Мантия Земли является регионом, расположенным под внешней корой и астеносферой. Она простирается вплоть до земного ядра. Ее состав изменяется с ростом давления и температуры, но именно она составляет большую часть Земли.
Известно, что, когда вещество нагревается, его плотность уменьшается. По отношению к мантии это должно означать, что нагретое вещество поднимается к поверхности, где оно постепенно остывает, становится плотнее и снова опускается. Каждый знает этот процесс: овсянка, которая варится в кастрюле, уплотняется. Холмс был увлечен идеей Вегенера о континентальном дрейфе и предположил, что огромное давление, создаваемое термальной конвекцией, действует как конвейерная лента. В ходе этого процесса континенты распадаются и расходятся друг от друга по поверхности планеты.
В течение многих лет к этим идеям относились пренебрежительно, но потом эмпирические знания начали согласовываться с теоретическими. В 1960-х гг. ученые многое узнали об океанических хребтах – регионах, где действительно происходила термальная конвекция. Они также убедились, что океанические впадины вместе с островными дугами возникают у континентальных окраин. Все это означало, что конвекция не только вероятна, но действительно существует. Двое других ученых, Р. Дитц в 1961 г. и Гарри Гесс в 1962 г., независимо друг от друга опубликовали сходные гипотезы, основанные на мантийных конвекционных потоках и континентальном дрейфе, которые впоследствии стали общепринятыми.
Дитц и Гесс модифицировали первоначальную теорию Холмса и выработали собственный механизм континентального дрейфа, основанный на процессе, который они назвали «спредингом морского дна».
Считалось, что спрединг, или расширение, начинается в срединно-океанических хребтах. Это огромные горные хребты, проходящие посреди земных океанов. Местами они поднимаются выше Гималаев, а их ширина составляет до 2000 км. С хребтами связаны огромные желоба глубиной до 2000 м, пересекающие их под прямым углом. Наибольший тепловой поток от ложа океанов происходит у вершин срединно-океанических хребтов. Зоны вокруг хребтов отличаются гораздо большей сейсмичностью, чем в других местах, указывая на их геологическую активность.
Изучение магнитного поля Земли привело к осознанию того, что оно испытывает периодические инверсии, или смену полярности. Такие флуктуации можно измерять с помощью магнитометров. Было обнаружено, что по обе стороны от срединно-океанических хребтов можно определять следы прошлых инверсий магнитного поля Земли, запечатленные в горных породах. Это привело к выводу, что вдоль хребтов постоянно формируется новый материал, который затем расталкивается в обе стороны от них. Инверсии магнитного поля показывают, что этот процесс очень древний, но происходит до сих пор.
Особый интерес представляли глубоководные впадины. Обычно они длинные и узкие и часто проходят параллельно континентальным горным хребтам и океаническим окраинам. С глубоководными впадинами связана огромная сейсмическая активность, указывающая на то, что они тоже участвуют в процессе спрединга морского дна наряду с океаническими хребтами.
Под внешней корой Земли находится астеносфера – вязкий слой полурасплавленных горных пород. Он сохраняется в таком состоянии из-за распада радиоактивных элементов, главным образом урана. Источник радиоактивности, включающий такие элементы, как торий и калий, находится глубоко в недрах планеты. Постоянно нагреваемая астеносфера поднимается к поверхности и выталкивает новый материал в срединно-океанических хребтах. Магма изливается через трещины в хребтах и образует новое ложе океана в разных направлениях. Новый материал расходится в стороны, пока не вступает в контакт с континентальной плитой, где происходит процесс субдукции, где литосфера погружается обратно в астеносферу и снова нагревается.
Лишь немногие специалисты не согласны с этим основным механизмом отчасти потому, что его действия можно наблюдать. К примеру, Индия начала свое существование в качестве отдельного континента. Тектонические движения столкнули ее с Азией, в результате чего возникли Гималаи – огромный горный хребет, выросший под давлением двух встретившихся континентальных масс.
Этот процесс называется плитной тектоникой, и ученых очень интересовало, существуют ли сходные процессы на других землеподобных планетах нашей Солнечной системы: Меркурии, Венере и Марсе. Зонды, отправленные к этим планетам, убедительно доказали, что процессы тектоники плит отсутствуют во всех этих мирах, то есть в границах Солнечной системы она является строго земным феноменом.
Это представляет определенную загадку. Почему Земля отличается от других землеподобных планет? Что стало первоначальным толчком к возникновению тектоники плит и какие силы движут этим процессом? За последние годы накопилось много свидетельств, указывающих на Луну, которая почти несомненно является источником этих процессов. Более того, предполагается, что без тектоники плит Земля вообще не смогла бы стать планетой пригодной для жизни.
Ник Хоффман, геофизик из отделения наук о Земле при Мельбурнском университете, недавно выдвинул предположение о том, что тектоника плит обусловлена существованием Луны.
Мы уже упоминали о том, что происхождение Луны до сих пор окутано тайной независимо от различных гипотез и теорий на эту тему. Однако есть определенные точно известные факты. Известно, что Луна состоит из того же материала, что и Земля (однако не всего ее состава). Состав Луны очень сходен с материалом земной коры, но без многих более тяжелых компонентов, таких как железо, которое входит в состав ядра Земли.
Но каким образом такое большое количество земной коры оторвалось от поверхности планеты и отделилось от нее на десятки тысяч миль в космосе?
Ученые были озадачены. Некоторые из них предложили возможное объяснение в виде теории «большого столкновения», согласно которой некий объект размером с Марс столкнулся с молодой Землей и Луна сформировалась из поверхностного материала, выброшенного в космос при столкновении. Казалось, иного объяснения не существует. Проблему нынешней скорости вращения Земли, противоречащей теоретическим расчетам, пришлось объяснить вторым Ударом с противоположного направления, последовавшим вскоре после первого.
Нам этот сценарий кажется слишком натянутым, чтобы в него поверить. Как мы могли убедиться, такое объяснение изобилует другими проблемами, в том числе и о судьбе материала, выброшенного в космое с двух небесных тел, которые столкнулись с Землей. Если теория «двойного удара» правильна, то Луна должна состоять из трех разных видов материала, но это не так. Она состоит только из земных пород.
Ник Хоффман, общепризнанный эксперт по планетам земного типа в нашей Солнечной системе, предположил, что удаление материала, из которого сформировалась Луна, стало толчком для начала процессов тектоники плит, создав условия для смещения больших участков земной коры. Он указывает, что на Венере, к примеру, действуют такие же силы, но кора планеты настолько мощная, что внутрикоровые напряжения просто нейтрализуют друг друга, и на поверхности планеты возникают лишь разломы и слабые смещения. Хоффман утверждает, что если бы 70% земной коры, ушедшие на образование Луны, вернулись на Землю, то «океанические бассейны были бы заполнены сплошной континентальной корой».
Какой была бы Земля без тектоники плит?
Хоффман предполагает, что это был бы водный мир, покрытый океанами, где лишь вершины горных пиков выглядывали бы над поверхностью воды. Разумеется, нет оснований считать, что жизнь не могла бы существовать на такой планете, и Хоффман согласен, что водная среда очень благоприятна для развития жизни. Однако разумная жизнь в том виде, как она известна, появилась в результате сухопутной эволюции. В водной среде невозможно использование огня и орудий труда – тех самых факторов, которые, как принято считать, дали первоначальный толчок нашему развитию.
Таким образом, Луна играет столь важную роль, что даже водный мир на Земле оказался бы невозможным без ее существования.


Глава седьмая
ИНКУБАТОР РАЗУМА

Предположение Ника Хоффмана о том, что появление Луны могло дать толчок процессам тектоники плит на Земле, очень увлекательно. По его оценке, для образования Луны потребовалось около 70% первоначальной земной коры. Оставшаяся часть коры имела неравномерное распространение, что создавало условия для континентального дрейфа.
Так или иначе, тектоника плит на Земле является реальностью и, более того, исключительно земным феноменом. Иными словами, на других землеподобных планетах Солнечной системы континенты не движутся по их поверхности.
Одной из трех планет земного типа в Солнечной системе является Марс, который наполовину меньше и в десять раз менее массивный, чем наша планета. Он имеет атмосферу, на 95% состоящую из углерода и на 5% из азота, а давление на его поверхности составляет лишь 1/200 атмосферного давления на Земле. К несчастью для любых потенциальных жизненных форм на Марсе, жидкая вода не может существовать при таком давлении и температуре на поверхности. На этой планете вода переходит между твердым и парообразным состояниями, вообще не становясь жидкостью.
Загадка отсутствия или полного прекращения тектонических процессов на Марсе не получила убедительного объяснения, но существует несколько теорий.
На Марсе нет заметных горных хребтов, хотя есть гигантские вулканы. Некоторые геологи считают, что отсутствие настоящих горных хребтов косвенно отвечает на вопрос о том, почему на Марсе нет плитной тектоники. Как и Земля, Марс имеет литосферу. Эта часть нашей планеты холоднее мантии и отчасти напоминает пленку на поверхности кипяченого молока. Ядро Земли чрезвычайно горячее, возможно, еще более горячее, чем марсианское; и присутствие вулканов на Марсе указывает на существование горячего ядра. Однако различие заключается в том, что в составе марсианских пород нет такого количества воды, как на Земле. Считается, что вода, которая содержится в земных породах, действует как смазка, позволяя разным частям каменистой поверхности проскальзывать относительно друг друга. Ограниченное количество воды на Марсе препятствует тому, чтобы новый материал, поднимающийся из недр планеты, достигал поверхности так, как это постоянно происходит на Земле. В результате литосфера в течение огромного времени оставалась в стабильном состоянии и постепенно остывала, становясь все более мощной и плотной. Когда давление в недрах Марса превысило некую критическую величину, начались активные вулканические процессы, но структуры, подобные срединно-океаническим хребтам на Земле, так и не возникли.
Другая землеподобная планета, Венера, расположенная ближе к Солнцу, чем наша собственная планета, имеет поверхность, сильно отличающуюся от земной или марсианской. В некоторых отношениях Венера больше похожа на Землю, чем на Марс. Она обладает сходными размером и массой, а также близка по составу к Земле. Такие специалисты, как Дэвид Гринспун, ученый-исследователь из Юго-Западного института в Боулдере, штат Колорадо, тщательно изучали Венеру с помощью информации, полученной от целого ряда орбитальных зондов и спускаемых модулей.
Гринспун не одинок в том мнении, что на ранних этапах развития Венера была еще больше похожа на Землю. Сейчас на Венере нет различимой воды, но ее следы в атмосфере указывают, что на самых ранних этапах содержание воды было примерно таким же, как на Земле. Это не слишком удивительно, так как планеты находятся недалеко друг от друга и сформировались примерно в одно и то же время.
Венера во многих отношениях похожа на Марс, но атмосферное давление на ее поверхности в 92 раза больше земного. Считается, что Венера утратила свою воду из-за парникового эффекта и сейчас она покрыта плотным слоем облаков из серной кислоты. Эти облака настолько плотные, что лишь незначительная часть солнечного света, падающего на Венеру, достигает поверхности планеты, так что этот мир можно считать мрачным во всех отношениях. Может показаться, что незначительное количество солнечного света приведет к более низкой температуре, но это не так. На самом деле тепло на поверхности планеты удерживается и возрастает, потому что не может прорваться через плотный приповерхностный слой углекислого газа. Этим объясняется разогрев поверхности Венеры до нынешней температуры 730°С.
На Венере есть вулканы, как на Земле и на Марсе; фактически здесь больше вулканов, чем на любой другой планете Солнечной системы. Но опять-таки, как и на Марсе, венерианские вулканы существуют отдельно, а не являются частью длинных горных хребтов, как на Земле. Вулканы на Венере беспорядочно разбросаны по ее поверхности, и многие из них выглядят очень молодыми, хотя впечатление может быть обманчиво. В облаках серной кислоты постоянно бушуют грозы, но, несмотря на это, ветровая эрозия на Венере ограниченна по сравнению с Землей, где много воды. Выясняется, что эрозия имеет крайне важное значение, так как обеспечивает правильный баланс химических и питательных веществ, делающих Землю пригодной для жизни.
Поверхность Венеры выглядит довольно однообразной и считается сравнительно молодой по геологическим меркам – в пределах 600–700 млн. лет. Считается, что эта в целом гладкая поверхность с отдельными разломами и складками сформировалась в результате какого-то катаклизма, который полностью преобразил лик планеты. Неизвестно, было ли это результатом внутренних напряжений в недрах Венеры, но по какой-то причине ее поверхность буквально расплавилась и более или менее однородно покрыта слоем вулканических базальтов.
Интересно отметить, что Венера не имеет спутников, тогда как у Марса есть два спутника, хотя оба они имеют чрезвычайно малые размеры и практически не оказывают влияния на свою планету.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30