Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса

В следующий раз, оказавшись в аэропорту, обратите внимание на обозначения в начале каждой взлетно-посадочной полосы (ВПП). Каждая ВПП в мире помечается определенным числом, которое обозначает ее ориентацию по отношению к направлению на север и выражается в градусах, поделенных на десять. Так, взлетная полоса в аэропорту Glasgow Prestwick имеет номер 12, поскольку самолет, приземляющийся на нее, должен следовать курсом 120 градусов. Каждая ВПП обозначается числом от 01 до 36 [82]. Когда мы говорим о курсе, которым следует самолет, то имеем в виду направление его движения относительно магнитного севера, поскольку компас указывает именно это направление. В 2013 году взлетная полоса 12 в Глазго стала взлетной полосой 13, что было обусловлено смещением магнитного полюса. Разумеется, она осталась на прежнем месте, но магнитное поле Земли изменило ориентацию. Авиаторы отслеживают эти изменения и по мере необходимости вносят соответствующие поправки в обозначения взлетных полос. Учитывая, что полюса блуждают относительно медленно, это не составляет труда.

Впрочем, блуждание полюсов – далеко не вся история. Непостоянство магнитного поля Земли приходится учитывать не только тем, кто решает навигационные проблемы. Оно помогло, пусть и косвенно, окончательно подтвердить одну из наиболее противоречивых, простых и впечатляющих гипотез, когда-либо выдвигавшихся геологами. Континенты, эти бескрайние каменистые массы, которые доминируют на поверхности Земли, не стоят на месте. Они движутся.

В 1950-е годы человеческая цивилизация вступила в новую технологическую и научную эпоху. Закладывались основы современного общества. В ту пору начали появляться и набирать популярность микроволновые печи, Lego, Velcro и бикини. Люди постепенно смирились с необходимостью жить в атомном веке, заново переписывались социальные правила, в нашу жизнь вошли кредитные карточки. Несмотря на эти впечатляющие технологические достижения, мы все еще очень мало знали планету, на которой живем. Геологи классифицировали все минералы, встречающиеся на Земле, но не могли объяснить саму Землю. Как образовались горы? Почему этот вулкан находится здесь, а не там? Почему одни горные породы такие старые, а другие – молодые? Почему горные породы выглядят по-разному в зависимости от того, под каким углом на них смотреть?

Одна из загадок, которую людям особенно не терпелось разгадать, состояла в том, что восточное побережье Южной Америки и западное побережье Африки выглядели так, словно когда-то представляли собой одно целое, а затем его взяли да и разорвали на две части. Там все сходится: виды горных пород, формы и древние окаменелости. Как объяснить такие совпадения? Большинство ученых считали их лишь забавным курьезом, не заслуживающим серьезного внимания. Им казалось немыслимым, что столь огромные образования, как континенты, могли «разъехаться» в стороны. В начале XX века немецкий исследователь Альфред Вегенер, собрав все существовавшие на тот момент научные факты, выдвинул идею «континентального дрейфа». Вегенер предположил, что Южная Америка и Африка когда-то были соединены друг с другом и что одна из этих огромных масс земли откололась от другой и начала дрейфовать по поверхности планеты. Очень немногие ученые серьезно отнеслись к этой гипотезе: мысль о том, что целый континент мог проделать путь в 5000 километров, большинству ученых казалась нелепой. Если бы это на самом деле было так, то под действием какой силы происходил такой дрейф? Сам Вегенер предположил, что континенты «пропахали» себе путь через океанические скальные породы, но не смог подтвердить свою догадку фактами. Правда, никому не удалось выдвинуть более правдоподобную версию. Со временем гипотеза Вегенера была преданы забвению.

К началу 1950-х годов никаких новых идей на сей счет выдвинуто не было, зато появились новые измерения. Лава, извергаемая вулканами, содержит богатые железом соединения. Оказалось, что каждая крупица одного из этих соединений может вести себя подобно стрелке компаса, ориентируясь в направлении локального магнитного поля. Самым интересным было то, что, когда лава остывала и превращалась в твердую скальную породу, эти крошечные вкрапления железосодержащих минералов жестко фиксировались в исходном положении, ориентированном в направлении локального магнитного поля. Наличие этих крошечных «замороженных компасов» означало, что в момент образования скальных пород в них оказалась встроенной существовавшая в то время картина магнитного поля Земли. Когда геологи воспользовались этой картиной, чтобы исследовать изменения магнитного поля Земли, происходившие на протяжении целых геологических эпох, удалось выявить чрезвычайно любопытные факты. Выяснилось, что каждые несколько сотен тысяч лет направление магнитного поля Земли меняется на противоположное, то есть магнитный север и магнитный юг меняются местами. Казалось бы, что нам с того? Но все равно это выглядело очень странно.

Затем геологи обратили взор на морское дно. Одним из множества необъясненных явлений структуры Земли было наличие в нескольких океанах длинных цепей подводных гор, тянущихся вдоль обширных «равнин» морского дна. Никто не мог ответить на вопрос, как эти горные цепи там появились. Самая знаменитая горная цепь – Среднеатлантический горный хребет: гряда вулканов, которая берет начало над водой (Исландия представляет собой лишь окончание этого хребта, выступающее над поверхностью воды), а потом уходит под воду и тянется по центру Атлантического океана почти до Антарктики. Но в 1960 году магнитные измерения показали, что магнетизм скальных пород, окружающих этот горный хребет, выглядит чрезвычайно странно. Он необычен своей полосатостью , причем полоски тянутся параллельно хребту. По мере удаления от центрального хребта скальные породы морского дна обладают магнетизмом, который ориентируется сначала на север, затем на юг, потом снова на север, причем эти полоски тянутся по всей длине горной гряды. Но и это еще не все: если взглянуть на другую сторону гряды, то магнитные полоски на ней представляют собой зеркальное отражение первых.

В 1962 году двое британских ученых, Драммонд Мэтьюз и Фред Вайн, высказали идею на этот счет [83]. А вдруг, предположили они, вулканы на морском дне формируют новое морское дно, когда континенты расходятся? Магнетизм, выявленный возле горного хребта, соответствует нынешнему направлению магнитного поля. Но когда континенты расходятся в стороны, горные породы от этих хребтов растягиваются по обе стороны вулканов; при этом образуются новые горные породы. Когда магнитное поле Земли меняет направление на противоположное, магнетизм этой новой лавы также меняет направление на противоположное, давая начало новой полосе, указывающей в противоположном направлении. Причина, почему эти полосы зеркально отражают друг друга, состоит в том, что каждая полоса представляет период одной магнитной ориентации, прежде чем произойдет ее очередная смена. Другие открытия, сделанные примерно в то же время, позволили выявить места, где происходило разрушение старого морского дна, что было очень важно, поскольку размер самой планеты не меняется. По другую сторону Южной Америки существует горный массив Анды, так как именно здесь старое морское дно из Тихого океана заталкивается под континент, обратно в мантию Земли. Когда вы точно знаете, что континенты могут перемещаться, сталкиваясь и разделяясь, создавая и разрушая морское дно в ходе таких перемещений, геологические картины обретают глубокий смысл. Открытие тектоники плит стало поворотным моментом в геологической науке. В наши дни тектоника плит исполняет роль станового хребта всех наших представлений о том, почему Земля именно такая, как есть.