каждого из этих судов имелся также длинный торпедообразный прибор – протонный прецессионный магнитометр. Изначально его разработали для охоты на подводные лодки во время Второй мировой войны, поскольку стальные корпуса кораблей обладают сильным магнитным полем. Когда война закончилась, оставшиеся после нее корабли и магнитометры передали, как уже упоминалось, океанографическим учреждениям для геологических исследований. Обычно эти приборы буксировали за кораблем, и они непрерывно фиксировали все магнитные поля, которые улавливали.
В конце 1940-х – начале 1950-х гг. ученые благодаря этому накопили огромное количество данных о магнитных полях на морском дне. Когда такую информацию конвертировали из старых компьютерных файлов, проанализировали и представили в виде графика, результаты выглядели не случайным набором точек, а демонстрировали странную закономерность: при нанесении на карту точки образовывали огромные полосы разной напряженности магнитного поля, встреченные кораблями во время плавания в океане (рис. 21.5). Эти полосы формально именовались магнитными аномалиями, потому что измеренные величины отличались от обычного фонового значения магнитного поля, которое вы ощущаете в течение жизни. В одних случаях наблюдались положительные аномалии – показатели превышали фоновое значение окружающего поля Земли. В других случаях отмечались отрицательные аномалии – измеренные показатели были ниже средней величины магнитного поля, регистрируемой магнитометром.
Геологи не знали, что делать с обнаруженным феноменом. Возможно, это чередующиеся полосы разных типов пород? Или чередование сильно и слабо намагниченных пород? К концу 1950-х гг. геофизики из Института Скриппса Рональд Мейсон и Артур Рафф анализировали данные о дне Тихого океана у берегов Аляски, Британской Колумбии, Вашингтона и Орегона, но картина оказалась сложной и запутанной. Оставалось неясно, что вызывало появление этих параллельных магнитных полос.
Тем временем над аналогичными проблемами размышляла большая группа геологов и геофизиков Кембриджского университета под руководством физика Эдварда Булларда. В 1961 г. Драммонд Мэтьюз (рис. 21.6А) написал диссертацию на основе исследования образцов, драгированных из Срединно-Атлантического хребта. Его работа показала, что хребет полностью состоит из одинаковых на вид потоков базальтовой лавы и что не существует никакой реальной разницы в типах горных пород, которая могла бы объяснить пресловутые магнитные полосы. В 1962 г. еще один молодой ученый Фредерик Вайн стал участвовать вместе с Мэтьюзом в океанографических рейсах, не только собирая образцы, но и просматривая массу сведений о магнитном поле, получаемых с той же части морского дна. Сначала Вайн использовал данные, которые Мэтьюз привез с хребта Карлсберг в Индийском океане, а в 1962 г. Вайн и Мэтьюз начали изучать имеющуюся информацию для Срединно-Атлантического хребта к югу от Исландии (рис. 21.5), где Мэтьюз собирал свои образцы пород. Они тесно сотрудничали и даже делили жилье во время пребывания в Кембридже.
Рис. 21.5 Схема магнитной полярности морского дна. Это оригинальная картина для хребта Рейкьянес – составной части Срединно-Атлантического хребта к югу от Исландии. Полосы прямой полярности (черные) и обратной полярности (белые) соответствуют исходным положительным и отрицательным магнитным аномалиям, измеренным судовым магнитометром. Составлено по нескольким источникам
Рис. 21.6 Пионеры тектоники плит. (А) Фредерик Вайн (слева) и Драммонд Мэтьюз в 1970 году. Фото Дж. Р. Канна (J. R. Cann). (В) Гарри Хесс, объясняющий тектонику плит. Источник: Merritt, J., I. Hess's Geological Revolution: How An «Essay In Geopoetry» Led to The New Science of Plate Tectonics. Princeton Alumni Weekly (1979)
Их также вдохновлял пример еще одного геолога – Гарри Хэммонда Хесса из Принстонского университета (рис. 21.6В). В 1931 г. Хесс участвовал в плавании американской подводной лодки, целью которого было измерение гравитации на дне океана от Флориды и Кубы до восточной части Карибского моря. Во время Второй мировой войны он стал капитаном военного транспорта USS Cape Johnson, совершавшего рейсы по Тихому океану. Хесс днем и ночью держал эхолот включенным и поэтому постоянно накапливал информацию о морском дне под судном.
В ходе этого процесса Хесс впервые обнаружил многие важные структуры океанского дна, включая огромные подводные горы, возвышающиеся над ложем океана. У некоторых из этих подводных гор были плоские вершины. Будучи первооткрывателем, ученый имел право дать им название, и он предложил именовать их гюйотами – в честь Арнольда Гюйо[84], швейцарского геолога, основавшего в Принстонском университете геологический факультет (который до сих пор располагается в Гюйо-Холле).
Когда война закончилась, Хесс некоторое время оставался в резерве ВМФ и дослужился до контр-адмирала, хотя и возобновил преподавание в Принстоне. Он начал собирать информацию, поступавшую из разных океанографических учреждений за последнее десятилетие. Из своей работы на флоте он знал, что подводные горы – это, вероятно, вулканы, которые когда-то извергались над поверхностью моря, а с возрастом постепенно погружались все глубже и глубже. Из своих гравитационных исследований он имел представление о странных величинах гравитационного поля под океаническими глубоководными желобами. От своих друзей из Обсерватории Ламонт он слышал, что Брюс Хейзен и Мари Тарп нанесли на карту исполинский Срединно-Атлантический хребет с его огромной рифтовой долиной посередине, которая доказывала, что по этой линии хребта происходят растягивание в стороны и разрыв океанского дна (см. главу 22). Он также был знаком с гипотезой Артура Холмса об огромных конвекционных ячеях в мантии, толкающих блоки земной коры (глава 8).
Соединив все эти факты, Хесс опубликовал в 1962 г. фундаментальную статью, в которой объяснялись почти все составляющие современной модели тектоники плит – от спрединга морского дна в зоне срединно-океанических хребтов до постепенного опускания океанической коры по мере ее удаления от этих хребтов. Он также понял, что фронтальная часть движущейся коровой плиты погружается в глубоководный желоб (эти места еще не были названы зонами субдукции). Однако все еще не существовало надежных данных, подтверждающих, что морское дно действительно раздвигается и перемещается, как пара конвейерных лент, идущих в противоположных направлениях. Не имея таких доказательств, Хесс назвал собственную работу «упражнением в геопоэзии», принижая тем самым собственные смелые утверждения
