Цепная реакция земли

"Геологическое развитие Земли - это результат громадной по масштабам и очень сложной цепной реакции", - пишет ван Бемеллен. Эта реакция, по его мнению, состоит как бы из двух этажей масштабности.

Первый, первичный этаж - это физико-химические реакции. Они направлены к установлению равновесия в субмикроскопических сферах. Эти реакции - радиоактивный распад, всякие фазовые переходы, тепловые взаимодействия, чисто химические реакции, кристаллизация и перекристаллизация. Но, устанавливая равновесие на своем этаже масштабности, физико-химический процесс неизбежно нарушает равновесие на другом, "мегаскопическом" уровне. Гравитационное равновесие на планете, стремящейся принять форму капли, в разрезе строго разделенной на слои все возрастающего к центру удельного веса.

Когда это равновесие нарушается, колесики земной титанической машины запускаются. Перемещаются континенты, погружаются в мантию литосферные плиты, проскальзывают вдоль пластичных слоев разные земные оболочки. Ядро, например, явно вращается относительно всей остальной Земли с востока на запад, - а мантия, возможно, проскальзывает в том же направлении по астеносферному слою относительно твердой "кожуры" планеты - литосферы. Все эти процессы (их можно назвать первичными тектоническими, со всей свитой вторичных тектонических и геологических процессов), в свою очередь стремясь к равновесию, вносят элемент неравновесия в первую, физико-химическую сферу. Так и идет эта общая цепная реакция, раскручивая обороты то сильнее, то слабее, сопровождая и косвенно, возможно, вызывая вспышки жизни на Земле и великие вымирания, циклы горообразования и образования месторождений полезных ископаемых...

Когда в кулуарах геологического или сейсмологического совещания сталкиваются фиксист и мобилист, в яростном споре обязательно прозвучат малопонятные непосвященным слова: "вязкость", "пластичность"... Снова и снова возникает старое недоразумение. Вегенер понимал эти слова буквально, по-ньютоновски, и полагал, что континенты просто плывут по расплавленному подкоровому субстрату. Сейсмология положила конец представлениям о расплавленном субстрате. Все слои планеты, кроме внешнего ядра Земли, проводят как продольные, так и поперечные сейсмические волны. А поперечные волны могут идти только через твердое тело. Это было одним из сильнейших возражений против мобилизма и против любых представлений о "течениях" в мантии, о "ячейках конвекции" и т. д. Но уже Б. Б. Голицын, прекрасный физик, хорошо понимал, что с представлениями обыденного здравого смысла, с физической моделью вязкости "по-ньютоновски" в мантии делать нечего.

Голицын писал: "...благодаря тем громадным давлениям, которые господствуют на таких глубинах, вещество магмы (так в те времена называли подкоровое вещество. - А. Г.) но представляется нам в жидком состоянии, а является скорее телом пластическим, тягучим, чем-то средним между жидкостью и твердым телом (например, как смола, которая с течением времени может течь как настоящая жидкость)".

Пример со смолой стал классическим. Именно твердый вар и еще лед, которые при ударе рассыпаются как хрупкое вещество и, кстати, отлично проводят поперечные волны, на долгие годы стали иллюстрацией представлений о "твердой жидкости": и вар, и лед текут вполне заметно.

И только недавно эти интуитивные представления стали оформляться в математические и физические категории. Выяснилось, что при давлениях и температурах, характерных для земных недр, мантия становится "неньютоновской". Это и есть то, что Бемеллен называет релятивистской геомеханикой, перекидывая мостик между двумя "неньютоновскими" революциями в науке - в физике и в науках о Земле.

Итак, упругая, как сталь, мантия течет. Скорости этого течения примерно соответствуют максимальным скоростям взаимного перемещения плит на лике Земли - около 10 сантиметров в год. Чтобы замкнулась ячейка циркуляции среднего масштаба (то, что Бемеллен называет геоундациями), то есть чтобы атом вещества прошел полный путь от срединного хребта до ближайшей островной дуги типа дуг Мексиканского залива, а потом вернулся обратно, к Срединноатлантическому рифту (учтем еще, что в прошлом расстояние между дугой и рифтом было меньше, а скорости расширения больше: океан-то расширяется все медленнее), достаточно каких-нибудь 30-50 миллионов лет. Для мегаундаций, то есть замыкания грандиозных "колес" циркуляции, двигающих Америкой, Австралией, Индией, Африкой, плитами Тихого океана, время полного возвращения "на круги своя" - 100-150 миллионов лет. Это значит, что вещество, входившее в состав песчинок на океаническом дне где-то в юрском или меловом периоде, может, побывав в мантии и пройдя там через цепь реакций, снова появиться на поверхности и оказаться сейчас в песке одного из островов, затерянных в просторах океана.

Это значит, что новая глобальная циркуляционная тектоника впервые в истории науки дала геологам средство сверхдолгосрочного прогноза. Просто продолжая нынешние движения плит на ближайшие миллионы лет, мы уже можем нарисовать достаточно уверенную карту будущего расположения материков и океанов. Учитывая взаимодействие циклов-ундаций, можно попробовать предсказать и еще дальше, ответить, например, на вопрос, соберутся ли снова в ближайшие 150-200 миллионов лет материки в единую новую Пангею или нет, каков будет тогда климат и как расположатся месторождения еще не родившихся полезных ископаемых? И хорошо бы эти наши прогнозы было кому к тому времени сверить с действительностью!