Рис. 9. Вегенеровская реконструкция Пангеи для трех различных периодов. Легким крапом обозначены мелкие моря. Для облегчения идентификации показаны современные реки. Проекция стереографическая, координатная сеткаусловная.
Умозрительные модели давят на наше сознание, и выражение «материковый дрейф» («continental drift») с самого начала затрудняло верное восприятие концепции Вегенера в англоязычном научном мире. Сам Вегенер использовал немецкое слово Verschiebung, которое Скерл совершенно правильно переводил на английский как displacement, т.е. смещение. Однако оно было заменено термином «дрейф» теми, кто стремился скомпрометировать концепцию Вегенера, а их было большинство, и неточный термин вошел в обращение. Теорию, «оседланную» этим названием, легко было представить плодом фантазии.
Сходство очертаний противолежащих берегов Африки и Южной Америки первым заметил, по-видимому, Фрэнсис Бэкон (1561—1626). Он сделал это в «Афоризме 27» книги II «Нового органона» (1620). Кое-кто говорит, что он подозревал, будто причиной раскрытия Атлантики было расширение Земли, но я не могу «вычитать» это из текста:
Verum his missis, etiam in ipsa configuratione mundi in majoribus non sunt negligendae instantis conformes; veluti Africa, et regio Peruviana cum continente se porrigenti usque ad Fretum Magellanicum. Utraque enim regio habet similes isthmos et similia promontoria, quod non temere accidit. Item Novus et Vetus Orbis; in eo quod utrique orbes versus septentriones lati sunt exporrecti, versus austrum autem angusti et acuminati.
[«В действительности, пренебрегая прежними наблюдениями, мы не должны упускать из виду сходство больших массивов в конфигурации Земли; например, Африка и Перуанская область — сухопутный массив, протягивающийся до Магелланова Пролива. Обе эти территории имеют сходные сужения и сходные выступы, что нельзя считать простым совпадением. Также Новый и Старый Свет сходны друг с другом в том, что оба они расширяются к северу, а к югу сужаются и заканчиваются мысами».]
Конечно, латинское причастие exporrecti (от глагола exporrigere — растягивать) можно перевести как «растянутые», но здесь это слово употреблено только в описательном смысле.
Несколько позже Франсуа Пласе выразил сходные идеи в 3-м издании своей книги (появившемся в Париже в 1688 г.): «Ou il est montre que devant le deluge l’Amerique n’etait pas separee des autres parties du monde» (где показано, что до потопа Америка не была отделена от других частей мира).
В течение следующих двух веков многие поражались сходству формы берегов Атлантики и выдвигали различные догадки по поводу того, что оно может означать: Бюффон — примерно в 1780 г., Гумбольдт — около 1800, Янг — в 1810, Ричард Оуэн — в 1857, Уильям Лоутиан Грин — в 1857, Антонио Снайдер — в 1858, Генрих Веттштейн — в 1880, преподобный Осмонд Фишер — в 1882, С.Б.Уорринг — в 1887, У.г.Пикеринг — в 1907, Р.Мантовани — в 1909, Фрэнк Берсли Тейлор — в 1910, Говард Бейкер — в 1911 и, естественно, Альфред Вегенер в 1912 г., а также, вероятно, еще несколько исследователей, не названных мною.
Несколько ранних авторов писали, что обе Америки первоначально составляли единый массив суши с Европой и Африкой, но разделились при погружении мифического материка Атлантида.
Первые предположения о том, что материки в действительности расходятся в разные стороны, были выдвинуты, по-видимому, в 1857г. независимо профессором Ричардом Оуэном (1810—1910) из Университета Индианы и Уильямом Лоутианом Грином с Гавайев — чрезвычайно эрудированным шотландцем, представившим себя на титуле своей книги как «министр иностранных дел Королевства Сандвичевых островов». Весьма увлекательная книга Оуэна «Ключ к геологии земного шара — очерк» привлекла к себе внимание, но не надолго. Статья Грина 1857г. была опубликована в «Новом философском журнале Эдинбурга». Изданная позже (в 1875г.) его книга «Следы расплавленного состояния, проявляющиеся в фигуре Земли, вулканической деятельности и рельефе» содержит выводы, опережающие его время на целое столетие (таков вывод о глобальном левостороннем кручении оси зоны Тетис, обсуждаемый в гл. 21), но никто не подхватил их, и вскоре они были почти совсем забыты.
В 1858г. Антонио Снайдер-Пеллегрини, благочестивый американский христианин, опубликовал в Париже свою книгу «La Creation et ses mysteres devoiles» («Божественное творение и раскрытые его тайны»), в которой он предвосхитил вегенеровскую Пангею — единый массив суши, занимающий одно полушарие (с океаном в другом полушарии). Это «кривобокое» устройство было разрушено во время библейского Потопа, причем обе Америки отошли на запад, открывая Атлантический океан с его зеркально-отраженными берегами. Вся книга представляет собой грандиозную разработку шести «дней» Творения. Луна вырвалась из земных недр во время конвульсий первого «дня». В пятый «день» образовались Пангея и дополняющий ее первобытный океан. Всемирный потоп и раскол Пангеи произошли в шестой «день».
Генрих Веттштейн в 1880г. опубликовал в Цюрихе книгу «Die Stromungen der festen, fliissigen und gasformigen Stoffe und ihre Bedeutung fur Geologie, Astronomie, Klimatologie und Meteorologie» («Потоки твердых, жидких и газообразных веществ и их значение для геологии, астрономии, климатологии и метеорологии»), в которой он описывал, как материки дрейфовали на запад: приливные силы действовали на вязкое вещество в недрах Земли, и в результате произошло раскрытие Атлантики. Очень похожая концепция была выдвинута позже Э.X.Л.Шварцем в «Geological Journal» (1912). Веттштейн доказывал свою теорию, привлекая палеоклиматические и палеонтологические аномалии. В Германии и других странах, где немецкий язык был широко распространен среди ученых, представления о чрезвычайной подвижности были общепринятыми, но речь шла в основном о срыве всей коры («блуждание полюсов»), а не об относительном движении материков. Среди приверженцев этих представлений были Лёффельгольц фон Кольберг (1895) и Крейхгауэр (1902). Напротив, в Америке преобладали консервативные представления, отвергавшие подобный мобилизм.
Осмонд Фишер (1817—1914) опубликовал в 1881г. книгу «Физика земной коры», в которой следует теории Джорджа Дарвина об отделении Луны от Земли. Тихоокеанский бассейн трактуется как след этого события. Гигантская выемка была в основном заполнена снизу, но частично ее днище было приподнято конвективными потоками, поднимающимися под океанами (особенно под Срединно-Атлантическим хребтом) и опускающимися под материками. Этот же процесс привел к раскрытию Атлантического и Индийского океанов и появлению цепочки фестончатых малых морей по западному краю Тихого океана. У.г.Пикеринг также шел за Дж.Дарвином в статье 1907 г., опубликованной в «Journal of Geology», но считал, что выброс Луны произошел не в мезозое, а на очень ранней стадии развития Земли. У.Ф.Коксуэрти опубликовал в Лондоне в 1890 (?)г. книгу под названием «Электрическая обстановка, или Как и где была создана наша Земля», в которой он выдвинул теорию о том, что сегодняшние материки — это части ранее существовавшего единого континента.
Фрэнк Берсли Тейлор (1860—1938), работавший в Геологической службе США, обратился в 1908г. к Геологическому обществу Америки с докладом: «Роль третичных горных поясов в образовании плана Земли» (опубликован в 1910г.). Это было, вероятно, первым изложением концепции материкового дрейфа. Он усилил аргументацию в статье «Большая Азия и изостазия», опубликованной в «American Journal of Science» в 1926г., и на симпозиуме по дрейфу континентов, проведенном в Нью-Йорке Американской ассоциацией геологов-нефтяников, где он выдвинул предположение, что Луна была захвачена в меловой период и это событие привело к возрастанию приливных сил и увеличению полярной сплюснутости, что вызвало раскол больших континентальных масс и стягивание их к экватору. Тейлор был увлечен представлением о сползании Евразии на юг, создающем нагромождения Альп, Карпат, Загроса, Гималаев и островных дуг у побережья Восточной Азии. Срединно-Атлантический хребет — это шрам на том месте, от которого разошлись материки Америки и Африки — Европы. Тейлор обращал внимание только на третичную орогению (эпоху горообразования), имея в виду, что хорошо документированные более древние орогении нуждаются в ином объяснении. Он не рассматривал палеотектонические или палеонтологические свидетельства и не пытался реконструировать материки в их додрейфовом положении.
В номере журнала «Je m’instruis» от 19 сентября 1909г. Р.Мантовани в статье «Антарктика» рассматривал на двух страницах некоторые идеи, касающиеся перемещения материков, замечательно сходные с теми, которые Вегенер изложил двумя годами позже.
Говард Бейкер представил серию статей о материковом дрейфе, начинавшуюся работой «Происхождение Луны» (1911), затем появилось «Происхождение материковых форм» в четырех частях (1912—1914) и наконец в 1932г. вышла его книга «Атлантический рифт и его значение». Первая статья Бейкера предвосхищала многие идеи Вегенера, такие, как раскол единого первичного континента, в результате которого трещина прошла от Аляски до Антарктиды и раскрылись Северный Ледовитый и Атлантический океаны. Но автор ничего не говорил об Азии и Индийском океане, а его догадки относительно Австралии, Новой Зеландии, Антарктиды были далеки от истины. Однако его толкование порванных орогенических и палеонтологических связей было полным и убедительным. Бейкер связывал раскол первичного континента с катастрофой, происшедшей около 6 млн. лет назад. Тогда эксцентриситеты орбит Земли и Венеры привели к такому их сближению, что возникли мощные приливные силы, которые вырвали из тела Земли большой кусок, образовавший Луну и оставивший после себя глубокий шрам — впадину Тихого океана. Земля потеряла большую часть своей воды, но захватила еще большее количество воды во время беспорядочного процесса, вызванного разрывом другой планеты с образованием астероидов.
Рис. 9. Вегенеровская реконструкция Пангеи для трех различных периодов. Легким крапом обозначены мелкие моря. Для облегчения идентификации показаны современные реки. Проекция стереографическая, координатная сеткаусловная.
В ретроспективе можно проследить общую нить, связывающую все эти суждения, а именно соответствие береговых линий по обе стороны Атлантики. Но в вопросе о том, как оно возникло, мнения расходились очень сильно. Эти согласия и разногласия продолжаются до сих пор.
На очереди теперь Альфред Лотар Вегенер, профессор метеорологии и геофизики в Университете г.Граца. Он родился в Берлине в 1880г. и погиб в холодной Гренландии в 1930г., пытаясь получить геодезическое подтверждение идеи о современном расширении Атлантики. Вегенер признан во всем мире как патриарх концепции материкового дрейфа. Хотя из предыдущего изложения ясно, что многие аспекты «теории Вегенера» были опубликованы раньше тем или иным из его предшественников, именно он сумел искусно объединить в одно целое все отдельные свидетельства, создав стройную теорию, которая буквально потрясла геологический мир. Поэтому именно он заслуживает такого высокого звания. Вегенер свел воедино все, что было тогда известно во всех соприкасающихся науках (геологии, геофизике, геодезии, биологии, палеонтологии, океанографии, метеорологии и астрономии) для всего геологического времени и во всех частях света (рис. 9).
Вегенер изучал астрономию и получил докторскую степень, но затем он перенес главное внимание на метеорологию и женился на дочери известного метеоролога В.П.Кёппена. Я подозреваю, что будь он по образованию геологом, ему никогда бы не осилить концепцию перемещения материков. Такие экзотические «прыжки» чаще всего совершаются перебежчиками иэ чуждых наук, не скованными ортодоксальной догмой.
Первая книга Вегенера «Die Entstehung der Kontinente» («Происхождение материков») была опубликована в 1912 г.* Прославленная книга «Die Entstehung der Kontinente und Ozeaпе» («Происхождение материков и океанов») вышла в свет в 1915г., а затем дополнялась и переиздавалась в 1920, 1922 и 1928 гг. Издание 1922г., переведенное на английский Дж.Г.А.Скерлом в 1924 г., а также на французский, испанский, шведский и русский языки**, послужило основой для полемики в мировом масштабе. Четвертое издание, включавшее много новых данных и освобожденное от некоторых слабых мест предыдущих изданий, было переведено на английский только более чем через три десятилетия (в 1966 г.), когда некоторые американцы начали с опозданием сознавать ценность вегенеровской работы.
Доводы Вегенера составили книгу, квинтэссенцией которой явились три тезиса.
1) Средний уровень суши на 5 км выше, чем средний уровень океанов; породы океанского дна примерно на 15% плотнее, чем породы материков. Плосковерхие айсберги, выступающие над водой на 1/7 своей толщины, представляют собой модель положения материков в плавучем равновесии — материки также выступают примерно на 1/7 своей толщины над средним уровнем морского дна.
2) Материки можно с успехом сложить вместе наподобие разрезной картинки, — получится один суперконтинент, который он назвал Пангеей.
3) Если модели материков вырезать из газеты, то собрав их снова воедино, мы увидим, что газетные строки на разных материках будут продолжаться через их границы. Вегенер показал это с помощью данных палеонтологии (близкородственные наземные растения и животные разделены сейчас широкими океанами), стратиграфии (сходные пачки пластов разобщены таким же образом, и тенденции геологического развития продолжаются по обе стороны зоны раздела, что легко увидеть, соединив части вместе), палеоклиматологии (климатические зоны прошлого, выявленные, например, по следам оледенения, угленосным свитам и солевым отложениям пустынь, совпадают при сложении частей, но занимают абсурдно нелогичное положение в современном их расположении), тектоники (складчатые горы оказываются вопреки логике срезаны океаном, но при соединении образуют единые сооружения) и т.д.
Только третье издание вегенеровской книги (1922г.) было, переведено на английский, и оно произвело на недоверчивых американцев и британцев эффект разорвавшейся бомбы: совпадение берегов Южной Атлантики стали дотошно проверять. Лично меня вдохновило то, что сэр Эджуэрт Дейвид, сильно заинтересовавшийся этим, но осторожный в выводах, вырезал соответствующие материки из глобуса и соединил их. «И поверите ли, — сказал он, — поразительно, как они сходятся». Дейвид выступил 12 июня 1928г. с публичным докладом, в котором сказал, что вся эта теория на первый взгляд кажется фантастической, но после раздумья над фактами данная гипотеза переходит в область вероятного.
Будучи студентом, я по предложению профессора Л.А.Коттона сделал картографически правильные стереографические проекции, используя изобаты 100 и 1000 мор. саженей (около 200 и 2000 м), причем не только для соединения берегов Южной Атлантики (рис. 10), но и для нескольких других районов, в том числе для Австралии — Антарктиды и Австралии — Индии с Бенгальским заливом против северо-западного шельфа Австралии. Коттон предложил начертить на этих проекциях нормальную экваториальную стереографическую сетку и поворачивать, чертеж вокруг подходящего полюса Эйлера, что осуществляется на стереографической проекции сравнительно легко. Но я предпочел более трудоемкий путь расчета серии косых стереографических проекций, так как я смог бы в этом случае работать в гораздо более широком масштабе, а предложение Коттона, теоретически правильное, вело к накоплению ошибок построения. Обычные проекции, включая и стереографические, показаны на рис. 32; об их использовании говорится в гл. 12.
Споры о материковом дрейфе бушевали с большой страстью в течение 1920-х годов. Англоязычные геофизики почти единодушно ополчились против него — главным образом, вероятно, под влиянием Джеффриса, но в Германии многие предпочитали рассматривать новую теорию всерьез. Среди них были Гель- мерт, Альбрехт, Фёрстер, Миланкович* и Гутенберг. Сейсмолог Бено Гутенберг (1889—1960) использовал в 1927г. распределение землетрясений для возрождения теории Джорджа Дарвина об отрыве Луны. С района, занятого теперь Тихим океаном, была полностью сорвана континентальная кора, а остальная часть земной коры стягивалась к этому району, и таким образом образовались новые рифтовые океаны, которые обладали тонкой корой материкового типа, сформировавшейся после катастрофы. В 1936г. Гутенберг оставил идею об участии Луны, но сохранил интерес к материковому дрейфу, несмотря на бесцеремонное давление со стороны его новых коллег в Америке, до конца своей жизни. Незадолго до смерти он связался со мной для обсуждения моего доклада на симпозиуме 1956г.
Рис. 10. Африка и Южная Америка, соединенные мною по изобате 1000 мор. саженей на косой стереографической проекции в 1933г. — еще до того, как я понял, что Земля расширяется. Хотя я вдвинул северо-восточный угол Бразилии максимально далеко в Гвинейский залив, мне не удалось убрать зияющие щели, открывающиеся в обоих направлениях вследствие расширенияЗемли.
Геологи, изучавшие геологические процессы глобального масштаба, такие, как Эмиль Арган, Рудольф Штауб, Э.Б.Бейли, Реджинальд Дэли и Артур Холмс, были, как правило, благосклонны к новой теории; однако геологи с более локальными интересами и специалисты лабораторного профиля обычно ее отвергали. Многие биологи, сталкивавшиеся с проблемами разрыва в последовательности распределения животных и растений (например, ведущий английский палеоботаник А.С.Сьюард), при использовании материкового дрейфа находили более удовлетворительные решения. Наиболее сильная оппозиция была в Северной Америке, тогда как многие европейские геологи десятилетиями мыслили в русле мобилизма. Много его защитников было среди геологов, работавших в Ост-Индии и в странах Гондваны: Рейнхардт Маак и Беурлен в Южной Америке, Дю Тойт и Лестер Кинг в Южной Африке, Вадиа и Кришнан в Индии, Эванс и, позднее, я в Австралии. Большой отряд геологов, читавших по-немецки, был вдохновлен учением Вегенера, но отошел от него, считая распад Пангеи результатом значительного расширения Земли начиная с палеозоя. В эту группу входили Линдеманн (1927), Боголепов (1928), Хильгенберг (1933), Холм (1935), Кейндль (1940) и Эдьед (1956). Подробнее о них позже.
Один дальновидный американец, шедший против течения, профессор Гарвардского университета Реджинальд Дэли в 1928г. издал книгу «Наша подвижная Земля», которая произвела на меня, студента, сильное впечатление.
В ноябре 1926г. в Нью-Йорке проводилось ежегодное собрание Американской ассоциации геологов-нефтяников (AAPG), и в связи с ним был организован международный симпозиум по материковому дрейфу. Труды этого симпозиума, опубликованные в марте 1928г., определили развитие данной проблемы в последующие три десятилетия. Вегенер, сильно занятый тогда своими геодезическими работами в Гренландии, с помощью которых он надеялся доказать ее западный дрейф относительно Европы, не присутствовал, хотя и прислал две короткие статьи: одну — о геодезической программе, другую — о климате Северной Америки в каменноугольном периоде. В отсутствие Вегенера сообщение сделал В.А.Й.М. ван Ватерсхот ван дер Грахт — в то время вице-президент компании «Марланд ойл».
В результате этого симпозиума почти все американские геологи отвергли идею материкового дрейфа, но для меня, напротив, изучение трудов симпозиума, особенно статьи ван дер Грахта, убедительно показало, что теория Вегенера, вероятно, правильна. Против теории было выдвинуто много возражений, но эта критика была в основном тривиальной и поверхностной, а там, где она была справедливой, острие было направлено против ее физического механизма. Большинство существенных аргументов в пользу дрейфа осталось непоколебленным.
В ретроспективе можно пожалеть, что Александр Дю Тойт (1878—1948) не присутствовал на симпозиуме AAPG. После многолетних полевых работ в составе сотрудников Геологической службы Южной Африки, где он стал признанным авторитетом в вопросах региональной геологии, он получил субсидию от корпорации Карнеги, позволившую ему много путешествовать по Южной Америке и сравнивать геологическое строение по обе стороны Атлантики. Результатом этого стала его чрезвычайно важная статья «Геологическое сопоставление Южной Америки и Южной Африки» (1927г.). Вот собственное его резюме, написанное десятилетием позже:
«[В статье] обращается внимание на целый ряд соответствий между обеими сторонами Южной Атлантики в конфигурации отложений девонской системы, каменноугольного оледенения, пермотриасовых пород и т.д., подчеркивается значение формационных изменений в направлении от соответствующих побережий. Отмечается, что мезозойская складчатость Капской провинции и Аргентины подходит под прямым углом к более древним структурам, ориентированным параллельно двум атлантическим берегам и, как однажды выразился Холмс, это пересечение древних структур началось на одном материке и закончилось на другом. Такие явления можно объяснить только признанием дрейфа... Совместные свидетельства указывают на то, что Фолклендские острова располагались раньше между Капской провинцией и Аргентиной, причем их стратиграфия и структура почти идентичны капским».
В 1938г. Дю Тойт опубликовал свой великий труд «Наши блуждающие материки» — самый детальный и всеобъемлющий со времени Вегенера. Он уверенно высказался за материковый дрейф, но отошел от Вегенера в одном важном вопросе: если Вегенер реконструировал материки в единый суперконтинент Пангею, то у Дю Тойта были два отдельных циркумполярных континента — Лавразия в Северном полушарии и Гондвана в Южном; древний Тихий океан первоначально был экваториальным и разделял эти материки, а свою нынешнюю форму он приобрел тогда, когда Лавразия соединилась с Гондваной и образовался Альпийско-Гималайский складчатый пояс.
Гонды — это дравидийское племя негроидного типа, аборигены Центральной Индии. Кто-то недавно заметил, что английский термин «Gondwanaland» (Гондваналенд) —тавтология, потому что само слово «Гондвана» означает «земля гондов». Но исследования д-ра Фахруддина Ахмада (мирового авторитета в гондванских проблемах) раскрывают другое значение. Согласно «Махабхарате», примерно за 1500 лет до н.э. в Центральной Азии шла жестокая война между двумя ревнивыми братьями-ариями; побежденная группа ушла на юг, в Индию, и захватила земли более примитивных дравидийских племен, представителей которых они презрительно называли «говандавана» («люди с бычьими яйцами» — от «гов» — бычий, «анда» — яички, тестикулы, «вана» — принадлежащий), и название Гондвана сохранилось до наших дней. В геологии его впервые использовал
Г.Б.Медликотт в рукописном докладе Геологической службе Индии, а затем оно было применено Отто Фейстмантелем для названия «гондванская флора» в «Ведомостях» этой службы, опубликованных в 1876г. Сотрудник той же организации Уильям Блендфорд изобрел название «Гондваналенд» для группы материков, которые, как он считал, были частями единого массива суши с каменноугольного периода до юры. Это понятие было воспринято известным австрийским мастером обобщений Эдуардом Зюссом (1831—1914) и использовано в его четырехтомном труде «Лик Земли» для обозначения южных территорий, на которых присутствуют флора Glossopteris, следы позднепалеозойского оледенения и другие сингулярности.
Схема «Лавразия — Гондвана» Дю Тойта была одобрена Лестером Кингом, и в философском плане она действительно весьма привлекательна, так как ее симметричность соответствует представлению о глобальных конвективных потоках в недавно образовавшейся Земле. Эти потоки поднимались в экваториальном поясе, где температуры поверхности были наибольшими, и стягивали поверхностную «пенку» к полюсам, где и формировались первичные материки, а более холодный конвекционный поток поворачивал вниз. (Однако преимущество такой модели исчезает, если предположить, что Земля расширяется и первичная литосфера покрывала весь земной шар.) Дальнейшие исследования недвусмысленно подтвердили правильность вегенеровской идеи о Пангее.
Книга Дю Тойта вышла в свет, когда всеобщее отрицание материкового дрейфа достигло апогея. Однако он следующим образом суммировал то, с чем соглашалось меньшинство, разделявшее эту концепцию:
а) два крупнейших материнских массива на протяжении всего палеозоя — Лавразия и Гондвана,
б) раскол их, начавшийся в позднем мезозое и все еще продолжающийся,
в) расхождение разных частей праматериков друг от друга и в направлении экватора с некоторой тенденцией смещения на запад,
г) дрейф коры относительно полярной оси, вызывающий крупные климатические изменения.
д) некоторое искажение конфигурации массивов в ходе дрейфа,
е) перетекание части тихоокеанских вод в образующиеся при растяжении впадины — формирование новых океанов,
ж) понимание дрейфа как процесса, действовавшего на протяжении всего геологического времени,
з) причина или причины движений находятся не где-то вовне, а внутри самой Земли.
Большинство этих положений сохраняется и теперь, но вместо двух материнских массивов реконструирован один — Пангея, а пункт «в» изменился таким образом, что движение направлено не к экватору, а к северу при общем расхождении.
Главным вопросом исследований, начавшихся после появления работы Вегенера, был механизм, приводящий материки в движение. И тогда, и сегодня речь чаще всего идет о мантийной конвекции, и поэтому будет полезно несколько отклониться от нашего повествования и рассмотреть этот важный вопрос.
Когда расплавленная лава, расплавленное железо или простая вода застывают, они кристаллизуются в твердые вещества, в которых зерна кристаллов, как правило, одинаковы во всех направлениях. Если железную болванку расплющить на прокатном стане, так что ее длина увеличится раз в пятьдесят и она превратится в длинный стержень или тонкий лист, то окажется, что кристаллы в железе, подвергающемся такой обработке, перестраиваются снова и снова в определенном направлении. Точно так же и лед после того, как ледник протечет несколько километров, приобретает прочные зерна и ориентацию кристаллов: в сущности это метаморфическая порода, испытывающая неоднократную перекристаллизацию в процессе течения. Давления в недрах Земли во много раз больше, чем в леднике или в прокатываемом металле, и если давление не одинаково во всех направлениях, то твердая порода течет до тех пор, пока давление не уравновесится, и это ее течение происходит путем повторяющейся перекристаллизации. Порода в этом случае приобретает ярко выраженную ориентировку зерен и называется гнейсом или кристаллическим сланцем; ее кливаж соответствует плоскостям наибольшего растяжения, и в ней возникает также линейность (ориентировка игольчатых кристаллов в направлении максимального удлинения). Поэтому наличие сланцев и гнейсов указывает на то, что порода испытала течение в твердом состоянии — обычно на десятки километров или гораздо больше. Твердотельное течение играет важную роль в тектонических процессах, формирующих рельеф земной поверхности.
Вследствие того что в недрах Земли имеется небольшое количество радиоактивных веществ, там непрерывно генерируется тепло, и этот тепловой поток направляется к поверхности. Горные породы различаются по своей теплопроводности и по содержанию радиоактивных элементов, поэтому температуры в одних местах поднимаются выше, чем в других. Этот процесс повышения температуры влияет на свойства пород: более нагретые породы сильнее расширяются, становятся менее плотными и более плавучими, а одновременно и более мягкими, легче реагирующими на разность давлений. (Если вы хотите согнуть твердый материал, то для того, чтобы он не потрескался, вы его нагреваете.) В результате более горячие участки поднимаются и расползаются в стороны, а более холодные опускаются и подтекают под воздымающийся столб, создавая конвективную циркуляцию. Имеются веские доказательства того, что такая циркуляция непрерывно происходит в мантии Земли.
Предположения о конвективном течении вещества внутри Земли высказывали многие: в 1881г. — Осмонд Фишер, в 1906 — Отто Ампферер, в 1928 — Рудольф Штауб в Швейцарии, в 1935 — К.Л.Пекерис (позднее — в Вейцмановском институте в Израиле) и особенно уверенно — Артур Холмс (в Дареме и Эдинбурге), Феликс Венинг-Мейнес (в Нидерландах) и Дэйвид Григгс (в Гарвардском университете). Эти течения трактовались как главная движущая сила в геотектонике вообще, а в последнее время — в связи с материковым дрейфом. Кейт Ранкорн из Ньюкасла счел конвекцию главной причиной перемещения континентов, позднее к этому выводу присоединился и Гарри Хесс из Принстонского университета. Течение вещества происходит в твердом состоянии, когда его вязкость и жесткость во много раз больше, чем в движущемся леднике. Поэтому там, где конвекционный поток поднимается и поворачивает в сторону, он увлекает с собой вышележащую кору и образует на поверхности рифтовые структуры растяжения; там, где он направлен горизонтально, он должен переносить пассивную кору на себе, подобно тому как ледник несет на своей поверхности каменные глыбы. В тех местах, где поток поворачивает вниз, он вызывает в поверхностных породах сжатие, но может и увлекать вниз подкоровое вещество, тем самым приводя к «подрезанию» коры, т.е. к ее тектонической эрозии снизу.
Все опубликованные до сих пор теоретические модели конвективных ячеек чрезмерно упрощены. Не учитываются изменения вязкости, хотя нет сомнения в том, что значения вязкости в пределах слоя, где происходит циркуляция, меняются, возможно, в сто тысяч раз. Это позволяет предполагать, что скорость течения под действием данной движущей силы также будет меняться соответствующим образом. Это не помешает конвекции, но конфигурация ячеек должна сильно отличаться от той, что показана в учебниках.
Другое осложнение состоит в том, что поток должен пересекать большое число границ фазовых переходов (где рост давления с глубиной приводит к перекристаллизации минералов и переходу их в более плотную фазу, и наоборот). Известно, что некоторые из этих фазовых превращений метастабильны, т.е. новые минералы остаются в уплотненном состоянии долгое время после того, как давление понизится (хорошо известные примеры — алмаз и гранаты). Если изменения плотности с температурой усиливают конвективную циркуляцию, то метастабильность должна ее задерживать.
Мои собственные выводы очень сильно уменьшают роль конвективной циркуляции. В расширяющейся Земле нисходящая ветвь конвективного потока определенно должна быть слабее и течение прекратится совсем, если скорость восходящего потока будет соответствовать скорости увеличения объема и площади поверхности.
С 1930-х и до начала 1950-х годов идеи Вегенера в основном отвергались и считались фантазией — увлекательной, но ложной. «Ein Marchen, несбыточная мечта, прекрасная сказка»,— победно твердил американский ученый хор. Статьи, где материковый дрейф отвергался, проходили через руки рецензентов без задержки: они считались правильными a priori, потому что все знали, что идея дрейфа неверна. Великие (во всех иных отношениях) ученые, такие, как Гарольд Джеффрис и Джордж Гейлорд Симпсон, отделывались абсурдными солецизмами, грубо ошибочными высказываниями, которые, однако, принимались на веру и считались убедительными доводами против дрейфа материков.
Симпсон, например, с презрением отметал данные о фаунистических связях между Африкой и Южной Америкой, ссылаясь на то, что триасовые рептилии имеют-де только отдаленное родство, соответствующее их современному раздельному обитанию по разные стороны широкого океана:
| A | B | C | |
|---|---|---|---|
| Семейства | 100 | 89 | 43 |
| Роды | 82 | 64 | 8 |
| Виды | 65 | 26 | 0 |
А — процент современных млекопитающих шт. Огайо, которые обитают также в шт. Небраска, на расстоянии 500 миль;
В — процент современных млекопитающих, живущих на территории Франции, которые обитают также в Северном Китае, на расстоянии 5000 миль;
С — процент известных южноамериканских триасовых рептилий, найденных также в триасовых отложениях Южной Африки, в настоящее время—на расстоянии около 4750 миль.
Наивность такого довода бросается в глаза. Списки фауны современных млекопитающих можно считать практически полными. Вероятность обнаружения нового вида очень мала, еще меньше — нового рода или семейства. Что же касается триасовых рептилий, то, наоборот, иногда целый род известен лишь по одной ископаемой кости. В то время, когда писал Симпсон, во всем австрало-азиатском октанте земного шара от Малайзии до Новой Зеландии не было известно ни одной триасовой рептилии. С тех пор один почти полный скелет был найден в районе Хобарта, другие — в иных местах; найдено было также несколько окаменелостей земноводных. Было бы абсурдно считать списки триасовой фауны полными хотя бы на 1%. Если взять 1% случайно выбранных млекопитающих Огайо и Небраски, доля совпадений резко упадет. Кроме того, столбец С охватывает примерно 60 млн. лет, и, значит, чтобы правильно сопоставить его со столбцом А, надо бы взять случайный 1 % от всех млекопитающих шт. Огайо, известных с эоценовой эпохи, и сравнивать его с таким же случайным числом для Небраски.
В 1929г. вышла солидная монография Гарольда Джеффриса «Земля» — поистине самый авторитетный за все времена труд по физике Земли, продолжающий традицию Осмонда Фишера и Кельвина. Однако Джеффрис (1891—1989) полностью отвергал гипотезу Вегенера и писал по поводу предположений о соответствии выступа Южной Америки конфигурации гвинейского побережья Африки: «Если посмотреть на глобус, то можно увидеть несовпадение почти на 15°. Побережья заливов нельзя совместить друг с другом, не деформируя их, на сотни километров. Ширина мелководных окраин океанов не подтверждает идею о том, что конфигурация берегов сильно изменилась в результате денудации и осадконакопления».
Рис. 11. Полусферический стол того же радиуса, что и стоящий за ним глобус, и изогнутая прозрачная фольга, используемые для точного сопоставления очертании материков. Лист фольги слева вверху на глобусе настолько точно соответствует его форме, что его не надо закреплять. Через фольгу видна Северная Америка. На столе два листа фольги соединены и покрывают всю Арктику.
Я много раз внимательно разглядывал глобус, стараясь разобраться в этом вопросе, и установил, что заявление Джеффриса неправильно. Думаю, что суть дела весьма тривиальна, что истинное положение можно было легко вообразить и эту критику вполне можно было опровергнуть. Но авторитет Джеффриса был так велик, что большинство исследователей принимало его суждение как окончательное. Джеффрис повторил это заявление во втором издании своей книги, вышедшем в 1952г., и, подливая масла в огонь, д-р Джордж Мартин Лис (мой бывший начальник в Англо-Иранской нефтяной компании) в своем президентском обращении 1953г. к Геологическому обществу Лондона включил его в перечень трех важнейших доводов против гипотезы Вегенера. Поэтому я послал Лису свои стереографические проекции, построенные двумя десятилетиями раньше, вместе с сопоставлениями, которые я сделал на сферическом столе (рис. 11) и которые доказывали, что заявление Джеффриса не соответствует действительности. Я добавил, что «независимо от того, верна гипотеза материкового дрейфа или нет, использовать этот аргумент против нее больше не следует». Я попросил Лиса организовать публикацию этого опровержения, что он и сделал.
Когда я приехал в Англию летом 1960г. как делегат Тасмании на празднование 300-летия Королевского общества, Эдуард Буллард пригласил меня на обед, где обсуждалось подобие Атлантических побережий, которое он тогда еще раз доказал с помощью компьютера. Этот вариант стал с того времени известен как «реконструкция Булларда» и получил всеобщее признание.
Хотя любые сомнительные заявления, чернящие идею материкового дрейфа, в тот период легко проникали в печать, работы чудаков, которые осмеливались высказываться в ее пользу, отвергались рецензентами и редакторами с едкими комментариями. Так, в 1953г. я послал в Американский геофизический союз статью, в которой описал самую первую физически возможную картину пассивного движения материка к глубоководному желобу, под которым подкоровый субстрат постепенно стачивался погружающейся пластиной; статья была отвергнута как «наивная и непригодная к публикации». Через 20 лет, когда «появилась» тектоника плит, я сдул пыль со старой рукописи и подумал было, что теперь они могли бы опубликовать ее как исторический документ. Спустя шесть месяцев редактор ответил, что у них не принято публиковать отклоненную раньше статью, какой бы хорошей она ни была!
