Но вот появилась тектоника плит – и формирование земной коры вступило в ускоренную фазу.
Дрейфующие континенты
Открытие такого важного геологического механизма, как тектоника плит, оказало влияние на всю современную науку. Этой теории предшествовали по меньшей мере четыре века исследований, но довольно долгое время сама мысль о том, что целые континенты могут каким-то образом перемещаться по земной поверхности, была смутной и казалась ересью, а распространение и широкое признание получила лишь в результате интенсивной международной научной деятельности, приведшей к открытиям 60-х годов прошлого века. Но как только накопилось достаточно данных, естественные науки пережили один из самых революционных сдвигов в своей истории. На самом деле в течение пяти лет моего обучения в MIT, т. е. к середине 1970-х гг., все учебники по геологии пришлось полностью переписывать, поскольку незыблемый принцип вертикальной тектоники был полностью опровергнут.
Взгляд в прошлое показывает, что некоторые доводы против вертикальной тектоники давно должны были быть замечены. Несмотря на приличную высоту Скалистых гор, они являются просто карликами по сравнению с почти 9-километровым Эверестом, да и всем горным массивом Гималаев. Средняя глубина Мирового океана составляет примерно 3–4 км, тогда как глубина Марианской впадины в Тихом океане составляет более 11 км. Такие топографические контрасты просто не смогли бы существовать в изостатическом мире. Вертикальная тектоника не объясняет всего.
Некоторые намеки на роль латеральной тектоники (боковых движений) в геологической эволюции планеты можно найти в первых уточненных картах побережий Нового Света. К началу XVII в. уже стала очевидной поразительная совместимость между восточной береговой линией Американского континента и западными берегами Европы и Африки. Те же извилистые очертания, впадины и выступы, округленные контуры крайней юго-западной оконечности Африки и соответствующие им извивы побережья на востоке Южной Америки – все это указывало на некую древнюю картинку-пазл, фрагменты которой подходят друг к другу.
Было выдвинуто несколько причудливых гипотез в попытке объяснить загадочное совпадение между береговыми очертаниями континентов, разделенных Атлантическим океаном. Астроном Уильям Генри Пикеринг из Гарварда, сторонник теории Джорджа Дарвина об отпадении Луны от Земли (Луна оторвалась в виде расплавленного сгустка от быстро вращающейся Земли), утверждал, что одновременно с отрывом Луны в районе Тихого океана на противоположной стороне Земли образовалась впадина Атлантического океана. Некоторые усматривали в форме Атлантического океана промысел Божий. Возможно, берега Атлантического океана образовались в результате Всемирного потопа, который был вызван Господом несколько тысяч лет назад для сотворения огромного океана и «разделения земель».
Разрешить вопрос могли бы системные геологические изыскания, но четыре столетия назад даже слова «геология» не существовало, тем более каких бы то ни было изысканий. Горное дело и сельское хозяйство, движущие силы экономики, стоявшие за первыми геологическими съемками в конце XVIII в., были делом исключительно государственным и внутринациональным. Мало что предпринималось, чтобы вывести исследование геологических формаций за пределы политических границ, да и ресурсы отдельных стран отнюдь не с большой охотой соединялись в интересах общей работы. Золото в буквальном смысле принадлежало той земле, в которой его находили. В таком националистическом подходе к картографии не могло найтись места планам сопоставить геологические особенности побережий, расположенных по обе стороны Атлантического океана.
Впервые попытка подробно сравнить геологические особенности по обе стороны океана была предпринята совершенно неожиданным человеком – метеорологом Альфредом Вегенером, который большую часть жизни был связан с Арктикой. (Он умер в возрасте 50 лет, участвуя в спасательной экспедиции в ледяных просторах Гренландии.) Его профессиональная деятельность в основном была посвящена исследованию погодных процессов, но главным трудом его жизни стало то, что он называл «дрейфом материков»; это был первый и явно недооцененный вклад в теорию тектоники плит. Вдохновение, результатом которого стала столь неожиданная теория в области геологии, пришло к нему во время Первой мировой войны, когда он служил лейтенантом-резервистом в германской армии. Получив ранение в шею во время бельгийского похода, Вегенер был демобилизован и получил разрешение заняться наукой.
Подобно своим предшественникам, Вегенер был поражен очевидным сходством береговых очертаний материков по обе стороны Атлантического океана, хотя ряд ученых отметали это сходство как простое совпадение. Вегенер провел обширные исследования и обнаружил, что аналогичные совпадения наблюдаются в различных местах побережья Восточной Африки, Антарктиды, Индии и Австралии. Получалось, что все материки на Земле можно было аккуратно сдвинуть в один огромный суперконтинент, который Вегенер назвал Пангеей (от греч. Πανγαĩα – все земли). У него нашлось несколько единомышленников, принимавших во внимание новейшие данные геологических съемок прибрежных регионов Европы, Африки и обеих Америк, в которых обобщались уточнения относительно огромной территории по обеим сторонам Атлантики. Крупнейшие горнодобывающие районы, например золотые и алмазные рудники Бразилии и Южной Африки, оказывались единым громадным месторождением, если совместить края противоположных материков. Аналогичным образом с высокой точностью совпадали слои горных пород, содержащие остатки своеобразных ископаемых папоротников Glossopteris и вымерших рептилий Mesosaurus. Вегенер утверждал, что такие детальные геологические и палеонтологические совпадения не могли быть простой случайностью.
Впервые Вегенер опубликовал свою гипотезу дрейфа континентов в 1915 г. За этим последовали три публикации на немецком языке с новыми подробностями, в 1924 г. вышел английский перевод под названием «Происхождение материков и океанов», а также ряд других изданий. Появлялись все новые данные в поддержку гипотезы о том, что когда-то все материки представляли собой единое целое. В 1917 г. комитет палеонтологов свел в единый каталог десятки примеров очевидных совпадений между слоями, содержащими окаменелости, по обе стороны океанов – эти сведения были истолкованы как свидетельства наличия сухопутных связей между материками в древности. Геолог из Южной Африки Джеймс дю Тойт, увлеченный идеями Вегенера, получил грант от Института Карнеги для проведения исследований на восточном побережье Южной Америки. Он зафиксировал множество примеров трансатлантических совпадений: поразительное сходство минералов, горных пород и ископаемых.
Однако, несмотря на накопленные данные, свидетельствующие о совместимости материков, сообщество ученых оставалось равнодушным. Отсутствие правдоподобного объяснения механизмов движения континентов заставляло многих геологов открыто пренебрегать доводами Вегенера. Их критическое отношение к его гипотезе зиждилось на законах движения, сформулированных Ньютоном, согласно которым передвижение огромных континентальных масс невозможно без наличия колоссальной движущей силы. Пока не объявится такая сила в глобальном масштабе, дрейф материков будет рассматриваться не более серьезно, чем бредовая идея геолога-любителя. В 1923 г. физик Гарольд Джеффрис из Кембриджа подытожил британскую точку зрения на этот вопрос: «Физические основания, которые приводит Вегенер, просто смехотворно нелепы». Американские геологи придерживались похожих взглядов. На симпозиуме в 1926 г. Роллин Чемберлен с факультета геологии Университета Чикаго жестко высказался о гипотезе континентального дрейфа: «В целом гипотеза Вегенера относится к типу легкомысленных, она слишком вольно трактует глобальные процессы, к тому же слабо связана ограничениями и в большей степени игнорирует неудобные факты, нежели другие конкурирующие теории. Чтобы поверить в теорию Вегенера, нам придется забыть все, что мы усвоили за последние 70 лет, и начать все сначала».
Однако нашлись ученые, проявившие большой интерес к открытиям Вегенера и его сторонников, и начали искать новые механизмы, объясняющие дрейф материков. Согласно одной из гипотез, Земля сжимается, возможно, из-за охлаждения или из-за обрушения наполненных газом пустот глубоко в недрах планеты, и таким образом части поверхностной коры постепенно опускаются, подобно разбитому своду. Согласно этой мало обоснованной модели, когда-то между западным побережьем Америки и восточными берегами Африки и Азии существовало обширное пространство суши. Нынешний Атлантический океан рассматривался как гигантский свод суши, рухнувший в мантию. Эту модель сжимающейся Земли опровергает простая эвклидова геометрия: обычный свод может обрушиться, но если перенести эту идею на шар, окажется, что участок суши объемом с Атлантический океан явно не может рухнуть в никуда.