Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

По мере того как новая порция базальтового расплава поднимается вверх и заполняет центральную осевую зону океанического рифта, предыдущие порции, уже застывшие в твердую породу, смещаются симметрично в стороны в ходе процесса, называемого спредингом (расширением) океанического дна (рис. 7). Только что изверженный базальт более теплый и менее плотный по сравнению с несколько более ранними породами, которые он раздвигает; таким образом, каждая новая генерация базальта постепенно остывает и отодвигается все дальше от места своего рождения в рифте. Это объясняет, почему срединно-океанические хребты вздымаются на дне высокими гребнями подобно свежеиспеченным суфле, только что вынутым из духовки. На самом деле одним из ключевых открытий, приведших к теории тектоники плит, ставшей настоящим озарением в начале 1960-х гг., когда были составлены первые карты океанического дна, стало обнаружение того, что форма поперечного сечения этих подводных хребтов, по сути, представляет собой пару симметричных кривых охлаждения — напоминающих две лыжи, которые положили на полу носок к носку.

Давайте на минуту остановимся и осмыслим тот невероятный факт, что бо́льшая часть поверхности Земли — океаническое дно — не была картографирована вплоть до середины XX в. Даже сегодня топография большей части морского дна известна нам с разрешением около 5 км: батиметрические карты океана в 100 раз более «размытые», чем современные карты поверхности Венеры и Марса [25] Отсутствие детальной информации о топографии морского дна стало очевидно, например, при поиске обломков «Боинга» рейса 370 Malaysian Airlines, потерпевшего крушение где-то над Индийским океаном в марте 2014 г. В 2016 г. международная команда геофизиков провела акустическое зондирование полосы шириной 160 км длиной 2400 км примерно в 1600 км к западу от Австралии, обнаружив многие ранее неизвестные зоны разломов, сбросовые уступы, оползни и вулканические центры, но не нашла никаких следов исчезнувшего самолета. См.: Picard, K., Brooke, B., and Coffin, M., 2017. Geological insights from Malaysia Airlines Flight MH370 search. EOS, Transactions of the American Geophysical Union , 98; https://doi.org/10.1029/2017EO069015 . Еще более невероятно то, что первые карты двух третей нашей планеты были составлены практически одним человеком, имя которого, однако, неизвестно большинству жителей Земли (в отличие от Америго Веспуччи, в честь которого, несмотря на всю сомнительность его заслуг как первооткрывателя, названы целых два континента). Этим невоспетым героем картографии была Мари Тарп, американский геолог и океанограф. Она получила степень магистра геологии в Мичиганском университете, некоторое время работала на одну из нефтяных компаний, после чего в 1948 г. присоединилась к новому океанографическому проекту под руководством Мориса Юинга в Колумбийском университете [26] Замечательную биографию Мари Тарп можно найти в книге: Hali Felt, 2012. Soundings: The Story of the Remarkable Woman who Mapped the Ocean Floor . New York: Henry Holt, 368 pp. . На протяжении нескольких лет чисто мужская команда аспирантов Юинга занималась эхолокацией океанического дна, а Тарп кропотливо преобразовывала линейные графики показаний глубин в трехмерные топографические карты.

Изысканные карты с теневой штриховкой рельефа, которые Тарп скрупулезно прорисовывала пером и чернилами, показали, что дно океана, которое раньше считалось плоским и однообразным, в действительности изрезано опоясывающими земной шар грядами подводных хребтов и ужасающими своей глубиной впадинами. К 1953 г. она обратила внимание на то, что эти подводные хребты имеют одинаковое строение — параллельные гребни, между которыми находится осевая долина, и предположила, что это может быть результатом растяжения земной коры. Тарп поделилась с другим членом группы Юинга, Брюсом Хизеном, этой идеей, но тот отверг ее как «девичьи фантазии». Как бы то ни было, благодаря усилиям группы Юинга была составлена серия подробных карт морского дна, которые в итоге заставили геологов радикально пересмотреть свои взгляды на нашу планету. В 1963 г. двое британских геологов в статье в журнале Nature [27] Vine, F., and Matthews, D., 1963. Magnetic anomalies over mid-ocean ridges. Nature , 199, 947–950. впервые выдвинули гипотезу о спрединге океанической коры (использовав историю острова Сюртсей в качестве иллюстрации), заставив Хизена, а позже и остальную часть геологического сообщества признать, что Тарп была права.

Авторы этой статьи, Фредрик Вайн и Драммонд Мэтьюз, сформулировали гипотезу спрединга морского дна, опираясь на геометрический анализ, а не на непосредственные геологические наблюдения (пройдет десятилетие, прежде чем ученые смогут своими глазами увидеть эти подводные хребты или взять пробы слагающих их пород). Имея доступ не только к картам Тарп, но и к магнитным картам океанического дна, составленным ВМС США и Великобритании, Вайн и Мэтьюз обратили внимание на зеркальную симметрию относительно центральных осей хребтов, присущую как рельефу хребтов, так и характеристикам интенсивности магнитного поля. В частности, они обнаружили, что от гребневой зоны хребта по направлению вовне идут параллельные полосы одинаково намагниченных пород (рис. 7), а высота хребта уменьшается с увеличением расстояния от его гребневой зоны, как того и следует ожидать, если представить себе суфле из излитых пород, которое постепенно остывает и сжимается. Симметричный рисунок магнитных полос позволял предположить, что вдоль центральной оси хребта последовательно формируются всё новые генерации океанической коры. Они сначала охлаждаются в степени, достаточной для того, чтобы входящие в их состав железосодержащие минералы выровнялись согласно силовым линиям внешнего магнитного поля, после чего раскалываются пополам и смещаются в стороны, словно по гигантской конвейерной ленте. А поскольку магнитное поле Земли на протяжении планетарной истории не раз претерпевало инверсию, меняя местами северный и южный геомагнитные полюса без определенной системы (что было вторым революционным выводом в этой трехстраничной статье), эти новые фрагменты земной коры приобретали характерную магнитную полосчатость.

К началу 1970-х гг. определение возраста пород с морского дна в пробах, полученных путем глубоководного бурения, а также установление корреляции между магнитограммами океанического дна и магнитными инверсиями в хорошо датированных вулканических толщах на суше позволили разработать новый способ демаркации геологического времени — геомагнитную шкалу , привязанную к биостратиграфической (основанной на ископаемых остатках организмов) и геохронологической (основанной на радиоизотопном анализе) шкалам. Сегодня, благодаря точно известным датам инверсий магнитного поля, возраст пород на морском дне можно определить даже без получения физических образцов — путем простого подсчета того, сколько магнитных полос отделяет их от срединно-океанического хребта.