Земля на стыке гипотез
Что происходило с Землей в далеком прошлом? Всегда ли она имела те же размеры, что и сегодня? На протяжении нескольких столетий ученые выдвигали различные гипотезы на этот счет. Все их можно свести к двум категориям: Земля в процессе своего развития расширялась или Земля сжималась.
И все-таки она сжимается?
Почти все крупнейшие горные системы планеты продолжают расти и сегодня. Некоторые прибавляют по сантиметру в год, другие поменьше. Долгое время ученые терялись в догадках, пытаясь узнать, что за сила побуждает каменные вершины стремиться ввысь.
В попытках понять историю развития Земли и объяснить особенности ее рельефа ученые довольно рано предположили, что наша планета на протяжении долгого времени сжималась.
Гипотеза сжатия Земли, или гипотеза контракции, была в 1860— 1950‑х годах общепринятой научной теорией, объяснявшей, в частности, происхождение гор. Основная ее идея заключалась в том, что в далеком прошлом Земля представляла собой, согласно астрономической гипотезе Канта-Лапласа, раскаленный, расплавленный шар. Со временем планета понемногу остывала и медленно сжималась. Однако происходило это неравномерно, поскольку не все участки земной поверхности и лежащие под ними слои могли сжиматься с одинаковой скоростью. По этой причине в земной коре и мантии нарастали механические напряжения. Это приводило к землетрясениям. Земная кора корежилась, она то растрескивалась, то проседала, то образовывала складки – так зарождались горы.
В учебниках и популярных книгах постоянно приводился пример, пояснявший теорию контракции. Земля сравнивалась с яблоком, которое, высыхая и теряя влагу, сморщивается – покрывается «горами в миниатюре».
Идея сжимающейся Земли, впервые высказанная Джордано Бруно, была около 1700 года подхвачена универсальным немецким гением Готфридом Вильгельмом Лейбницем, посчитавшим, что Земля была изначально гладкой, поелику Господь не может потерпеть ничего бесформенного.
Наконец в середине XIX века эта гипотеза стала академической теорей. В 1852 году французский ученый Жан Батист Эли де Бомон (1798—1874) издал книгу «Заметки о горных системах », где, основываясь на этой гипотезе, подробно объяснил процессы горообразования. Рассуждая о механических напряжениях в земной коре, Эли де Бомон заявлял, что эти напряжения приводят «к внезапному возникновению горных хребтов и вспучиванию земной коры».
Гипотеза основывалась на нескольких хорошо известных фактах. Горные инженеры давно заметили, что, чем дальше шахты уходят вглубь Земли, тем выше там температура. Породы, обнаруживаемые в недрах Земли, ничем не отличаются от тех, что лежат на поверхности. Согласно гипотезе Канта-Лапласа, мантия Земли должна остывать медленнее, чем земная кора. Это неминуемо будет порождать механические напряжения.
Основными сторонниками этой гипотезы были австриец Эдуард Зюсс, швейцарец Альберт Гейм и немец Ханс Штилле. Из русских геологов ее поддерживали и развивали А. П. Карпин-ский, Ф. Н. Чернышев, И. В. Мушкетов, А. П. Павлов, К. И. Богданович.
В частности, Альберт Гейм (1849– 1937) попытался вычислить, насколько сжалась Земля в результате своего остывания. Для этого он мысленно стирал с лица Земли горные сис-темы, предполагая, что при исчезновении тех или иных гор площадь поверхности планеты возрастала бы на величину, равную площади поверхности этой горной системы. Так он установил, что мысленное исчезновение Альп привело бы к тому, что периметр Земли увеличился бы на 120 километров. Но если перейти от абсолютных величин к относительным, это означает, что с появлением Альп периметр Земли уменьшился всего на 0,3%. Получается, что Земля сжималась очень медленно.
Планета, по Гейму, не была похожа на «огненный шар». За время, прошедшее со времени своего возникновения, Земля остыла примерно на 500 °C. Теперь процесс остывания практически прекратился, а если сегодня и происходят землетрясения, это можно объяснить тем, что из-за процессов эрозии и выветривания меняется нагрузка на отдельные участки коры, а значит, там возникают механические напряжения.
Ханс Штилле (1876—1966) дополнил эту теорию, предположив, что земной шар периодически сжимается. Так в науку вошло представление о «циклах Штилле».
О положении, сложившемся в гео-логической науке к 1900 году, А. М. Го-родницкий писал в своей книге «И вблизи и вдали» (1991): «Стабильное расположение огромных континентов представлялось совершенно очевидным – ведь земные породы столь тверды, а массы материков громадны, что кажется – нет таких сил, которые могли бы сдвинуть их с места. Именно так и думали геологи в начале нашего века. Никому даже в голову не приходило усомниться в этой очевидной аксиоме, тем более, что господствовавшая в то время контракционная теория объясняла образование гор остыванием Земли и сокращением ее радиуса. Но ведь не менее очевидным казалось ученым древности, что Земля стоит на трех слонах или китах».
Новые геологические данные, накоп-ленные в конце XIX – начале ХХ века, поколебали основы контракционной теории. Она не давала удовлетворительного объяснения крупным горизонтальным перемещениям земной коры, ее вертикальным поднятиям и опусканиям, магматизму и другим явлениям.
Кроме того, расчеты показывали, пишет российский ученый К. Ю. Еськов, «что для предполагаемых изменений объема планеты необходимо изменение температуры на несколько тысяч градусов, что уже само по себе маловероятно. А поскольку различные горные системы образовывались в разное время, то получается, что происходило несколько последовательных падений температуры – на несколько тысяч градусов каждое; исходная же температура получалась просто невообразимой » («История земли и жизни на ней», гл. 3, 2008). При этом к тому времени, как свидетельствовали открытия палеонтологов, Земля была уже обитаемой.
В конце концов открытие радиоактивности горных пород и вовсе поставило под сомнение главное исходное положение гипотезы – о том, что Земля была первоначально расплавлена и потом охлаждалась. Ведь тепловая энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, компенсирует тепловые потери Земли. Возможно, наша планета за миллионы лет даже немного разогрелась1.
1Согласно наиболее общей геологической теории, главный планетарный процесс – это химико-плотностная дифференциация земного вещества, приводящая к формированию плотного ядра в центре и к возникновению в земной мантии конвекции вещества, на который приходится около 90% эндогенной энергии. На втором месте – процесс распада радиоактивных элементов (около 9% энергии), приливные деформации в теле Земли выделяют еще около 1% эндогенной энергии. (Прим. ред.).