Знание-сила 1997 № 01 (835)

Вся эта грандиозная картина тектонических событий, по мнению плитотектолистов, следствие процессов в мантии — в слое между твердой поверхностью планеты и ее ядром, который составляет более восьмидесяти процентов объема Земли. Возникающие в толще мантии горячие зоны выбрасывают к поверхности нагретые подвижные струи вещества, и те движут континентами, своим напором заставляют их смещаться в ту или иную сторону.

Отчасти упрощая, можно было бы сказать, что в этой схеме континенты подобны щепкам в весеннем половодье: куда несет, туда и плывут.

Минувшие десятилетия были щедры па подтверждения этой теории. Однако со временем становилось все более очевидным, что тектоника плит не может претендовать на роль всеобъемлющей, подлинно глобальной модели развития Земли. Академик РАН В. Е. Хайн считает, что тому есть три главные причины.

Первая: эта теория описывает процессы, происходящие лишь в верхних оболочках Земли, — литосфере и астеносфере. Между тем их совокупная толщина составляет лишь одну двадцатую часть среднего радиуса Земли. Воистину справедливо Сравнение литосферных плит со скорлупой кокосового ореха.

Вторая: движение плит по земной поверхности в этой теории лишь описывается, она не раскрывает механизма и природы сил, вызывающих упорядоченное перемещение плит.

И наконец, в-третьих, из нее не ясно, является ли перемещение литосферных плит процессом, который происходил на нашей планете с самого зарождения континентов.

Единственным ответом на все эти вопросы могла бы стать теория, которая, помимо литосферных плит, описывала бы внутреннее строение Земли и процессы, происходящие в ее глубинах. Своего рода синтетическая теория эволюции Земли. Однако разработка ее связана со множеством сложностей, ибо требует совместного труда не только геологов и геофизиков, но и специалистов из смежных областей — физики, химии, географии, математики. Известна не одна попытка создать подобную теорию. Но лишь в начале девяностых годов стало ясно, что назревает перелом.

Как часто бывает, первые раскаты прозвучали вовсе не из тех мест, откуда их ожидали,— из Японии. В 1994 году там вышел юбилейный, сотый номер журнала Японского Геологического общества. В этом номере, в подборке статей геологов и геофизиков, было заявлено о новой парадигме динамики Земли. Случайно ли, что это произошло именно в Японии? Вовсе нет. Япония, пребывающая в зоне активной сейсмичности, не жалеет средств ни на прикладные, ни на фундаментальные исследования жизни земных глубин. Именно благодаря этому японские геофизики достигли в последнее время блестящих успехов в области сейсмической томографии, на данных которой и основана новая парадигма. Кроме того, на взгляд Виктора Хайна, есть еще одно любопытное обстоятельство: достаточно закономерно, что новые теории рождаются не в тех странах, где получили право на жизнь предыдущие. В Северной Америке и Западной Европе тектоника плит уже пустила глубокие корни, и там, по мнению академика, гораздо труднее пробиться новым идеям.

Главное в работе японских геофизиков — четырнадцать карт, отражающих неоднородность внутреннего строения Земли на глубинах от 78,1 до 2900 километров: от подошвы земной коры до границы «мантия — ядро». Они были получены с помощью сейсмической томографии, то есть многолучевого просвечивания Земли сейсмическими волнами от большого количества землетрясений, которые принимались сетью сейсмических станций. По картам была составлена модель циркуляции вещества в глубине Земли (рисунок 1). После публикации этой схемы стало ясно, что кончилось время, когда нашу планету можно было представлять в виде набора оболочек. Правда, и прежде предъявлялись доказательства того, что в недрах Земли непрерывно работает механизм перемешивания вещества — конвекции, под действием которой и перемещаются плиты. Тем не менее знакомая по учебникам картинка «ядро — мантия — кора» оставалась все равно неизменной. Трудно было предположить, что будут обнаружены гигантские столбы расплавленного вещества, которые пронизывают Землю от ядра до самой поверхности.

Что обращает на себя внимание в картине, нарисованной японцами? Мантия Земли предстала в виде сложной и целостной системы горячих (восходящих) п холодных (нисходящих) потоков вещества. Нисходящие — под Азией и Южной Америкой, восходящие — под Тихим океаном, Африкой и Срединно-Атлантическим хребтом.

Поражают размеры этих структур — они свидетельствуют о том, что обмен вещества между верхней и нижней мантией происходит очень активно и на протяжении очень длительного времени.

А во-вторых, неожиданным кажется то обстоятельство, что Атлантика — зона самого активного раздвижения литосферных плит на Земле (рисунок 2) — контролируется маломощным восходящим потоком. Активное раздвижение и маломощный ноток? А с другой стороны, под Африкой, где обнаружены значительные столбы поднимающегося вещества, нет и намека на растяжение земной коры.

После публикации японских ученых стало понятно, что в геологии началась новая эпоха. И жить в ней сразу стало неуютно. Что от того, что была предложена достаточно детализированная картина внутреннего устройства Земли? Ведь она требует каких-то вразумительных обоснований. Плитотектоника объясняла движение литосферных плит конвективными течениями в мантии, не умея, в сущности, толково их представить. Однако огромные «грибы», обнаруженные японцами, никак не вписываются в эту элегантную схему.

Более того, увлеченные открывшейся нм картиной активной жизни земных недр, японцы на нее перенесли центр своего внимания. Прежде, напомню, континенты оказывались пассивными участниками событий. В японской же схеме получалось, что и дно океанов вместе с грандиозными океаническими хребтами, опоясавшими весь земной шар, не влияют на генеральную линию тектонического развития планеты. Это важно заметить.

Положение японских ученых осложнялось еще и тем, что объяснение «нового» внутреннего строения Земли должно соответствовать не только ее современному состоянию, но и древней геологической истории. Судя по всему, мы сейчас наблюдаем результат процессов, которые начались в недрах планеты как минимум миллиард лет назад! Состыковке полученных и уже известных данных японцы посвятили несколько статей в журнале. И не преуспели.

Проделав сложнейшую работу, японцы дали фактический материал большой важности. Но не нашли достойного ответа на вопрос: как огромные вертикальные перемещения вещества согласуются с горизонтальными движениями твердых плит? А без этого невозможно отсчитать время обратно и сказать, почему за последние несколько сот миллионов лет континенты объединялись, образуя суперконтиненты (например Гондвану или Пангею) а потом распадались и какие процессы в то время происходили в недрах планеты.

Картина интересная, но статичная и вызывающая многочисленные вопросы. Получалось, что несмотря на громкие слова «парадигма» и «новая теория», японским ученым все-таки не хватило той малости, что делает из гипотезы теорию.

Чувствуя в этой ситуации некую неопределенность, незавершенность сюжета, на Пятой плитотектонической конференции имени Л. П. Зоненшайна я попытался поговорить с приехавшими на нее японскими геологами. Однако выяснилось, что мои собеседники хоть и слышали об этих работах, но комментариев не имеют.

Но мне повезло. Продолжение интересующей меня темы нашлось совершенно случайно, при чтении книги очерков уже нокойного Л. П. Зоненшайна и воспоминаний о нем. За два дня до своей последней операции Лев Павлович писал М. П. Кузьмину: «Но главное, почему я пищу,— как мы можем развивать хоть что-то подобное созданию общей теории у иас в стране. Монин+Сорохтии — прекрасные теоретики, но все упирается у них в рост ядра, то есть не процессы в ядре, не высвобождение оттуда энергии и вещества, а скорее наоборот, это у них главное. Есть еще работы Трубицина и Жаркова... Они будут докладываться в Звенигороде, постарайся послушать, особенно Трубицина, может быть, что-нибудь хорошее и есть (может, повторюсь, но главное при оценке должно быть, насколько построения комплексны, охватывают если не все, то многие источники данных). Буду надеяться, что что- нибудь и есть».

Талантливый ученый оказался прав: у профессора, доктора физико-математических наук Валерия Петровича Трубицина есть нечто «хорошее» и даже более — революционное. Вместе с замечательным математиком, кандидатом физико-математических наук Виталием Валентиновичем Рыковым они сделали то, что пока еще не удалось никому другому в мире,— создали стройную и красивую математическую модель, объясняющую очень многие вопросы глобальной геологии и в том числе названные выше.

«Нам, после численных экспериментов, стали ясны механизмы глобальных процессов в недрах Земли»,— слова Валерия Петровича, которые я услышал от его знакомых незадолго до нашей первой встречи. Что я подумал, вы, наверное, догадались. Но уже с самого начала разговора планка достижений была поднята еще выше.