Рис. 6. Столбчатая отдельность в базальтах, обусловленная сокращением их объема во время остывания.
Развитие науки в целом и геологии в частности происходило скачкообразно. Примитивный пантеизм, когда все таинственное приписывали влиянию богов, привел к золотому веку греческих и более практичных римских философов. С падением Римской империи наступило мрачное средневековье, когда в течение семи столетий наука регрессировала, пока возрождение научной мысли в Италии в XII в. не воскресило греческий стиль созерцательной, «кабинетной» науки. Еще семьсот лет наука опиралась на священные книги (как Аристотеля, так и Моисея), содержавшие самоочевидные истины и основы знания. Конец XVIII в. ознаменовался подъемом эмпирического прагматизма. Сама Земля с ее породами, горами и морями медленно заменяла античных авторов и становилась источником предположений и наблюдений.
Конечно, и в самые давние времена существовали бунтари- одиночки, которые боролись с религиозными предрассудками, наблюдали и делали выводы, а не верили доктрине, унаследованной от древних. Однако подобно мудрости Аристарха Самосского, на два тысячелетия предвосхитившего учение Коперника, их мудрость тонула в высоких волнах догмы. Среди первооткрывателей XVIII в. выдающимся по своей проницательности был Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765), который установил принцип актуализма (униформизма, позднее развитого Геттоном и Лайелем), определил решающую роль внутреннего тепла Земли, поднятия и опускания суши и весьма древний возраст Земли. Он понял, что образование складок и разломов, а также поднятие слоев были медленными и незаметными процессами в противоположность катастрофам, которые принимали без доказательств пришедшие позднее Кювье и Геттон. Почему идеи Ломоносова не были подхвачены сразу же? Его труды чересчур далеко опережали уровень знаний современников. Ученое общество приветствует небольшие шаги, а крупные скачки встречает издевкой. Прошло столетие, прежде чем Европа достигла ломоносовского уровня понимания геологических явлений.
Золотой век геологии конца XVIII — начала XIX в., подобно золотому веку греческих мыслителей двумя тысячелетиями раньше, вдохновлялся не профессорами — последователями Аристотеля (чьи консервативные догмы препятствовали новым идеям), а обладавшими досугом свободными людьми, такими, как Бюффон, Теллиамед, фон Бух, д’Обюиссон, Геттон, Холл, фон Гумбольдт, Мурчисон, Лайель, Дарвин и Уоллес, финансовая независимость которых позволяла им совершать далекие путешествия не только реально, так сказать географически, но и благодаря полетам их фантазии, так что редкостные цветы не увядали на виноградной лозе. Поощряемая таким образом читающая публика стала больше интересоваться геологией, чем когда бы то ни было. Дополнительную остроту этому времени придавал резкий спор между научными школами, руководимыми двумя великими людьми.
Абраам Готлиб Вернер (1749—1817) был выдающимся геологом, создателем целого направления, вдохновившим многих исследователей того времени. Среди его замечательных учеников были Гете (который под влиянием Вернера стал проницательным геологом), фон Гумбольдт, фон Бух и фон Шлотейм в Германии, Реусс в Богемии, Джеймисон в Шотландии, Кирван в Ирландии, Гриноу в Англии, д’Обюиссон, де ла Метерье, Кювье и Броньяр во Франции, Маклур и Итон в Америке. Все они и их руководитель были нептунистами: они полагали, что вся доступная наблюдению Земля родилась из воды. Противоположных взглядов придерживались плутонисты (теоретики подземного огня), возглавляемые Джеймсом Геттоном из Эдинбурга. Среди его последователей в Шотландии были Холл и Плейфер, в Англии — Лайель, в Италии — Брейслак и Фортис, во Франции — Демаре и в Венгрии — Фихтель. Спор между нептунистами и плутонистами начался еще до Вернера и Геттона, но они четко сформулировали конкурирующие представления, опубликовали и критически изложили их взгляды. В тесной связи с этим спором, но независимо от него шла борьба униформизма и катастрофизма, которая будет рассмотрена в дальнейшем.
Хотя Вернер провозглашал ex cathedra (с кафедры) взгляд на планету в целом, его полевые наблюдения ограничивались лишь холмами его родной Саксонии, доходя до Рудных гор на границе с Богемией. Однако он с детства глубоко интересовался рудниками и горным делом. Увлекаясь систематизацией и классификацией, Вернер всесторонне изучил все, что было написано его предшественниками. Он был превосходным оратором, но избегал писать.
Джеймс Геттон (1726—1797), сын эдинбургского негоцианта и городского казначея, как и Вернер, всю жизнь был холостяком. Получив широкое образование, после недолгой медицинской практики в Лондоне он отказался от медицины, чтобы присоединиться к другу своего детства Джону Дэйви, который занимался в Эдинбурге производством аммиачной селитры из золы. Получив в наследство ферму в графстве Бервик, Геттон стал ученым-фермером и нашел время, чтобы продолжить занятия своей любимой геологией, проводя обширные наблюдения в поле. Теперь он читал скорее породы, чем книги. На много десятилетий раньше своих современников Геттон установил, что в породах запечатлена история Земли, и он старался овладеть их языком, ища характерные признаки в естественных обнажениях. В 1785г. перед Королевским обществом Эдинбурга он прочитал свою лекцию «Теория Земли», которая произвела революцию в геологии. Его сообщения были серьезными и убедительными, но вместе с тем монотонными и скучными и не вдохновляли аудиторию. Однако заразительный энтузиазм, которым он обладал, передался двум его последователям, сыгравшим большую роль в распространении этой концепции: Холлу и Плейферу.
Джеймс Холл (1762—1831), имевший много свободного времени баронет Данглесс, сначала скептически относившийся к еретическим идеям своего соседа, тем не менее бродил по долинам вместе с ним, и Геттон обратил его в свою веру. Позднее Холл провел множество хорошо продуманных и совершенно оригинальных опытов, с тем чтобы проверить и подтвердить теорию Геттона о смятии слоев в складки, кристаллизации базальтов из расплавленной магмы и термальном метаморфизме известняка с превращением его в мрамор. Таким образом Холл, которого подтолкнул к этому Геттон, стал отцом экспериментальной геологии.
Джон Плейфер (1748—1819), священник и блестящий профессор математики и философии в Эдинбургском университете, под руководством Геттона и под воздействием его энтузиазма стал увлеченным геологом. Он писал настолько же живо, насколько Геттон — скучно, и стал посредником, благодаря которому работа Геттона привлекла всеобщее внимание. Среди других влиятельных друзей Геттона были доктор Джозеф Блейк — известный химик и Джеймс Уатт — знаменитый изобретатель паровой машины, но современную геологию основала именно дополнявшая друг друга триада Геттон — Холл — Плейфер: Геттон — наблюдатель и мыслитель, Холл — критик и экспериментатор и Плейфер — математик и популяризатор.
Вернер и Геттон выражали полярные точки зрения, две противоположные концепции развития Земли: Вернер полагал, что воды морских пучин и потопы, затоплявшие сушу, сформировали и создали все земные породы посредством осаждения, кристаллизации и эрозии; Геттон считал, что основной причиной их образования было тепло глубоких недр Земли, проявлявшееся в вулканах, землетрясениях и вертикальных движениях суши. Эти системы взглядов, в которых с древнейших времен использовались понятия о первичных элементах — воде и огне, теперь получили названия нептунизм и плутонизм.
Возводя свое здание на фундаменте, заложенном столетием раньше Стено (1638—1686) и Бенуа де Майе (1655—1728), писавшим под псевдонимом Теллиамед*, Вернер объединил в исчерпывающую и универсальную теорию Земли несколько существовавших в его время концепций. Это были: итальянская стратиграфическая модель первичных, вторичных, третичных и четвертичных гор, впервые предложенная Ладзаро Моро (1687— 1740) и развитая венецианским профессором минералогии Джиованни Ардуино; идеи французов, начиная от классического энциклопедического труда графа де Бюффона «Эпохи природы»; девять последовательных стратиграфических единиц осадочных пород, установленных Георгом Кристианом Фюкселем (1722—1773) в горах Гарца и Тюрингии; идеи берлинского преподавателя минералогии и горного дела Иоганна Готлиба Леманна (1719—1767) и работа шведского минералога Торберна Улофа Бергмана (1735—1784) «Физическое описание Земли». Таким образом, вернеровская философия была органичным синтезом современных ему идей в геологии и минералогии; он только исключил сделанные в Италии наблюдения поднятия суши из моря. Для Вернера суша была стабильной, а океаны отступали и наступали. Его вдохновенные лекции привлекали слушателей даже из далекой Америки, но единственной его публикацией было краткое, на 28 страницах, резюме «Краткая классификация и описание различных категорий горных пород»; здесь понятие «горные породы» (Gebirgsarten) используется в особом, вернеровском, значении — так, как оно применяется в горном деле.
Вернеровский синтез, всеобъемлющий и оригинально развивающий предшествующие концепции, сплачивал его последователей, а авторитет и обаяние учителя заставляли их безоговорочно ему верить, и они распространяли и защищали его взгляды во всех концах цивилизованного мира. Такова была гипнотическая способность самой личности Вернера. Наркотические семена догмы были посеяны. Бросается в глаза параллель с догмой тектоники плит 1970-х годов.
Вернеровская школа во Фрайберге стала главенствующей в Европе не только в фундаментальной теории и минералогии, но и в применении геологии к горному и инженерному делу. В течение двух столетий до Вернера поблизости от Фрайберга, протягиваясь через Саксонию до Богемии, находился центр горнорудной промышленности. В минералогии, разведке и добыче полезных ископаемых Вернер весьма полагался на работы Георга Бауэра (1494—1555) из Иоахимсталя (г. Яхимов в Рудных горах), более известного под латинским именем Георгиус Агрикола. Ведущее положение Фрайбергской горной академии в мировой геологии было обусловлено как вдохновляющей ролью личности Вернера, так и тем, что она явилась колыбелью нептунизма. Нептунизм не пережил смерти Вернера, но его пример вдохновлял геологов еще многие десятилетия.
Коротко говоря, нептунизм предполагает, что Земля была инертным пассивным телом с резко выраженным рельефом поверхности, которая сначала была затоплена спокойным Мировым океаном. Из этого первобытного моря первозданные кристаллические осадки отложились в виде слоя гранитов, который покрыл самые высокие районы, так же как и самые низкие равнины, став фундаментом для всех более поздних пород. Со временем, по мере того как воды отступали, кристаллическое вещество продолжало выпадать из раствора, образуя сланцеватые породы, например гнейсы, слюдяные сланцы, серпентиниты и аспидные сланцы, причем с отступанием моря — на все меньших высотных отметках. Частичное возвращение вод, теперь уже обладающих большей турбулентностью, приводило к механической эрозии первоначально сформировавшихся пород, продукты которой образовали слоистые породы, иногда перекрывающие одна другую или залегающие на размытых поверхностях более древних пород (т.е. несогласно). Жизнь уже появилась, о чем свидетельствует присутствие окаменелостей во многих из этих слоев. Дальнейшее отступание морей завершило этот Первобытный (Uranfanglich) период.
Второй период, получивший название Флёцевого (Floetz, т.е. слой), поскольку в это время отлагались преимущественно горизонтально-слоистые осадочные породы, был периодом заметных колебаний уровня моря. Для него были характерны сильные бури, нещадно размывающие первичные породы, и неравномерное отложение обломочного материала, оставляемого морем. В спокойные периоды между штормами отложились кристаллические частицы известняка, гипса и каменной соли. Двенадцать последовательных формаций этого периода (в основном те же, что и у Леманна и Фюкселя) составили ту толщу, возраст которой сейчас считается пермско-триасовым, в том числе многие зоны, богатые окаменелостями. (Перечень геологических периодов см. на с. 100.) Последнее возвращение моря привело к осаждению кристаллических базальтов на некоторые из слоев Флёцевого периода. Вернер подчеркивал гибкость своих представлений, допускающую региональную изменчивость этих слоев. Позднее он ввел Переходный период (Uebergangsgebirge) между Первобытным и Флёцевым периодом, чтобы лучше объяснить некоторые полевые наблюдения, касающиеся известняков, граувакк и диабазов (позднепалеозойского возраста).
Вслед за последним отступанием морей на Земле начались Вулканический и Аллювиальный (Aufgeschwempte) периоды, которые частично перекрывали друг друга, так как проявления того и другого все еще встречаются в наше время. К Вулканическому периоду Вернер относил лавы, пемзу и вулканический пепел (затвердевший до туфа), но исключал из него базальт и порфир, рассматривая их как породы Флёцевого или Первобытного периода. Кроме того, он выделил «псевдовулканические» породы, например некоторые кремни, роговики и яшмы, обожженные и измененные под воздействием вулканического тепла.
Нептунистская модель Вернера очень хорошо объясняла обнажения в горах и низменностях его родной Силезии, Богемии и Саксонии, и она получила широкое признание за то, что впервые объединила в общую глобальную теорию такой широкий спектр разнородных фактов и гипотез. Во всех горных хребтах Европы присутствовали ядра кристаллических пород, перекрытые наклонно залегающими слоями, а затем — горизонтальными слоями с возрастающей долей обломочных пород и уменьшающейся долей «химических осадков», таких, как известняк и гипс. Действительно, способность этой теории объяснить так много различных явлений служила аргументом в ее пользу, к которому в течение многих десятилетий прибегали нептунисты. По их мнению, столь универсальная теория должна была быть правильной и очевидные отклонения от нее в конце концов должны отступить перед такой всеобъемлющей концепцией.
В связи со слабым здоровьем Вернер не мог много путешествовать. Но поскольку его ученики (фон Гумбольдт, д’Обюиссон, фон Бух и др.) ездили повсюду, накапливались противоречия его идеям. Хотя вследствие этого ученики Вернера постепенно отдалялись от нептунизма, ни один из них никогда не утратил уважения и почтения к своему любимому учителю. В самом деле, даже если бы нептунизм был вычеркнут из истории науки, Вернер все равно возвышался бы как один из величайших геологов своего времени в силу того, что он вдохновил так много других исследователей. Процитируем сэра Арчибальда Гейки (1897):
«Ни один из преподавателей геологической науки ни до, ни после Вернера не был даже отдаленно похож на него по степени влияния его личности или по широте его прижизненной известности... Но никогда в истории науки не возникало более удивительного заблуждения, чем у Вернера и его школы, когда они полагали, что отбрасывают всякую теорию и возводят фундамент на точно установленных фактах. Никогда не создавалось системы, где теория цвела бы таким пышным цветом, — теория, к тому же не подкрепленная наблюдениями и, как нам теперь известно, совершенно ошибочная. С начала и до конца существования вернеровского метода и его применения делались допущения, не имевшие под собой почвы, и эти допущения излагались как очевидные факты. Исходная точка для доказательства была принята как аксиома, и выводы геогностов, гордившихся тем, что они избегали умозрительных рассуждений, на самом деле были наиболее безнадежно умозрительны из выводов всех поколений, которые пытались решить проблемы истории Земли».
Лет через 80 Гейки смог бы написать это о современных защитниках механизма субдукдии, которые, подгоняя факты к теории, создают 300 млн. км2 океанической коры (никогда не существовавшей нигде, кроме их воображения), для того чтобы она снова исчезла, погружаясь в глубоководных желобах! Субдукция сегодня является столь же универсальным учением, каким был вернеровский нептунизм для всей Западной Европы на протяжении XVIII в., и в нее так же слепо верят. Но, конечно, сейчас другое дело — субдукция действительно является истиной, и призрак Вернера снова гордо шествует по всему миру.
Между тем Земля плутонистов, далеко не пассивная и не инертная, была динамичной, и ее поведение определялось внутренним теплом. Гранит, которого среди кристаллических пород, несомненно, больше всего, не осаждался из воды, а кристаллизовался из расплавленного состояния и был не самым древним, а образовался позже гнейсов и аспидных сланцев, в которые он внедрялся. Это было справедливо и для порфира. Базальт («голубой металл» рабочих каменоломен) тоже не осаждался из воды, но был лавой, которая изливалась на поверхность и растекалась на многие километры, пока не затвердевала. (Действительно, название «базальт» восходит к Плинию, который применил его к лавам, излившимся из Везувия, а затем было повторено в XVI в. Агриколой.) Геттон и его плутонисты были одновременно до некоторой степени нептунистами, так как считали, что песчаники и глинистые сланцы произошли из осадков, снесенных с суши, — они отлагались пластами на морском дне, переслаиваясь с известняками, образовавшимися из морских раковин. Геттон полагал, что под воздействием тепла они сплавлялись в твердую породу (подобно тому, как при помощи тепла из глины делают кирпичи) и в конце концов превратились в глинистые сланцы, кристаллические сланцы, мраморы и гнейсы.
Сципио Брейслак (1748—1826), наблюдавший дислокации и поднятия, связанные с вулканами в Италии, думал, что подъем и опускание активной суши в пассивном море были более вероятны, чем наступание и отступание активных океанов относительно пассивной суши. Если правы нептунисты, то куда, — спрашивал Брейслак, — девались огромные объемы Мирового океана, когда уровень его становился низким, — и такие насту- пания и отступания повторялись много раз? Кроме того, чтобы содержать в растворенном или во взвешенном состоянии весь твердый материал земной коры, объем океана должен был быть во много раз большим, чем представляли себе нептунисты.
Теперь мы улыбаемся их наивной вере в такие предположения. Но и в наше время все специалисты по протерозойским полосчатым железосодержащим формациям, дающим почти все мировые запасы железных руд, всерьез верят, что эти огромные залежи действительно представляют собой вернеровские осадки, выпавшие из морской воды, которая, конечно, не могла содержать в растворенном состоянии так много железа. Невозможно себе представить и резкий переход от осаждения кремнезема к осаждению железа и обратно, в результате которого могли бы образоваться миллионы тонких прослойков, характерных для этих пород. (Я обращался к этой проблеме в своей книге «Расширяющаяся Земля», 1976.)
Ахиллесовой пятой нептунизма был базальт. Гранит тоже был слабым местом, но он все еще остается загадкой даже сегодня. Базальт часто встречается в Саксонии и Богемии, на большом удалении от каких бы то ни было видимых вулканов, обычно в виде горизонтальных слоев или покрывает холмы и повсюду переслаивается с Флёцевыми отложениями. Для Вернера это был просто другой химический осадок, свидетельствующий о том, что высокий уровень моря на время возвращался. Хотя Вернер никогда не видел вулканов, он знал, что идентичные породы были обнаружены в виде вулканической лавы. Однако это нисколько не смущало его, поскольку сам вулкан был для Вернера просто отверстием, идущим из горящих угольных пластов (какие он видел в Богемском угольном бассейне), которые расплавляли Флецевые породы, содержащие базальт. И правда, в небольшом регионе, известном Вернеру, всюду, где был базальт, под ним залегали угольные пласты. Вернер приводил в пример обнажения на горе Шейбенберг в Саксонии, показывая идеальный переход от песчаника и аргиллита Флёцевого периода к базальту. Характерной чертой его осадочного базальта было то, что при кристаллизации он растрескивался, образуя восхитительно-симметричные гексагональные столбы (названные столбчатой отдельностью, рис. 6), которые, как он думал, отличали известные ему базальты от редких базальтовых лав, существующих вблизи современных вулканов.
Рис. 6. Столбчатая отдельность в базальтах, обусловленная сокращением их объема во время остывания.
К досаде Вернера, его концепция образования базальтов вскоре была опровергнута его собственными верными учениками: фон Гумбольдтом, фон Бухом, д’Обюиссоном и Фойгтом. Леопольд фон Бух (1774—1853) в течение нескольких лет после отъезда из Фрайберга оставался преданным последователем Вернера, в том числе в вопросе о нептунистском происхождении базальта. Он заколебался в Италии, где увидел полевошпатовый порфир, образовавшийся в результате вулканизма (первичный осадок по Вернеру). Затем он осмотрел потухшие вулканы, обнаруженные в 1751г. Жаном Этьенном Геттаром (1715— 1786) в Овернской области французского Центрального массива, где благодаря скрупулезной работе Никола Демаре (1725— 1815) давно было известно, что распространенные там базальты — это лавы. Демаре и Геттар первыми распознали в древних горах потухшие вулканы на различных стадиях денудации. Кроме того, Демаре установил, что истинные базальтовые лавы имели столбчатую отдельность. Фон Бух обнаружил, что в некоторых местах такие базальты залегали на толще гранита мощностью по крайней мере 400 м, но, согласно теории Вернера, гранит должен был быть первичным фундаментом, ниже которого под землей не могло быть горящих угольных пластов. Вулканическое тепло должно было поступать из более глубоких недр Земли, как утверждали плутонисты!
Жан Франсуа д’Обюиссон де Вуазен (1760—1819) завершил научный трактат о саксонских базальтах в соответствии с философией Вернера. Затем он тоже посетил Овернь, где увидел то же самое и сделал такие же выводы, как фон Бух до него: базальтовые лавы произошли из горячего очага, находящегося ниже гранита. Более того, он отметил, что эти базальты по минералогическим и текстурным характеристикам, а также по внешнему виду идентичны базальтам Саксонии, и ему ничего не оставалось, как сделать вывод об их «полной идентичности по способу формирования и происхождению».
Иоганн Карл Вильгельм Фойгт (1752—1821) изучал право, но под магнетическим воздействием Вернера предпочел этому занятию геологию и стал горным советником на шахтах вблизи Ильменау в Тюрингии. Однако его теплые дружеские отношения с Вернером расстроились в 1779г. после критического осмотра им контакта в подошве базальтов на склоне горы Шейбенберг в обнажении, которое так любил Вернер. Фойгт пришел к выводу, что кажущийся постепенным переход был обусловлен всего лишь тем, что базальт становился весьма тонкозернистым по направлению к подошве — как известно, так бывает в лавовых потоках — и алевролит на контакте с ним был обожжен до темного тонкозернистого роговика, весьма похожего на расположенный рядом базальт.
Всем, кто задумывался об этом, казалось, что гранит является первичным фундаментом, на котором залегают все остальные породы; предположить противоположное было действительно нелепостью. Однако Геттон еще в середине 1760-х годов пришел к выводу, что и базальт, и гранит — это магматические породы, поднявшиеся из глубоких подземных очагов в виде жидких магм и затем кристаллизовавшиеся. Он заключил, что гранит застывал в виде огромных тел неправильной формы на некоторой глубине ниже поверхности и обнажался лишь после длительных периодов эрозии. Базальт изливался на поверхность в виде лав, но Геттон обнаружил также крупные тела подобных пород, внедрившихся в расплавленном состоянии между пластами слоистой толщи. Теперь они обнажались в результате эрозии, образовав ступенчатые холмы Нортумберленда и Срединной Долины в Шотландии.
Слепая преданность доктринам Вернера превратилась в вероисповедание, которое сохранялось десятилетия спустя после того, как основные догматы этой веры были развенчаны. Поскольку его апостолы знали правила, с уверенностью провозглашенные учителем, им не нужно было наблюдать и описывать, а следовало лишь определять, где перед ними обнажение, подходящее к системе взглядов Вернера. У.X.Фиттон так описал реакцию одного из них на интрузивный контакт базальта в песчанике:
«Группа должна была пойти к утесам Солсбери, с тем чтобы показать д-ру Ричардсону контакт песчаников с базальтами, который рассматривали как поучительный пример подобного класса фактов. Когда достигли цели, сэр Джеймс (Холл) указал на значительное нарушение, имевшее место в зоне контакта, и особенно обратил внимание доктора на обломок песчаника, захваченный турбулентным движением поднимавшейся лавы и таким образом попавший в базальт. Когда сэр Джеймс закончил свою лекцию, доктор не попытался объяснить находящиеся перед ним факты одним из своих собственных принципов, не пустился он и в туманные рассуждения о том, что включение песчаника в базальт образовалось одновременно с ним. Однако в весьма резких выражениях он высказал презрительное удивление, что теория Земли должна опираться на столь мелкие и незначительные проявления! Он привык, по его словам, рассматривать Природу в ее самых крупных масштабах и видеть творения ее рук в гигантских утесах на побережье Ирландии, и для него непостижимо было, как сформировавшиеся на подобных масштабных примерах мнения специалистов можно было бы поколебать такими мизерными отклонениями, как те, которые ему показали».
Религиозную догму часто обвиняют в том, что она задерживала развитие геологии, но виновата была не религия сама по себе, а слепая вера в догму, и вернеровская догма точно так же заслуживает порицания.
Первое доказательство того, что гранит кристаллизовался из расплавленного состояния, Геттон обнаружил в граните Портсой на северо-востоке Шотландии. Это «письменный» гранит, названный так потому, что он содержит включенные в полевой шпат зерна кварца клиновидной формы, напоминающие рунические письмена и древнюю клинопись. Такая текстура не могла возникнуть в результате накопления выпавших из воды осадков, как требовали нептунисты.
Далее Геттон попытался доказать, что гранит внедрился в уже существовавшие, или «вмещающие», породы как восходящая активная магма, а не был результатом плавления части этих вмещающих пород. Когда он посетил ту область в Грампианских горах, где крупное тело гранита обрамлялось слюдяными сланцами, то пришел в восторг, обнаружив множество широких жил (или даек, как их теперь следует назвать) красного гранита, секущих сланцеватость. Вернер объяснял секущие жилы как осадки, заполнившие трещины сверху. Это вряд ли было применимо к граниту, который, как он утверждал, являлся первичным осадком фундамента, отложившимся прежде таких более поздних первичных пород, как гнейсы, кристаллические сланцы и серпентиниты. Хотя позднее в своих лекциях Вернер говорил о первом, втором и третьем граните, даже этот выход из положения не принес успеха, когда было установлено, что дайки суживаются и выклиниваются кверху.
Хотя Геттон опроверг нептунистскую теорию происхождения гранитов и показал, что то, что сейчас является гранитом, по крайней мере частично представляло собой активную магму, его наблюдения не отрицали возможность образования гранита в значительной степени в результате преобразования уже существующих пород. Гранитные тела столь велики, что возникает вопрос, что же занимало их место до того, как они внедрились. А вмещающие их местные породы были срезаны поперек их простирания на таких расстояниях, что следует спросить, где сейчас находятся недостающие части срезанных пород. Действительно, эти вопросы периодически возникали вновь на протяжении двух столетий. Арчибальд Гейки (1834—1924) в своем президентском обращении к Лондонскому геологическому обществу в 1882г. отметил, что вопрос переработки местных пород в граниты снова требует обсуждения. В начале нашего века серьезно рассматривали только магматическую гипотезу, но в течение 1930—1940-х годов снова получила сильную поддержку и широко обсуждалась гранитизация осадочных пород.
Только в нынешнем десятилетии, наконец, были получены ответы на эти вопросы. Джон Эллистон многие годы указывал на сомнительность широко распространенного допущения, что интрузивные породы обязательно являются «магматическими». В блестящей серии основополагающих статей, опубликованных в журнале «Earth Science Reviews» начиная с 1984 г., он впервые подробнейшим образом рассмотрел орбикулярные (сферические) граниты. Это кристаллические породы, сложенные теми же минералами, что и просто гранит (правда, в несколько иных сочетаниях), но эти минералы располагаются концентрически, подобно оболочкам луковицы, образуя связную массу этих оболочек (орбикул). Используя успехи в изучении химии поверхностей золей и гелей кремнезема, Эллистон показал, что орбикулы образовались из приобретших подвижность (мобилизованных) осадков, что эта текучая масса внедрилась, еще не раскристаллизовавшись, и что во время кристаллизации после внедрения температуры стали более высокими. Во второй статье он также досконально рассмотрел особый тип гранитов — граниты рапакиви и показал, что они имеют подобные же происхождение и историю. Таким образом, граниты рапакиви могли и внедряться, и образоваться из осадков, но никогда не были расплавленными. Наконец, Эллистон применил эти новые знания к гранитам вообще. И тем не менее достоверно установлено, что некоторые граниты могли возникнуть в результате последней стадии дифференциации базальтовой магмы; следовательно, как он объяснял, есть разные граниты. Около двух десятков лет назад, когда Эллистон только начал просвещаться в отношении гранитов, он находился в таком же затруднительном положении, как и фон Бух, начавший изучать базальтовые потоки в Оверни. Вот как рассказывал об этом Гейки:
«Он еще не мог полностью разрушить узы вернеровской теории, привязывавшей его к вероучению, которое он впитал во Фрайберге. Он не мог позволить себе поверить, что все, внушенное ему учителем о происхождении базальтов, все, что он так чудесно замечал в своих длительных путешествиях по Германии, было совершенно ошибочно. Он, несомненно, чувствовал, что это был не просто вопрос о происхождении одного вида камня. Вся доктрина о химическом осаждении пород земной коры находилась под угрозой. Если .он сдастся в одном пункте, то где он сможет остановиться?»
То же было и с Эллистоном. Если он действительно поверит в то, что, как ему казалось, было верно для полевых шпатов его порфироидов, сможет ли он остановиться прежде, чем исследует сами граниты? Поскольку Эллистон далеко отступил от ортодоксальной догмы, прошло, возможно, лет десять, прежде чем его работа стала общепризнанной.
Со времен Геттона петрологи считали, что гранит кристаллизовался из расплавленной магмы, даже если спорили, поднялась ли магма с глубин, из расплавленного вещества корней геосинклиналей, или образовалась путем переработки на месте. Основы химии, которым до сих пор обучают петрологов, — это законы поведения растворов и макромолекул, тогда как в геосинклинальных осадках эти принципы мешают и вытесняются химией поверхностей мельчайших коллоидных частиц. Один кубический метр породы имеет площадь поверхности 6 м2, но кубометр жидкого глинистого осадка с частицами размером 1 нм имеет площадь поверхности 60 млн. м2, и энергия его поверхности так велика, что поведение частиц определяют адсорбция и десорбция ионов и процессы гидратации и дегидратации, такие, как синерезис (самопроизвольное уменьшение объема студней и гелей, сопровождающееся отделением жидкости. — Перев.), тиксотропия (способность дисперсных систем восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием.— Перев.) и реопексия (процесс, противоположный тиксотропии.— Перев.). В течение двух последних десятилетий специалисты по физической химии разработали эту область науки, но эти знания не распространились среди петрологов, за исключением Эллистона. Эта симфония перехода золей в гели и гелей в золи в гармонии с разрушениями систем под действием напряжений имеет важные следствия для петрологии и формирования рудных залежей. В подготовке петрологов теперь необходимо вернуться назад, к исходным положениям первого года обучения.
Окончательную победу плутонизма над нептунизмом можно отнести к тому времени, когда последователи Геттона в 1834г. образовали Шотландское геологическое общество для замены Общества естествознания, основанного Робертом Джеймисоном (1774—1854), профессором геологии Эдинбургского университета. В течение 50 лет Джеймисон надевал своим студентам шоры, чтобы они слепо верили идеям Вернера, и тем самым на десятилетия задержал развитие геологии в Шотландии. Очевидно, личность Джеймисона не привлекала восприимчивых учеников.
Взгляд в прошлое не оставляет сомнений в том, что догмы Вернера были в высшей степени ошибочны, и многие современные преподаватели, вероятно, цитируют его с насмешкой. Однако действительность не бывает только черной или белой; доктрины Вернера обеспечили продвижение истории развития Земли, необходимое Геттону. Вернер все еще стоит высоко в ряду великих ученых — мастеров синтеза и великих учителей. Проверкой для профессора является вопрос: чего достигли его ученики? Вдохновляющие идеи Вернера дали богатейший урожай великих геологов за все время существования геологии. В конце концов те «факты», что студенты узнают у своего профессора, преходящи, а вдохновение, которым он заражает их, остается с ними на всю жизнь.
В противоположность этому сила Геттона заключалась не в том, что он вдохновлял студентов (хотя кипучий энтузиазм его личности восхищал его друзей), а в установлении им новых принципов, со временем подтвердившихся: древний возраст Земли необходим, чтобы могли повторяться циклы осадконакопления, горообразования, медленной эрозии и выравнивания до пенеплена и наконец опускания ниже уровня моря, чтобы начался новый цикл; «настоящее — ключ к прошлому»* (позже этот принцип был назван униформизмом); энергию для горообразования и превращения осадков в породы обеспечивает внутреннее тепло Земли; базальты прежде были жидкими лавами, а долериты и граниты — интрузивные породы, кристаллизовавшиеся при высоких температурах.
Собственный жизненный опыт Геттона тоже стимулировал его проницательность: Земля была движимой теплом машиной, подобно паровому двигателю Уатта, организмом с циклами расхода и возобновления энергии (докторская диссертация Геттона была о циркуляции крови); Земля, подобно его собственной хорошо организованной ферме, непрерывно восстанавливала необходимые для жизни вещества; она представляла собой химический завод с набором элементов, изменяющихся циклически.
Слова «катастрофизм» и «униформизм» были изобретены и использованы саркастически в ретроспективной работе Уильямом Хьюэллом (1794—1866), профессором минералогии Кембриджского университета, когда он разбирал трактат Лайеля «Основы геологии, представляющие собой попытку объяснить прежние изменения земной поверхности причинами, действующими и в настоящее время», публиковавшийся в трех томах с 1830 по 1832г. Однако спор между катастрофизмом Платона, устойчивостью Аристотеля и циклическим космосом стоиков имеет древние корни. И он все еще оставался основным предметом разногласий между Вернером (и другими, например Кювье), с одной стороны, и Геттоном, за которым следовал Лайель, — с другой.
Катастрофизм, который был ведущей догмой в течение предыдущих полутора столетий, предполагал, что важными процессами в истории Земли были процессы, гораздо более мощные, чем любые из тех, что известны в настоящее время. Как и у большинства широких интеллектуальных направлений, у катастрофизма были свои разновидности. Одни признавали божественное вмешательство, другие — только влияние природных сил, но лишь таких, которые не действуют в настоящее время. В частности, Кювье полагал, что перерывы между выделенными им сериями ископаемых фаун были гораздо более длительными, чем могли бы создать любые действующие сейчас процессы. Трудности в отношении времени были серьезными, поскольку Земле, согласно Библии, было всего 5000 лет. Некоторые четко делили прошлое на период существования человека после потопа (постдилювиальный период), когда действовали современные процессы, и на период до потопа, когда преобладали совсем иные условия. Другие, особенно английские геологи-священники, такие, как Бакленд, Конибер, Седжвик и Флеминг, привязывали эту классификацию к Священному писанию.
Идеи униформизма восходят к Геродоту, к V в. до и. э.; после перерыва их развитие продолжил Роберт Гук в XVII в. В середине XVIII столетия граф де Бюффон писал: «Чтобы судить о том, что происходило в прошлом, и даже о том, что произойдет в будущем, необходимо только рассмотреть, что происходит сейчас... События, происходящие ежедневно, движения, которые следуют одно за другим и повторяются без перерыва, неизменные и постоянно повторяющиеся действия — вот наши причины и наши доводы». Но четко эта концепция была сформулирована Геттоном в 1785г. в кратком реферате и более полно — в 1795г. в его книге «Теория Земли». Апологеты униформизма утверждали, что наблюдаемые сейчас процессы эрозии, осадконакопления, вулканизма и изменения уровня моря могли обусловить и фактически обусловили все события в истории Земли, и что это означает почти невообразимую продолжительность эволюции Земли. Ключевыми положениями униформизма были: «настоящее — ключ к прошлому» (как впервые сказал Ланель) и «мы не находим никаких следов начала и никаких перспектив конца» (как впервые сказал Геттон). В униформизме также существовали разные течения. В Западной Европе (например, Фюксель) и России (Ломоносов) он подразумевал непрерывное действие современных процессов, или «актуализм», т.е. не совсем то же самое, что проецирование в отдаленное прошлое известных законов природы, которое долгое время было принято. Некоторые, например Геттон, Плейфер и Холл, видели чрезвычайно продолжительные спокойные периоды эрозии, в течение которых древние горные системы разрушались до пе- непленов и которые разделялись короткими бурными революциями, когда слои сминались в складки, образуя горы, а моря отступали с поднимающейся суши. Это была смесь униформизма и катастрофизма; действительно, для своих революций Геттон использовал слово «катастрофа».
Кювье, блестящий мыслитель и отец сравнительной анатомии, был совершенно не способен примирить мелкие различия, которые он наблюдал в современных процессах, с колоссальными изменениями, очевидными в последовательности слоев. Однообразие процесса должно было прерываться бурной катастрофой совсем другого масштаба. Его недальновидность заключалась в том, что он не осознавал безграничность геологического времени в сравнении с продолжительностью жизни человека. Отметим параллель с Тихо Браге, который не мог представить себе огромность расстояний до звезд по человеческим меркам.
Чарлз Лайель (1797—1875) родился в состоятельной семье и поэтому смог оставить адвокатскую практику, чтобы заняться геологией. Он делал это так успешно и настолько увлек общественность, что стал выдающейся фигурой и получил титул баронета. Это он установил, что не только стадия медленной денудации, но и «импульсивные» стадии вулканизма, горообразования, поднятия и погружения континентальных областей могли быть вызваны медленными процессами, действующими в настоящее время. Он заменил все импульсивные революционные события спокойным градуализмом и благодаря искусной защите своих идей и упорному их повторению в конце концов убедил своих критиков, что так оно и было. Убедительное изложение униформизма Лайелем было с восторгом воспринято в Англии, но эту концепцию не так быстро признали в Германии, где сильное тормозящее влияние оказывали взгляды фон Буха и фон Гумбольдта, и во Франции, где традицию Кювье поддерживали Эли де Бомон (1798—1874) и Альсид д’Орбиньи (1802—1857). Укоренившаяся догма умирает с трудом. Но даже в Англии Уильям Томсон (лорд Кельвин) уже готов был развенчать геологов, заметив, что униформизм Лайеля был по существу вечным двигателем и, следовательно, он невозможен. Но это было преувеличением — ведь хотя Геттон мог «не найти следов начала», и он, и Лайель были христианами, признававшими божественное происхождение мира, несмотря на то что следов его не было в горных породах.
Среди обеих групп большинство признавало повторяющиеся циклы эрозии и осадконакопления, воздымания и горообразования, но многие (как Геттон и Лайель) не видели никакой противоположной тенденции, никакого прогресса или общей направленности развития, тогда как другие признавали неуклонное понижение интенсивности процессов, обусловленное либо потерей тепла остывающей планетой, либо какой-то другой причиной. Но никто не представлял себе противоположной тенденции экспоненциального усиления тектонической активности, которое, как я хочу обосновать позднее, происходит в действительности. Явное движение вперед и направленность в истории Земли реальны и значительны. Например, развитие жизни от прокариот до гоминид остается эмпирическим фактом независимо от того, какую модель предпочесть для его объяснения — Кювье ли, Ламарка, Дарвина или Линнея.
Интерпретировать все древние явления с точки зрения современных процессов было бы ошибкой. В течение первых трех четвертей истории Земли не существовало наземных растений, так что главным переносчиком обломочного материала служил ветер и, поскольку в атмосфере было мало кислорода, процессы выветривания были иными. Из-за этих и некоторых других ограничений настоящее является лишь несовершенным ключом к прошлому.
Исключительное событие — это только другой вид катастрофы, находящийся за пределами этого обсуждения, но его выделяют в последние десятилетия. Считают, что в конце мезозойской эры, около 70 млн. лет назад, сопровождавшемся массовыми вымираниями животных и геохимическими аномалиями, произошло столкновение Земли с крупным астероидом. Эдвард Буллард когда-то отметил, что «с такой сложной системой, как Земля, почти что угодно может произойти случайно». П.Э.Гретенер добавляет, что вероятность выбросить шестерки на всех восьми игральных костях при одном броске равна одной полуторамиллионной, но при 5 млн. бросков вероятность того, что все восемь костей повернутся шестерками вверх хотя бы один раз, составляет по меньшей мере 95%, т.е. почти несомненна. Так что за 4 млрд, лет истории Земли, как сказал Буллард, «невозможное становится возможным, возможное — вероятным, а вероятное — практически безусловным».
В студенческие годы на меня глубокое впечатление произвела основополагающая статья Джозефа Баррелла (1869—1919), написанная им незадолго до смерти, — «Ритмы и измерения геологического времени». В ней подчеркивалось значение ритмов и эпизодических импульсов в осадконакоплении, о которых свидетельствуют повторяющиеся короткие перерывы, названные Баррелом диастемами. Я сам убедился в этом в сентябре 1935 г., когда был вблизи эпицентра чрезвычайно сильного землетрясения в горах Торричелли на острове Новая Гвинея (землетрясение с магнитудой 7,9 при неглубоком очаге). Последовавшие за этим изменения для рек и осадконакопления в предгорьях были гораздо большими, чем те, которые возникли бы в результате обычных процессов, продолжавшихся веками. Проф. Дерек Эйджер из г.Суонси удачно сравнил осадконакопление с жизнью солдата — долгие периоды скуки, перемежающиеся короткими периодами страха!
Коротко говоря, принцип униформизма остается краеугольным камнем геологии, других ретроспективных наук и в какой-то мере вообще всех наук. Однако униформизм облачался в одежды множества разных оттенков, на которые ученые смотрели сквозь собственные цветные фильтры, и мы все еще не договорились об общей палитре. Легко назвать 10 основных положений униформизма:
1. Вселенная рациональна, без произвольного божественного вмешательства. Большинство, если не все ученые, вплоть до начала XX в. должны были ограничивать это представление временем после первого акта творения.
2. Законы природы постоянны во времени и пространстве. Кеплер утверждал это в 1618 г.
3. Историю Земли можно восстановить исходя из последовательного положения пластов, несогласий, ископаемых фаун, вулканических отложений и т.д. (закон суперпозиции).
4. Все геологические явления и процессы были такими же, как те, что наблюдаются в настоящее время. Геттон и Кювье делали исключение для орогенических революций, но Лайель относил этот принцип и к ним.
5. Градуализм: крупные изменения в прошлом совершались в результате суммирования небольших изменений, происходивших в течение очень долгого времени. Монотонное, медленное сглаживание гор под действием выветривания, эрозии и переноса материала реками было легко доказать, но орогеническая революция была не столь очевидна, так как обычно отражалась только в несогласии и изменении фауны в породах над ним. Наблюдавшиеся Лайелем в Италии последовательные поднятия, сопровождавшие землетрясения или извержения вулканов, убедили его в том, что новые горные системы образовались в результате суммирования незначительных явлений, наблюдавшихся в настоящее время.
6. Отдельные виды организмов постоянны и неизменны. Так полагали Кювье и Лайель, хотя последний в конце концов все же вынужден был признать доводы Дарвина. Сегодня мало кто из ученых согласен с этим, если такие вообще есть.
7. Катастрофизм: прошлая история Земли включала события во много раз более мощные, чем любые наблюдавшиеся в течение истории человечества. Так среди многих других считали Кювье и Геттон, но это отрицал Лайель.
8. Исключительные события, происходившие в течение истории Земли, не обязательно были катастрофическими, но вызывали изменения в самом ходе истории. Такими событиями могли быть первоначальный акт творения, образование Луны путем отрыва от Земли или захват ее с прежней независимой орбиты, столкновение с крупным астероидом, природный ядерный взрыв (такой, как взрыв, установленный в докембрийских породах Габона, где, очевидно, имелась критическая масса радиоактивных элементов, возможно даже трансурановых), возникновение жизни, раскол Пангеи (если его интерпретировать как уникальное событие), изменение атмосферы от углекислой до содержащей свободный кислород и другие, пока только предполагаемые события.
9. Циклы: несомненно, имеется много естественных циклов, влияющих на геологические процессы, например суточное вращение Земли, месячный лунный цикл, годичное обращение Земли вокруг Солнца, нутация земной оси (18,6 года), движение Солнца вокруг центра масс Солнечной системы, уравнивающее притяжение планет (178 лет), прецессия земной оси (25 700 лет) движение Солнечной системы вокруг центра Галактики (около 250 млн. лет), релятивистское смещение перигелия земной орбиты (600 млн. лет) и, вероятно, другие. Некоторые русские (в том числе П. Н. Кропоткин) и многие европейские геологи подчеркивают значение пульсаций с различными периодами.
Такая цикличность не противоречит никаким другим явлениям.
10. Дирекционализм (направленность): большинство ученых предполагают постепенное увеличение энтропии (грубо говоря, беспорядка) от начала, когда энергия была велика, к конечному исчезновению свободной энергии в соответствии со вторым законом термодинамики. Напротив, биологическая эволюция подразумевает постепенное уменьшение энтропии. Большинство ученых принимают как аксиому, что система Земля — Луна — Солнце — это замкнутая термодинамическая система с неизменным соотношением массы — энергии. Полагают, что геологическая активность снижается из-за уменьшения радиоактивности и потери первичного тепла (Конибер и Кельвин). Сейчас некоторые специалисты в области космологии предполагают, что гравитационная постоянная уменьшается со временем. Лайель отстаивал устойчивое состояние, отрицая какую бы то ни было направленность развития. За исключением Чарлза Шухерта из Йейла, почти никто не защищал точку зрения, что интенсивность геологических процессов со временем увеличивается. В заключительной главе я выдвину доводы в пользу этого, а также того, что как масса, так и энергия с течением времени возрастают, но сумма их остается постоянной, так как они стремятся взаимно обратиться в нуль.
