У. Кэри
В ПОИСКАХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАЗВИТИЯ ЗЕМЛИ И ВСЕЛЕННОЙ
История догм в науках о Земле

9
Посев семян революции

В то время как идея о материковом дрейфе презиралась, совершенствование оборудования и методов наблюдений, накопление фактических данных и прогресс в теории неуклонно вели к признанию модели Вегенера. Эта и следующие главы посвящены описанию указанной тенденции.

С 1930 до 1937г. я следовал в своей работе модели Вегенера (приводимой в действие мантийной конвекцией), затем вплоть до 1956г. — модели Дю Тойта с древними праконтинентами-близнецами Лавразией и Гондваной, а после этого — модели расширения, в которой материки расходились как части покрывавшей весь земной шар материковой коры, причем каждый материк оставался прикрепленным к своему участку подстилающей мантии. Следовательно, мое собственное видение периода между смертью Вегенера и признанием его правоты отличается от оценки, приведенной в учебниках, почти так же, как взгляд черного южноафриканца на современное общество отличается от представлений африканера. Такое различие в восприятии прошлого необходимо объяснить, хотя бы для того, чтобы история этого периода выглядела более сбалансированной.

Революция, упомянутая в названии этой главы, разбивается на три фазы. Первая—это мобилистская революция, в результате которой англоязычный научный мир признал относительное движение материков. За ней сразу же последовала затмившая ее плитотектоническая революция — примерно так же, как за меньшевиками в 1917г. пришли большевики. Для сторонников тектоники плит это отделение одной фазы от другой может показаться педантизмом, но оно — и начало, и сердцевина моего несогласия с их точкой зрения, продолжающегося два десятилетия. Третьей фазой революции — по моему убеждению, скорой и неизбежной — будут признание расширения Земли и отход от идеи субдукции к той модели, которую я развиваю, как сказано выше, с 1956г.

Палеомагнетизм

В 1849г. Акиль Делесс обнаружил, что некоторые современные лавы намагничиваются в направлении локального геомагнитного поля, а Мачедонио Меллони в 1853г. подтвердил, что лавы Везувия намагничены параллельно окружающему полю. На рубеже веков Джузеппе Фольгерхайтер распространил этот вывод на кирпичи и глиняные черепки, показав, что при обжиге керамика намагничивается параллельно локальному полю и что эта намагниченность остается стабильной (поэтому она получила название остаточной намагниченности) даже в материале горшков, захороненных в случайном положении тысячи лет назад. Значит, изучая древние черепки, можно проследить современную историю наклонения геомагнитного поля.

На фоне брожения в науке в конце 1920-х годов Поль Меркантон доложил Французской академии, что с помощью магнитных исследований в распавшихся частях Пангеи можно осуществить объективную проверку теории Вегенера. Эту идею поддержал в 1940г. Бено Гутенберг, который всегда относился к концепции материкового дрейфа с симпатией. Но из-за второй мировой войны только в конце 1940-х — начале 1950-х годов английские физики Патрик Блэкетт (который изобрел астатический магнитометр и тем самым существенно усовершенствовал измерения очень слабой намагниченности) и Кейт Ранкорн со своими учениками серьезно изучили это предложение. Стимулом для их работы послужило сообщение Джона Грэма (из Института Карнеги) о том, что по меньшей мере некоторые осадочные породы также сохраняют направление древнего намагничения на протяжении долгого геологического времени.

В это время Тасманская гидроэлектрическая комиссия (в которой я был консультантом) как раз закончила бурение 300-метровой вертикальной скважины через юрские долериты на восточном берегу озера Грейт-Лейк, и я послал Блэкетту авиапочтой образцы керна, отобранные через 30 м, с предсказанием, что во время образования долеритов они должны были находиться относительно близко к тогдашнему полюсу. Через некоторое время Блэкетт телеграфировал, что намагниченность керна близка к вертикальной, и это подтвердило мой тектонический прогноз. Эта работа, проведенная в сотрудничестве с профессорами Дж.Джейгером и К.Ранкорном, привела к приглашению Эдуарда Ирвинга, тогда студента-дипломника в Кембридже, заняться научными исследованиями в Австралийском национальном университете. Там он приступил к систематическому изучению остаточной намагниченности юрских долеритов Тасмании, образовавшихся, как он установил, у 80° ю.ш.

Тем временем один из моих коллег М.Р.Банкс, находясь в научной командировке в Массачусетсе, отобрал для меня ориентированные образцы рэтских долеритов с западного берега реки Гудзон, и я попросил д-ра Р.Маака (из Музея Куритибы) отобрать образцы базальтов из бассейна Параны в Бразилии. Поскольку Д.Ян Гоф и Антон Хейлс изучали с 1950г. палеомагнетизм долеритов Карру в Институте Бернарда Прайса в Йоханнесбурге, палеомагнитное подтверждение идеи о существовании Гондваны можно было представить на проведенном в 1956г. в Хобарте симпозиуме по материковому дрейфу (см. ниже).

Ороклины

В последние 100 млн. лет по периферии вегенеровской Пангеи существовали пояса активного горообразования; они пересекали и ее среднюю часть, переходя от Новой Гвинеи через Индонезию, Гималаи и Средиземноморье в Северо-Западную Африку и Карибский регион. Для этих поясов были характерны землетрясения, вулканы, большие мощности рыхлых осадочных пород; кора под ними была существенно горячее, чем в нормальных условиях; под действием напряжений она становилась податливой и в ней развивались сильные деформации, захватывающие обширные площади. Эти складчатые пояса выделялись на фоне огромных пространств материков, где за сотни миллионов лет деформация почти не происходила.

Рис. 12. Белуджистанский ороклин, каким он представлялся мне в 1938г.
(до того, как я пришел к идее о расширении Земли).

Рис. 13. Ороклины, сфенохазмы и мегасдвиги западного Средиземноморья, какими я представлял их себе в 1938г.
Перекрестной штриховкой показаны глубины более 2000 м. Линия между этой областью и сушей — изобата 1000 м.

В 1930-х годах мне представлялось, что если бы материки перемещались, как считал Вегенер, на большие расстояния, то складчатые пояса между ними, которые были подвижными и деформировались в соответствующее время, навсегда запечатлели бы в себе такие движения, и это должно ясно отразиться на форме их поверхности в плане. Даже самые примитивные физические карты земной поверхности подтверждали эти логические выводы. К 1938г. я уже знал, что если распрямить явные изгибы складчатых (орогенических) поясов, которые я назвал ороклинами (от греческих слов όρος — гора и ϗλινω — изгибать), то восстанавливаются очевидные простирания, исчезают видимые зияния и в результате только этого процесса реконструируются очертания Пангеи. Рисунки 12—18 иллюстрируют некоторые из таких построений.

Рис. 14. Реконструкция раннемезозойской Западной Европы с учетом левосдвигового смещения на 700 км и расширения Средиземноморской впадины также на 700 км.

Рис. 15. Аляскинский ороклин, каким я представил его в 1956г. на симпозиуме по материковому дрейфу.

Рис. 16. Схема раскрытия Аляскинского ороклина.
А — Аральская депрессия, Б — Беломорская депрессия, X — рифтовая долина Хатанги, НЗ — Новоземельско-Пайхойский двойной ороклин, Ф — Земля Франца-Иосифа, Ш — Шпицберген, И —Исландия, Р — Рейнский грабен, Л — Лиссабонский уступ, Г — Гренландия, К — прогиб Кабота.

Рис. 17. Эту диаграмму я приготовил к симпозиуму по материковому дрейфу 1956г. Она показывает соотношение Атлантического океана с Аляскинским ороклином. Американские материки качаются, как створки ворот, поворачиваясь вокруг Аляскинского ороклина и отходя от Европы и Африки. При этом Северная Америка и Европа смещаются к западу относительно Южной Америки и Африки в процессе кручения пояса Тетис (см. гл. 21). А — правый сдвиг между Венесуэлой и Золотым берегом Африки (Гана), В — Атлантический сфенохазм; С — Карибские острова и континентальные обломки в Средиземном море показывают левый поворот, вызванный кручением в зоне Тетис (см. табл. 2); D — Центрально-Американские блоки были отторгнуты от материка Америки, в результате чего образовался Мексиканский залив; Е — Арктический сфенохазм; F — левый сдвиг при кручении Тетиса.

Рис. 18. Косая меркаторская проекция, показывающая соотношение между Атлантическим океаном и Аляскинским ороклином. Пары точек А—А“, В—В“, С—С' и D—D' отмечают места, ранее соединенные друг с другом.

Таблица 2. Предсказанные и измеренные повороты по данным об ороклинах

Большая часть того, что я опубликовал в статье об ороклинах в 1954 г., уже присутствовала в предварительном варианте моей докторской диссертации в 1937 г., но накануне защиты я опустил рассуждения об ороклинах, так как сообразил, что они покажутся слишком радикальными и не будут приняты, а мне это будет стоить ученой степени.

Даже в 1954г. рецензенты из Геологического общества Австралии отказались пропустить эту статью в печать. Однако она была опубликована в 1955г. Королевским обществом Тасмании, а в 1963г. получила «Золотую медаль Гондваны» как наиболее значительная работа за соответствующий трехлетний период. В табл. 2 перечислены отмеченные мной ороклинные повороты и показано, как они впоследствии были подтверждены палеомагнитными данными.

Разрастание морского дна

Реконструкции ороклинов позволяют предполагать образование обширных областей новой океанической коры. Например, Белуджистанский ороклин формировался сопряженно с раскрытием Индийского океана (рис. 12), а Аляскинский (рис. 15—17) — с раскрытием Северного Ледовитого и Атлантического океанов. Для меня было также очевидно, что Африканские рифтовые долины, Красное море и Атлантический океан представляют собой последовательные стадии единого процесса разрастания. Механизм этого разрастания играл ключевую роль во всем процессе расхождения материков, что я и подчеркнул в дискуссии на симпозиуме по материковому дрейфу в Хобарте в 1956г. Для точности объяснения процитирую отрывок из доклада на симпозиуме (рис. 19 в этой главе — модификация рис. 12 из упомянутого доклада).

Рис. 19. Образование хребтов и паевых ломтей разрастания: самые молодые находятся в срединном рифте (по материалам симпозиума 1956 г.).

«Трещины растяжения на малой глубине вертикальны и перпендикулярны к направлению действия напряжения (рис. 19,а). Однако с увеличением глубины быстро достигается условие, когда давление вышележащей толщи уже не позволяет возникать трещинам чистого растяжения, так как нагрузка превосходит сдвиговую прочность свободного сжатия, и главный эффект растяжения — образование разрывов чистого сдвига. Благодаря этому поверхностная вертикальная трещина растяжения на глубине оказывается отклоненной на угол около 58° (45° плюс половина угла трения), как показано на рис. 19,б. Могут развиться одна или обе из показанных возможных трещин. Геологическая нагрузка обычно появляется не мгновенно, а формируется на протяжении длительного времени. Поскольку скорость релаксации напряжений путем ползучести растет с температурой, должно развиться пластическое течение, дополняющее деформацию и усиливающееся с глубиной вплоть до того состояния, когда все напряжение релаксируется течением и не может достичь порога разрушения. Это определяет нижнюю границу возникновения землетрясений для данной скорости деформации. Следовательно, трещины хрупкого скола все больше и больше отклоняются течением, пока не рассеются в горизонтальном ламинарном течении (рис. 19,в). Таким образом, сверху вниз в коре, испытывающей растяжение, прослеживается такая последовательность: поверхностные вертикальные трещины растяжения, трещины хрупкого скола, падающие под углом около 58°, трещины вязкого скола со все более пологим падением и, в конце концов, горизонтальное ламинарное течение. В коре с заданными физическими свойствами и температурным градиентом уровень, на котором вязкий скол выполаживается до состояния ламинарного течения, зависит от степени растяжения. При слабом растяжении все напряжение будет релаксироваться ползучестью на сравнительно малой глубине. При большей степени растяжения в тех же породах напряжение будет возрастать до порога разрушения, и только потом релаксация посредством течения становится соответствующей растяжению.
      Движение под действием растяжения дает картину, показанную на рис. 19,г, или ее половину. Образование вторичных разрывов неизбежно, так как в противном случае движение, направленное вдоль горизонтальной подошвы в правую или левую сторону, создаст зияние на наклонных поверхностях разрывов.
      Однако рис. 19,г представляет весьма существенное нарушение изостазии благодаря дефициту массы за счет образования рифтовой долины: при ширине рифта 30 км и глубине 4 км это даст 300 млрд. т на 1 км длины. Земная кора определенно не выдержала бы дифференциальную нагрузку такого порядка.
      Поскольку компенсация в холодной верхней коре имеет региональный, а не узколокальный характер, вся площадь X—X (рис. 19,г) начинает изостатически подниматься — одновременно с объемным расширением (дилатацией) блока, но отставая от него. Возникает типичная рифтовая долина с приподнятыми, но все еще активно поднимающимися бортами, и создается отрицательная аномалия силы тяжести, обусловленная неполной еще компенсацией (рис. 19,д). Днище долины погружается или воздымается в зависимости от того, ускоряется или замедляется процесс прогибания, вызванного продолжающимся объемным расширением, относительно скорости изостатического поднятия...
      Уже отмечалось, что изостазия приводит к изгибу линии X—X на рис. 19,г вверх — в положение X’—X’ показанное на рис. 19,д. Это означает, что на всех уровнях Y—Y вещество между разрывами и под ними оказывается более нагретым, чем то же вещество за пределами развития разрывов и над ними. Следовательно, материал в средней части более податлив по отношению к течению при том же напряжении и в то же время, чем материал над разрывами. Значит, если растяжение продолжается, то ослабленная подвижная зона протягивается внутрь под первоначальные разрывы, а сами эти разрывы, такие, как PP и P’P’ продолжаются вверх до пересечения. Вещество же над ними отходит в стороны, что позволяет линии пересечения разрывов изостатически подниматься до поверхности. Таким образом, рифт становится шире благодаря течению на глубине и многократному образованию своего рода «ломтей» под более древними разрывами. Этот процесс может идти неопределенно долго и создавать все более расширяющийся океан (рис. 19,е). На всех стадиях этого непрерывного процесса берега на окраинах могут оставаться неактивными, но одновременно будет развиваться активная срединная зона разрывообразования и сейсмичности, следующая вдоль хребта, составленного из двух наклоненных бортов и узкого прогиба между ними на месте самого последнего растяжения. Этот прогиб создает дефицит масс и должен находиться в процессе изостатического поднятия. Приподнятые борта сохраняются благодаря тому, что региональная изостатическая компенсация достигается очень быстро, а локальная происходит гораздо медленнее и никогда не достигает полного равновесия. По мере того как локальная компенсация становится более полной, приподнятые края опускаются. В любом случае процесс должен прекратиться, когда последовательное объемное расширение приведет к появлению нового разрыва (такого, как PP на рис. 19,д), поскольку ранее приподнятый участок поверхности будет тогда в области оползневой просадки (как на рис. 19,г). Следовательно, в любой момент будет только одна пара приподнятых бортов даже у широкого рифта.
      Механизм рифтообразования создает идентичные формы рельефа независимо от того, действует ли он в пределах континентальной коры или на дне океана. Эти характерные формы повторяются с точностью до мельчайших деталей на срединных хребтах Атлантического, Индийского и Южного океанов».

Там, где начальные условия симметричны, как в случае, когда рифт образуется внутри материка или в пределах существующего океана, структура развивается симметрично: по обе стороны срединной рифтовой долины поднимаются парные ломтеобразные куски ее бортов. Однако если начальные условия асимметричны, например когда рифт образуется на границе материка и океана, то эти «ломти» могут появиться только на одной стороне, так как различия в физических условиях распространяются на очень большую глубину.

Мне пришлось привести такую длинную цитату, чтобы показать, что тектоника плит предлагает отнюдь не первое и не единственно возможное объяснение механизма разрастания морского дна, удовлетворяющее имеющимся данным. Предложенный мною механизм сегодня так же работоспособен, как и 30 лет назад.

Симпозиум в Хобарте

Как упоминалось раньше, в 1956г. я провел Международный симпозиум по материковому дрейфу при Университете Тасмании в Хобарте. Вплоть до того времени я не сомневался в том, что диаметр Земли существенно не менялся с самого начала (этот вопрос никогда и не возникал), но во время дискуссий на симпозиуме все аномалии, которые так беспокоили меня, сошлись вместе и выкристаллизовались в идею о том, что реконструкция Пангеи требует меньшего размера Земли, и к концу симпозиума я сделал решительный шаг к идее о расширении Земли.

Среди участников симпозиума были проф. Л.Кинг из Дурбана, ставший проповедником идей Дю Тойта; д-р Дж.У.Эванс, с давних пор интересовавшийся материковым дрейфом с точки зрения распространения насекомых; д-р Р.Маак из Куритибы, ведущий авторитет по региональной геологии Бразилии; проф. К.Э.Кастер из Цинциннати, много лет изучавший палеозойскую стратиграфию Южной Америки и Африки; Э.Ирвинг, которого уже тогда считали ведущим специалистом по палеомагнетизму; проф. Дж.Ч.Джейгер, много сделавший для организации исследований в новых областях геофизики; д-р Р.О.Бруншвейлер из Цюриха, ставший мобилистом под влиянием Штауба; д-р Дж.М.Дикинз и д-р Дж.А.Томас, сопоставлявший пермские фаунистические комплексы Индии и северо-западной Австралии; проф. А.Г.Войзи, который раньше относился к материковому дрейфу с симпатией, но в период преподавания в Америке пропитался тамошним скептицизмом, и д-р А.А.Эпик, эстонец, известный во всем мире знаток раннепалеозойских трилобитов и противник материкового дрейфа.

Американские геологи почти единодушно отвергали идею материкового дрейфа, и поскольку сильнейшая оппозиция сосредоточилась в Йельском университете, где постоянство материков и океанов утвердил еще Дэна и твердо поддержал Ч.Шухерт, я пригласил в Хобарт в качестве главного гостя декана факультета геологии этого университета проф. Ч.Лонгвелла. Симпозиум произвел на Лонгвелла глубокое впечатление, в особенности успех метода ороклинов, новые свидетельства палеомагнетизма и данные о симметричном разрастании морского дна на срединных хребтах. В итоге по окончании симпозиума он предложил мне приехать в Йельский университет на год в качестве приглашенного профессора, чтобы «встряхнуть американское болото». Лонгвелл отличался более широкими взглядами, чем большинство его американских коллег. Однако служебные обязанности не позволили мне принять приглашение вплоть до 1959/60 учебного года.

Неожиданное одобрение работы симпозиума пришло также из другой части света. Профессор Э.Вегманн, преемник Э.Аргана в Невшателе, прислал мне оригиналы цветных иллюстраций из основополагающей работы Аргана «Тектоника Азии», представленной на Брюссельской сессии Международного геологического конгресса 1923г., с припиской: «Вручаю Вам мантию Аргана».

Апостол мобилизма в Америке

В Йельском университете (Нью-Хейвен, шт.Коннектикут) я прочитал полные курсы структурной геологии и глобальной тектоники. Но выступал с лекциями и во многих других американских университетах — в основном по международной программе обмена учеными под эгидой Американского геологического института: Брауновском (Провиденс, шт.Род-Айленд), Колумбийском (Нью-Йорк), Гарвардском (Кеймбридж, шт.Массачусетс), Уэслианском (Мидлтон, шт.Коннектикут), Лейхайском (Бетлехем, шт. Пенсильвания), Принстонском (Принстон, шт.Нью-Джерси), Дюковском (Дарэм, шт.Сев.Каролина), Университетах Северной Каролины (Чапел-Хилл), и Луизианы (Новый Орлеан), Сент-Луисском (шт.Миссури), Цинциннатском (Цинциннати, шт.Огайо), Университете Огайо (Атенс, шт.Огайо), а также в канадских университетах — в Торонто, Западном Онтарио, Мак-Гилле, Калгари и Британской Колумбии. Как в притче Иисуса о сеятеле (Матф., [13: 3—8]), некоторые брошенные семена упали на благодатную почву и пустили корни, но позднее были задушены буйно разросшимися сорняками субдукции.

Через четверть века Джон Роджерс, вспоминая вечные споры о природе орогенеза, писал:

«Мое собственное участие в разрешении этой дилеммы было отрицательным. Я покинул Северную Америку на год, чтобы изучать Альпы. В результате факультет геологии Йельского университета смог принять на этот год приглашенного профессора; мы выбрали Уоррена Кэри, и североамериканская геология уже больше не вернулась к своему прежнему состоянию. Он путешествовал по всему континенту, читал лекции в своем неподражаемом стиле «теперь вам ясно, теперь — нет», беседовал с каждым, кто его хотел слушать, а когда он заканчивал объяснение, никто уже больше не смеялся над материковым дрейфом».

Профессор Уолтер Г.Бухер, патриарх американских тектонистов, уязвленный моими еретическими высказываниями, пригласил меня на открытый диспут в Колумбийский университет. Шермерхорн-театр был битком набит геологами и геофизиками, собравшимися издалека. Это был незабываемый вечер. Геологи и геофизики, ведомые призраком Кельвина, с порога отвергали такое резкое изменение в геологическом мировоззрении как нечто совершенно невозможное, но отступали, будучи не в состоянии опровергнуть мои аргументы.

Кроме Йельского университета много внимания требовал от меня Принстон, где я прочитал несколько лекций в конце 1959 — начале 1960г. В этих лекциях говорилось об ороклинах, палеомагнитных свидетельствах больших межконтинентальных движений, данных о разрастании морского дна при неоднократных внедрениях парных «ломтей» мантийного материала в срединноокеанических хребтах, детально рассматривавшихся на симпозиуме в Хобарте (рис. 19). Между Гарри Хессом, главой Принстонской геологической школы, и мною завязалась теплая дружба, которая затем неуклонно углублялась вплоть до его преждевременной смерти.

Кампания достигла кульминации на специальной сессии по материковому дрейфу, организованной Обществом по прикладной палеонтологии и минералогии в связи с годичным собранием Американской ассоциации геологов-нефтяников в Атлантик-Сити 25 апреля 1960г. Я был основным докладчиком, вместе со мной выступали Кейт Ранкорн, Кен Кастер и Уильям Гуссов. Зал был переполнен, люди заняли все проходы и стояли вдоль стен. После докладов и ответов на вопросы началась дискуссия, которая продлилась далеко за полночь, и едва ли кто-нибудь ушел, пока председатель не вынужден был закрыть собрание. Революция идей о расхождении материков началась!

  Оглавление