Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №03 за 1984 год
Высоту на земле всегда определяли от уровня моря. Казалось, нет стабильнее точки отсчета. Хотя колебания не исключались, но они были либо кратко-временны и волнообразны (приливы и отливы), либо совершенно ничтожны — миллиметры в год. И вдруг...
На поверхности океана, как оказалось, постоянно, даже в самую тихую погоду, держатся поднятия и впадины— словно неподвижные волны. Поднятия подобны по высоте холмам средней величины, но в поперечнике достигают 3—5 тысяч километров. Ничуть не уступают им и впадины.
Подобных неровностей в Мировом океане несколько, находятся они на большом расстоянии друг от друга. К югу от полуострова Индостан (близ экватора) — впадина глубиной 112 метров. Неподалеку от Австралии «бугор» около 80 метров. Юго-западнее Калифорнии в Тихом океане еще одна впадина глубиной более пятидесяти метров. Поверхность океана между двумя Америками (в «заколдованном» Бермудском треугольнике) опущена на шестьдесят четыре метра.
И конечно, ничто загадочное не минует Северную Атлантику — там горб в шестьдесят шесть метров. Он спадает в юго-западном направлении и сходит на нет где-то у 20° северной широты. Какова же природа этих неподвижных «волн»?
...Ночью 21 мая 1960 года в Чили произошло землетрясение невиданной силы. Змеились трещины вдоль и поперек дорог, рушились мосты и дома. Через несколько часов, когда спасатели попытались помочь пострадавшим, заявили о себе новые мощные толчки.
За рубежом первыми о чилийской катастрофе узнали сейсмологи. И почти тут же (бывает же такое!) они стали свидетелями того, как подтвердилось одно из важнейших геофизических открытий — пожалуй, единственное в истории науки, доказательство которого было столь ужасным.
Первый шаг к этому открытию был сделан в Петербурге. Тогдашний директор Главной физической обсерватории академик Борис Борисович Голицын в мае 1914 года сообщил коллегам об исследованиях земного шара с помощью сейсмографов собственной конструкции. К тому времени способность сейсмических волн убыстрять бег в более твердых средах убедила ученых, что чем ниже горные породы залегают, тем они плотнее. Голицын же обнаружил в верхней мантии полосу, где скорость волн, наоборот, уменьшалась по сравнению с вышележащими пластами.
— Там явно разуплотненный, пластичный слой,— убеждал академик.
Странную полосу в верхней мантии обнаружили вторично в 1925 году — по записям одного сильного землетрясения. Потом она опять надолго исчезла из поля зрения наблюдателей. И снова промелькнула разок-другой, доказывая, что она не плод фантазии или ошибки. Потом ею специально занялся известный американский геофизик Бено Гутенберг.
— Да,— сказал он, изучив множество материалов,— пластичный волновод верхней мантии не иллюзия.
Так началась дискуссия, длившаяся более четверти века. Признавать волновод не спешили.
Когда в 1940 году советский геофизик Е. Ф. Саваренский провел эксперимент и установил, что строение верхней мантии в разных районах Земли неодинаково, публикацию об этом большинство сейсмологов предпочло не заметить. Сама идея представлялась им невероятной.
Отношение к ней изменилось лишь тогда, когда стали изучать сейсмические волны при испытаниях атомных устройств (здесь ведь заранее известно и время и место первого толчка). Но решающим аргументом для признания волновода стало все-таки чилийское землетрясение. По количеству выделившейся энергии его можно сравнить лишь с общей мощностью всех землетрясений, происходящих на планете за год. Подобно ярчайшей вспышке, оно хорошо «просветило» Землю насквозь. Тогда-то и удалось по-настоящему «разглядеть» слой с пониженной плотностью.
Он действительно залегал неравномерно. Под океаном — на глубине от 50 до 300 километров. Причем вдоль срединно-океанических хребтов (под самым рифтом) приближался почти к поверхности дна. Под континентами становился все тоньше, а у древних платформ Европы и Северной Америки вообще сходил на нет.
В конце концов сейсмологи согласились, что речь и в самом деле должна идти о размягченном, то есть частично расплавленном, мантийном материале.
Долго не признаваемый слой назвали астеносферой — ослабленной оболочкой.
Геофизики пришли к интересному заключению. Плотность и температура верхней мантии изменяется не только с глубиной, но и в горизонтальных направлениях. А коль так, значит, мантия находится в неустойчивом состоянии. И вопрос уже не в том — в покое она или в движении, а в ином — что это за движение?
Заканчивается рейс океанологического судна. Здесь, на Срединно-Атлантическом хребте, в 400 километрах западнее Азорских островов, бурение во всех точках прошло удачно. Добытые базальтовые керны, которые доктор геолого-минералогических наук Л. В. Дмитриев мог детально изучать, вознаградили за все труды.
Нет сомнений, океанская кора вблизи гребня молодая (по геологическим меркам, разумеется). В рифтовой долине застывшие базальтовые лавы. Но странно, состав их в Центральной Атлантике несколько иной, чем в Северной.
Дмитриев долго размышляет над природой такого удивительного факта. «Не может быть, чтобы менялся состав мантии?» — недоумевал он.
В конце концов пришел вот к чему: по-видимому, выплавка базальтов под Северной Атлантикой происходит на большей глубине, чем под Центральной. Но отчего так?
Цепь рассуждений вполне логично приводит к следующему умозаключению. Если вулканический расплав поднимается с большей глубины, то над этим очагом будет толще литосфера ( Земная кора, спаянная с твердой частью мантии над астеносферой — пластичной оболочкой Земли.).
И коль скоро речь зашла о мощности литосферы в Мировом океане, то самое время вспомнить о научном руководителе Ирины Лукашевич, о докторе физико-математических наук Олеге Георгиевиче Сорохтине, авторе оригинальных формул, которыми устанавливается прямая зависимость между толщиной литосферы, ее возрастом и глубиной океана в том или ином месте. Он первым доказал, что ни одна из этих величин не случайна. Занявшись загадкой североатлантических аномалий, Лукашевич решила прежде всего поразмышлять над формулами.
По модели Сорохтина, толщина литосферы под океанами отнюдь не всюду одинакова. И вот почему. Образование молодой коры начинается с внедрения мантийного вещества в трещину разрыва (в рифте). Астеносфера здесь подходит буквально к самой поверхности дна. Раздвигаются борта разлома. Полурасплавленная магма остужается. Кристаллизуется ее излившаяся базальтовая часть.
Чем дальше от рифта вновь возникшие участки коры, тем глубже охлаждение вещества, заключенного в верхней мантии, но не излившегося на поверхность. Вот когда литосфера становится толще и плотнее. Но от этого она отнюдь не приподнимается. Наоборот, погружается все ниже. Там, где это происходит — на крыльях срединных хребтов,— заметно понижается морское дно.
По своим формулам Сорохтин вычертил кривые рельефов дна Атлантического и Тихого океанов. То есть каким оно (исключая, разумеется, детали) должно быть. И это «должно быть» достаточно точно совпало с реальным положением вещей. Близкими оказались также «математическая» толщина литосферы и определение ее мощности сейсморазведкой.
Сравнительно близкими, не более того,— вот на что обратила внимание Лукашевич. И еще: в формулах Сорохтина поначалу не учитывалось, что у подошвы литосферы вещество трижды переходит из одного состояния в другое — в зависимости от глубины и степени охлаждения. Трижды, и каждый раз скачком — там словно бы нарастают ступени по мере того, как один минерал (плагиоклаз) превращается на ее подошве в другой (шпинель), а этот в третий (гранат).
Программу для ЭВМ написала Елена Приставакина. Машине надлежало определить временные зоны превращения вещества. И вот ее ответ: возраст первой ступени — от нуля до 20 миллионов лет, второй — до 60 и третьей — больше 60 миллионов лет. Причем ступени-ровесники расположены симметрично по обе стороны от оси срединного хребта и на всем протяжении вдоль него у них одинаковые плотность и толщина. Одинаковые!
Оставалось найти причину североатлантических аномалий.
В Институте физики Земли АН СССР по этому поводу имелась собственная точка зрения: под Северной Атлантикой на глубине 400—900 километров возникло уплотнение — под действием высоких давления и температуры произошла частичная перестройка электронных оболочек атомов мантийного вещества.
Но ведь в мантии соседних районов на той же глубине царили, надо думать, не меньшие давление и температура, однако ни уплотнений, ни положительной гравитационной аномалии там почему-то не появлялось!
А вот еще одно суждение о тех океанских загадках, которое высказал Сорохтин. Вкратце суть его концепции, включающей в себя и объяснение ситуации в Северной Атлантике, такова.
