Страница:
Расчеты показывают, что при диаметре зеркал всего в 50 метров мощность такого светового пучка составит около 2 тысяч ватт. Казалось бы, немного. Но в космосе свои законы. Наблюдателям, находящимся на планетах у далеких звезд, он покажется в 700 раз ярче, чем
наше Солнце. Значит, меняя яркость этого пучка, можно будет посылать сигналы, например, типа "точек" и "тире" азбуки Морзе.
Для человечества, уже накопившего немалый опыт строительства орбитальных станций и даже запустившего свои аппараты на орбиты вокруг других планет, постройка такого "звездного маяка" выглядит вполне посильной задачей. В перспективе, как считают специалисты, диаметр зеркал можно будет довести до 10 километров. Тогда мощность сверхлазера достигнет 80 миллионов ватт. И его сигналы будут различимы даже с окраин Млечного Пути.
ДВА СЦЕНАРИЯ КОСМИЧЕСКОГО РАССЕЛЕНИЯ
К настоящему времени люди провели в космосе более десяти лет. Эта внушительная цифра получается, если суммировать время пребывания в космических кораблях и орбитальных станциях всех космонавтов, вместе взятых.
Успех первых шагов в космос дает нам смелость рассматривать с позиций накопленного опыта возможные сценарии расселения людей в космосе и его биологические последствия.
Как же могут развиваться события? Сценарий первый - поселения в пределах Солнечной системы. Предположим, что в космосе удастся создать среду обитания, аналогичную земной. В этом случае последующая эволюция жителей космических поселений пойдет, видно, так же, как на Земле. Если же к тому времени не придумают надежных средств защиты от космических лучей, которые в межпланетном
пространстве намного опаснее, чем у Земли, то в силу случайного характера вызываемых ими наследственных изменений дальнейший ход эволюции предсказать практически невозможно. Возможен и такой вариант, когда основным фактором, определяющим эволюцию человека, будет не радиация, а невесомость. При этом человек может утратить "навязанные" гравитацией некоторые физиологические особенности и, постепенно изменяя внешний облик, станет похожим на "бестелесные" персонажи картин Эль Греко.
Сценарий второй - люди расселяются по всей Галактике. Ее масштабы столь велики, что исключают возможность регулярных контактов между отдельными популяциями людей. Через сотни поколений изоляция человеческих групп неизбежно приведет к тому, что Галактика будет заселена колониями разумных существ, весьма заметно отличающихся друг от друга.
Разумеется, перспективы освоения Галактики да и Солнечной системы реальны только в том случае, если эволюция человека на своей родной планете будет идти в правильном направлении. Нельзя забывать и того, что история человека изобилует не только победами, но и ошибками. Может быть, теперь, перед лицом открывшихся нам возможностей, мы сумеем проявить больше ума, мудрости и предвидения?
КОРАБЛИ - К ЗВЕЗДАМ
Рассказывает член-корреспондент АН СССР В. Троицкий
Прогресс радиоастрономических исследований определяется уровнем экспериментальной техники. Можно
дать, что с ее помощью в ближайшие десятилетия будут открыты планеты у ближних к нам 5-10 звезд. Причем скорее всего они будут обнаружены в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах волн с помощью внеатмосферных установок. Начнут создаваться межзвездные корабли, зонды для посылки к одной из ближайших звезд в пределах расстояний 5-10 световых лет. Разумеется, в первую очередь к той, возле которой будут обнаружены планеты. Думаю, что такой корабль будет двигаться со скоростью не более 0,1 скорости света, с помощью термоядерного двигателя.
В радиоастрономии будут использоваться гигантские космические системы с размерами радиотелескопов более 100 метров и расстоянием между ними до нескольких сотен тысяч километров (сейчас наибольшее расстояние между радиотелескопами ограничено размерами Земли).
Полагаю, что в первой трети XXI века будет обсуждаться проблема ограничения производства термоядерной энергии, которая к тому времени станет доминирующей. И будут предприниматься серьезные шаги, чтобы использовать фоновую энергию, существующую на Земле всегда,- энергию ветра, приливов, солнечную энергию и другие, утилизация которых не приводит к дополнительному нагреву планеты.
Наконец, последнее - будут построены специальные большие радиотелескопы для наблюдения и поиска электромагнитных сигналов разумного (искусственного) происхождения во всем перспективном диапазоне волн. Будут проведены наблюдения сигналов от значительной части звезд Галактики. Получит дальнейшее развитие теория возникновения и развития внеземных цивилизаций.
42
"ГОРЯЧИЕ ПЯТНА" ЗЕМЛИ
В науке, как и в жизни, видимо, всегда полезно, достигнув какой-то цели, оглянуться назад и посмотреть, какой путь пройден, какие результаты достигнуты, чем можно гордиться, а в чем - сомневаться. Так обстоит дело и в науке геотектонике. Последние несколько лет геологи на своих форумах пытаются оглядеть путь, который пройден ими со времени колоссального научного переворота, произошедшего в конце шестидесятых годов. Речь идет о создании теории литосферных плит.
В журнале "Природа" за 1984 год появились статьи члена-корреспондента АН СССР В. В. Белоусова и члена-корреспондента АН СССР В. Е. Хаина, где также подводятся итоги прошедших десятилетий. Ученые приходят к разным выводам. В. Белоусов подвергает теорию резкой критике. В. Хаин, высоко оценивая большие достижения теории тектоники плит, считает, что есть еще много явлений, которые остаются за пределами этой теории, она их в себя еще не вобрала, и, возможно, мы стоим на пороге возникновения новой концепции, более широкой теории.
Появляются такого рода обзоры и за границей. Недавно была опубликована обзорная статья известного геофизика Максвелла в трудах Геофизического союза США. Специальный выпуск журнала "Сайенс" также посвящен геодинамике, в нем подводятся итоги развития наук о Земле за последние два десятилетия.
Большинство исследователей единодушно в своих выводах о том, что
рия тектоники плит - прочная база позволяющая объяснить поверхностные и близповерхностные тектонические и магматические явления и связать их в единое целое. И действительно; основные представления о том, что внешняя оболочка Земли - литосфера - разбита сейсмическими поясами на плиты, касается верхних нескольких сот километров земной коры. Эти плиты в одних местах расходятся, и там из астеносферы поднимается расплавленное вещество мантии. Здесь земная кора наращивается. Этот процесс изучен очень подробно, многие ученые наблюдали его воочию с подводных аппаратов. В других же местах плиты сближаются, сталкиваются, погружаются на большую глубину, образуя протяженные вулканические островные дуги. Именно здесь, в островных дугах, из затянутой в мантию океанической коры (вместе с океаническими осадками) и рождается, выплавляется континентальная кора. Сейчас ни у кого не вызывает сомнений, что почти вся тектоническая и вулканическая активность нашей планеты сосредоточена на границах плит - в рифтовых трещинах океана и в островных дугах. Открытия, которые принесла плитотектоника, невероятной важности для человечества, хотя выводы и. распространяются лишь на небольшую глубину от поверхности Земли. Но ведь именно здесь находятся полезные ископаемые.
Однако уже давно было замечено, что не все проявления вулканизма и сейсмичности контролируются границами литосферных плит. Какая-то часть вулканов (хотя и небольшая) сконцентрирована вне границ литосферных плит. Наиболее яркий л даже выдающийся пример-вулканы Гавайских островов. Другой пример - вулкан Тибести в Африке. Эти вулканы находятся на расстоянии тысяч километров от зон раздвижения или сближения плит, но это активно действующие вулканы. Значит, есть какие-то явления, которые прямо и непосредственно в
^у плит не вписываются. Хотя уже и в шестидесятые годы было предложено по крайней мере два объяснения этого, как его стали называть, внутриплитового вулканизма.
Оказалось, что подобные вулканы находятся в конце протяженных вулканических цепей - цепи Гавайских островов и продолжающей ее на северозапад цепи Императорских гор, цепи Туамоту, Маршалловых островов, цепи Восточно-Индийского хребта, Китового хребта в Атлантике и других.
Ученые уже тогда обратили внимание: возраст вулканизма меняется по простиранию цепи. Если на Гавайях мы видим действующие вулканы, извергающие огромное количество базальтовой лавы, то с движением на северо-запад вулканы "стареют". Это уже древние вулканы, возраст их от 10 до 40 миллионов лет.
Канадский геофизик Т. Вильсон, американский ученый Д. Морган и советский геофизик С. Ушаков высказали предположение, что эти цепи образовались над какими-то разогретыми участками мантии Земли. Они назвали эти аномальные области "горячими точками" (буквально "пятнами") планеты и решили, что именно эти чрезмерно разогретые участки питают внутриплитовый вулканизм. Но поскольку вулканы группируются в протяженные цепи, то следующий шаг в рассуждениях ученых был такой: "горячие точки" в мантии остаются неподвижными, а проходящие над ними литосферные плиты оказываются как бы над "прожигательной" линзой. Эта "горячая точка", подобно сфокусированному солнечному лучу, прожигает плиту снизу. А в образовавшуюся "дырку" устремляется лава и выливается на поверхность. Вот откуда изменение возраста вулканов в цепи - плита проходит над "горячей точкой", и вулканы возникают не одновременно, а последовательно. Там, где сегодня находится "горячая точка", мы видим действующие "молодые" вулканы.
С самого начала было замечено, что расположение цепей в целом согласуется с направлением движения плит. Когда Д. Морган и другие исследователи сопоставили движение плит над "горячими точками" в разных районах Земли, то обнаружили, что есть некоторый каркас "горячих точек", относительно которого плиты движутся одинаково. Появилась возможность говорить не только о движении плит относительно друг друга, но о каком-то абсолютном движении литосферных плит. Точки, как видно, занимают сравнительно фиксированное положение, остаются на месте, в то время как плиты движутся. Еще вернее будет сказать, что "горячие точки" перемещаются, но во много раз медленнее, чем плиты. За сравнительно короткий (в геологическом понимании) интервал времени их можно считать неподвижными.
Палеомагнитные данные также подтверждали правильность сделанных выводов. Так, тихоокеанская плита, например, сто миллионов лет назад находилась значительно южнее. За это время она переместилась на север почти на четыре тысячи километров.
Ну а что говорят палеоклиматические реконструкции? Они тоже подтверждают этот вывод. Известно, что в экваториальной полосе Тихого океана есть зона шириной всего в 600-700 километров, где из-за особой водной циркуляции происходит подъем глубинных масс воды. Перемешивание приводит к тому, что воды этой зоны содержат больше кислорода и питательных веществ, биологическая продуктивность здесь выше. Соответственно на дно поступает больше осадков - скелетов отмерших организмов. При глубоководном бурении эта зона легко выделяется, в ней в два-три, а иногда и в десять раз больше осадков. Зная возраст этой толщи осадков, мы можем определить время, когда тихоокеанская плита пересекла экватор. Так и глубоководное бурение позволяет нам проверить движение плит,
ное по палеомагнитным данным и по "горячим точкам".
Но что же такое сами "горячие точки"? Как объясняют ученые их появление? Конечно, объяснить их существование довольно трудно. Было высказано предположение, что это вершины некоторых столбов раскаленного, более горячего, чем окружающая мантия, вещества, поднимающихся из нижней мантии. Эти столбы назвали мантийными струями. Их диаметр невелик - всего несколько сот километров. Они разогревают астеносферу над собой, а на поверхности вызывают те явления, о которых мы говорим.
Другое предположение получило условное название "продвигающаяся трещина". Из-за того, что плиты находятся в напряженном состоянии (это доказано: внутриплитовые землетрясения - своего рода разрядка от напряжений сжатия), они растрескиваются. Трещины и служат местами возможного появления "горячих точек".
Были и другие гипотезы. Одна из них, например, объясняла явление тем, что плиты движутся по Земле по эллипсоиду вращения, имеющему в разных местах различную кривизну. Есть критические широты - от двадцати пяти до тридцати градусов,- где эта кривизна наибольшая. Преодолевая в своем движении самые искривленные места, плиты растрескиваются, лопаются, как кожура апельсина при ее выпрямлении. Образовавшиеся щели "залечиваются" поднимающимся снизу мантийным материалом.
Все эти гипотезы существуют одновременно. Хотя, пожалуй, большинство исследователей отдает предпочтение гипотезе "горячих точек" восходящих мантийных потоков. Думаю, что она действительно имеет на то основания. Но какая бы гипотеза на поверку ни оказалась истинной, реальность внутриплитового вулканизма несомненна.
Кроме отдельных вулканов, существуют и другие проявления вулканизма.
И сейчас есть обширные базальтовые поля, как, например, Колумбийское плато базальтов на западе США. Его возраст - пятнадцать миллионов лет. Есть вулканическое плато в Центральной Азии - Дариганга на юге Монголии, Витимское плато в Забайкалье. Такие излияния базальтов были широко распространены и в прошлом. В триасовое время (240 миллионов лет назад) в Сибири эти излияния распространились на огромные площади в районе Тунгуски. В Индии, Южной Африке, Южной Америке, Австралии они занимают огромные площади. Мощные излияния базальта (или, как их называют, траппы) предшествовали расколу континента. В юрское и раннемеловое время трапповые излияния были в Южной Африке и Южной Америке перед расколом Гондваны. Триасовое извержение в Сибири предшествовало "неудавшемуся", несостоявшемуся расколу. Как мы видим, прорывы глубинного вещества осуществляются не только в виде вулканических извержений. И не только в рифтовых зонах и островных дугах. Посреди громадных континентов трапповые ступени застывшей лавы говорят о происходивших здесь излияниях глубинного вещества.
С внутриплитовыми извержениями (базальтовыми, гранитными внедрениями) связаны месторождения полезных ископаемых. Норильские медноникелевые руды, например, связаны с сибирскими траппами. Значит, внутриплитовый вулканизм важен для нас не только с теоретической, но и с чисто практической точки зрения.
Ну а теперь я хотел бы обратиться к области, в которой сами исследователи находятся на уровне гипотез или даже догадок. Казалось бы, теория тектоники плит позволила объяснить многие события в геологической истории, заглянуть в глубокое прошлое планеты и понять, что и как происходило там, а все-таки есть большой круг явлений, которые этой теорией не объясняются. Внутриплитовый вулканизм - одно из
таких явлений. Но и в нем самом также есть события, которые не находят однозначной интерпретации.
Во-первых, очень часто с областями проявления внутриплитового вулканизма связаны крупные аномалии в рельефе. Известно, например, что Африканский континент поднят на километр по сравнению с другими континентами. А именно в Африке очень много проявлений вулканизма внутри плит. Гавайские вулканы расположены на крупном Гавайском своде. Его ширина доходит до тысячи километров, а над окружающей местностью он поднят на километр. Сводовые поднятия, как правило, рассасываются, когда возраст лав достигает примерно тридцати миллионов лет. Гавайский свод этому правилу не подчиняется.
Еще одна загадка. На первый взгляд внутриплитовый вулканизм хаотично разбросан по всей планете. Но более пристальное изучение показывает, что вулканы группируются в две крупные области, каждая из которых имеет в поперечнике шесть-девять тысяч километров, почти четверть земной сферы. Африкано-атлантическая область включает в себя вулканы Исландии на северо-западе, Азорские острова, Центрально-Французский массив, вулкан Тибести в Африке, вулканы островов Вознесения, Святой Елены, вулканы Индийского океана, Маврикий, Реюньон, Сент-Поль и Амстердам. Другую область можно назвать тихоокеанской. Она включает в себя вулканы острова Пасхи, Сала-и-Гомес, Гавайские острова, Туамоту...
Есть и более мелкие области - центрально-азиатская, куда входят вулканы Восточных Саян, Забайкалья и Монголии, и австралийская, куда включаются вулканы Эребус в Антарктиде, остров Балени и австралийские вулканы.
Между этими областями расположены пространства, на которых практически нет внутриплитового вулканизма. Особенно хорошо это видно в полосе,
проходящей от Индии через Гималаи Западную Сибирь, Восточно-Европей^ скую возвышенность. Здесь не видно никаких проявлений внутриплитового вулканизма по крайней мере за послед. ние пятьдесят миллионов лет. Друга, такая область проходит через Южную и Северную Америки.
По аналогии с "горячими точками" можно было бы ввести понятие "горячих полей" для тех областей, где наблюдается внутриплитовый вулканизм. "Горячие поля" в мантии Земли.
Но дальше следует еще одно открытие. Оказывается, что с "горячими полями" связаны самые крупные нарушения в форме геоида Земли. В последние годы Земля с помощью спутников обследована очень детально, и с точностью до нескольких метров установлена форма геоида - реальная форма Земли. Выяснено, что есть два крупных поднятия, где геоид на 50-70 метров поднимается над эллипсоидом вращения. А есть места, где на такое же расстояние геоид опущен.
Оказалось, что одно из поднятий совпадает с африкано-атлантическим "горячим полем", второе - с тихоокеанским.
А в районе Индии - очень глубокий минимум в форме геоида. Поскольку форма геоида отражает события, происходящие на больших глубинах Земли, естественно сделать предположение, что и "горячие поля" - отзвук глубинных процессов.
Наконец, последняя особенность внутриплитового вулканизма-его геохимическое выражение. Химия вулканических пород изучалась очень детально. Главные их компоненты - кремнезем, глинозем, окислы железа, магния, кальция, калия, натрия - известны давно. Гораздо меньше были изучены малые добавки рассеянных элементов, таких, как рубидий, стронций, литий, галлий, европий и другие. Не был известен и изотопный состав^ химических элементов, слагающих вул^ канические породы, jj
оказалось, что именно рассеянные депонты и изотопные
_ главные опознавательные знаки, оторые говорят нам о том, что происодит в глубине Земли. Геохимики выделяют группу элементов с крупными ионными радиусами, такие, как руб^дий, барий, стронций, самарий, европий. Их особенность в том, что они не совместимы с другими элементами и ведут себя очень "независимо" в геохимических процессах при плавлении и разделении магмы на фракции. Их количество остается более или менее постоянным как в начальном продукте, так и в лаве, поступившей на поверхность. Соотношение этих элементов между собой - своеобразный индикатор геохимических особенностей того вещества, из которого произошел магматический расплав.
В последнее время геохимики очень пристально изучают эти элементы. Изучение изотопов стронция, неодима, гафния дало возможность судить о том, что происходит в глубине Земли. Например, отношение радиоактивного изотопа стронция-87 к нерадиоактивному изотопу стронция-86 со временем меняется, стронций-87 будет накапливаться. То же самое происходит с изотопом неодима-143, который образуется при распаде из изотопа самария-147.
Изотопное соотношение в породах одного и того же происхождения сохраняется в течение геологической истории. Если мы знаем время, когда были запущены изотопные "часы", то можем рассчитать и время образования самой породы. Можем судить и о тех условиях, в которых эти породы образовались.
Когда геохимики начали изучать базальты (продукты непосредственного выплавления из мантии Земли), выяснилось, что есть две группы базальтов. Первая слагает ложе океана, а вторая появляется в результате внутриплитового вулканизма. Базальты срединноокеанических хребтов обладают постоянным составом. В них очень мало
редких элементов с крупными ионными радиусами и очень низкое соотношение изотопов стронция.
Базальты, появившиеся в результате извержения вулканов внутри плит (на Гавайских и Азорских островах, в Исландии, в Западной Европе), содержат, оказывается, в два, а иногда и в три раза больше редких элементов. Несмотря на одинаковый химический состав этих двух видов базальтов (в них равное содержание кремнезема, глинозема, магния, кальция, железа), содержание элементов с крупными ионными радиусами в них совершенно различное. И это накладывает на породы такой отпечаток, что отличить эти базальты друг от друга не составляет труда. Изотопные отношения (различных изотопов стронция, например) у них тоже совершенно другие, чем у базальтов океанического дна.
Именно поэтому геохимики начали говорить о существовании двух источников магмы. Один питает базальты срединно-океанических хребтов. Другой - богатый редкими элементами - дает внутриплитовые базальты океанических островов и континентов.
Какие тут возможны объяснения? Одно из них: под срединно-океаническими хребтами и под внутренними частями - разные термодинамические условия. При больших температурах и давлениях, которые существуют под вулканическими островами, создаются условия для обогащения лав щелочами и литофильными (редкими) элементами. Другое предположение: неоднородность существует в самой мантии. В ней самой есть участки, богатые литофильными элементами, а есть участки, лишенные их.
Но когда геохимики провели некоторые расчеты, то оказалось, что существует баланс: кора океаническая и кора континентальная дополняют друг друга по составу. В сумме содержание литофильных элементов в коре обоих типов такое же, как в первичном веществе Земли. Геохимики попытались
50
51
проследить, как ведут себя изотопные соотношения с продвижением в глубь Земли. Когда начинается разделение радиоактивных элементов на различные ионы? Оказалось, что изотопные часы были запущены полтора-два миллиарда лет назад. Очевидно, именно в это время произошло важнейшее событие в жизни Земли - разделение верхней мантии на две геохимически различные фазы: континентальную и океаническую. Причины этого события пока неясны, остается лишь догадываться, почему это произошло.
Дальнейшие исследования показали, что лава вулканов, приуроченных к "горячим точкам", имеет состав, отличный и от состава континентальной коры. Здесь изливается на поверхность лава, которая по своему составу больше всего напоминает первичное вещество Земли. Так с помощью геохимии были найдены три источника, питающие современный вулканизм. Один из них поставляет лаву, выходящую из рифтов океанического дна, другой - ту лаву, которая рождается из континентальной коры, и третий дает то вещество, которое вырывается на поверхность в извержениях внутриплитовых вулканов и в траппах на континентах,
Эти проблемы обсуждаются сейчас на всех конгрессах, конференциях, совещаниях ученых. Можно сказать, что мы присутствуем при рождении новой области знаний о Земле. Здесь еще много догадок, гипотез, предположений, но геологи упорно ищут ответы на вопросы, которые ставит перед ними Земля.
Как появились эти различные резервуары мантийного вещества и где они находятся? Одна из гипотез предполагает, что неистощенное мантийное вещество сконцентрировано в верхней мантии. Большая же часть геохимиков считает, что где-то на рубеже двух миллиардов лет произошло разделение первичного однородного вещества мантии Земли. Выделилась верхняя мантия, которая, в свою очередь,
билась на две части - континентальную кору, богатую редкими элементами, и мантию под океанами. Континен-" тальная кора легче океанической - aoJ откуда появилась у континентальны^ плит возможность передвигаться. ..
А более тяжелая океаническая корД прорывается в любую трещину, кото7 рая появляется в океаническом дне.У Геологи из подводных аппаратов свои4 ми глазами наблюдали, например, в"1 Красном море, как в щель шириной всего пятьдесят километров изливают^ ся базальты. Рядом огромные конти-" ненты Аравия, Африка. Они совсем недавно разошлись, а базальты на дне Красного моря ничем не отличаются по составу от базальтов срединно-атлантического . хребта - истощенные базальты с малым количеством редких элементов. Это показали анализы.
В нижней же части мантии осталось неистощенное вещество, которое прорывается наверх какими-то струями до подошвы литосферы, здесь оно скапливается, образуя те самые "горячие точки", с которых мы начали рассказ. Плиты проходят над этими точками, и они их "прожигают". Но, проходя наверх, струи прихватывают вещество верхней мантии. Поэтому состав лав внутриплитовых вулканов различен, в то время как состав излияний в срединно-океанических хребтах очень однороден.
Статьи геохимиков, посвященные этому вопросу, сейчас читаются как самые увлекательные научно-фантасти^ ческие романы, хотя текст их можетД состоять из одних цифр, характеризующих состав лавы. Но за этими цифрами встают замечательные картины внутреннего устройства планеты.
наше Солнце. Значит, меняя яркость этого пучка, можно будет посылать сигналы, например, типа "точек" и "тире" азбуки Морзе.
Для человечества, уже накопившего немалый опыт строительства орбитальных станций и даже запустившего свои аппараты на орбиты вокруг других планет, постройка такого "звездного маяка" выглядит вполне посильной задачей. В перспективе, как считают специалисты, диаметр зеркал можно будет довести до 10 километров. Тогда мощность сверхлазера достигнет 80 миллионов ватт. И его сигналы будут различимы даже с окраин Млечного Пути.
ДВА СЦЕНАРИЯ КОСМИЧЕСКОГО РАССЕЛЕНИЯ
К настоящему времени люди провели в космосе более десяти лет. Эта внушительная цифра получается, если суммировать время пребывания в космических кораблях и орбитальных станциях всех космонавтов, вместе взятых.
Успех первых шагов в космос дает нам смелость рассматривать с позиций накопленного опыта возможные сценарии расселения людей в космосе и его биологические последствия.
Как же могут развиваться события? Сценарий первый - поселения в пределах Солнечной системы. Предположим, что в космосе удастся создать среду обитания, аналогичную земной. В этом случае последующая эволюция жителей космических поселений пойдет, видно, так же, как на Земле. Если же к тому времени не придумают надежных средств защиты от космических лучей, которые в межпланетном
пространстве намного опаснее, чем у Земли, то в силу случайного характера вызываемых ими наследственных изменений дальнейший ход эволюции предсказать практически невозможно. Возможен и такой вариант, когда основным фактором, определяющим эволюцию человека, будет не радиация, а невесомость. При этом человек может утратить "навязанные" гравитацией некоторые физиологические особенности и, постепенно изменяя внешний облик, станет похожим на "бестелесные" персонажи картин Эль Греко.
Сценарий второй - люди расселяются по всей Галактике. Ее масштабы столь велики, что исключают возможность регулярных контактов между отдельными популяциями людей. Через сотни поколений изоляция человеческих групп неизбежно приведет к тому, что Галактика будет заселена колониями разумных существ, весьма заметно отличающихся друг от друга.
Разумеется, перспективы освоения Галактики да и Солнечной системы реальны только в том случае, если эволюция человека на своей родной планете будет идти в правильном направлении. Нельзя забывать и того, что история человека изобилует не только победами, но и ошибками. Может быть, теперь, перед лицом открывшихся нам возможностей, мы сумеем проявить больше ума, мудрости и предвидения?
КОРАБЛИ - К ЗВЕЗДАМ
Рассказывает член-корреспондент АН СССР В. Троицкий
Прогресс радиоастрономических исследований определяется уровнем экспериментальной техники. Можно
дать, что с ее помощью в ближайшие десятилетия будут открыты планеты у ближних к нам 5-10 звезд. Причем скорее всего они будут обнаружены в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах волн с помощью внеатмосферных установок. Начнут создаваться межзвездные корабли, зонды для посылки к одной из ближайших звезд в пределах расстояний 5-10 световых лет. Разумеется, в первую очередь к той, возле которой будут обнаружены планеты. Думаю, что такой корабль будет двигаться со скоростью не более 0,1 скорости света, с помощью термоядерного двигателя.
В радиоастрономии будут использоваться гигантские космические системы с размерами радиотелескопов более 100 метров и расстоянием между ними до нескольких сотен тысяч километров (сейчас наибольшее расстояние между радиотелескопами ограничено размерами Земли).
Полагаю, что в первой трети XXI века будет обсуждаться проблема ограничения производства термоядерной энергии, которая к тому времени станет доминирующей. И будут предприниматься серьезные шаги, чтобы использовать фоновую энергию, существующую на Земле всегда,- энергию ветра, приливов, солнечную энергию и другие, утилизация которых не приводит к дополнительному нагреву планеты.
Наконец, последнее - будут построены специальные большие радиотелескопы для наблюдения и поиска электромагнитных сигналов разумного (искусственного) происхождения во всем перспективном диапазоне волн. Будут проведены наблюдения сигналов от значительной части звезд Галактики. Получит дальнейшее развитие теория возникновения и развития внеземных цивилизаций.
42
"ГОРЯЧИЕ ПЯТНА" ЗЕМЛИ
В науке, как и в жизни, видимо, всегда полезно, достигнув какой-то цели, оглянуться назад и посмотреть, какой путь пройден, какие результаты достигнуты, чем можно гордиться, а в чем - сомневаться. Так обстоит дело и в науке геотектонике. Последние несколько лет геологи на своих форумах пытаются оглядеть путь, который пройден ими со времени колоссального научного переворота, произошедшего в конце шестидесятых годов. Речь идет о создании теории литосферных плит.
В журнале "Природа" за 1984 год появились статьи члена-корреспондента АН СССР В. В. Белоусова и члена-корреспондента АН СССР В. Е. Хаина, где также подводятся итоги прошедших десятилетий. Ученые приходят к разным выводам. В. Белоусов подвергает теорию резкой критике. В. Хаин, высоко оценивая большие достижения теории тектоники плит, считает, что есть еще много явлений, которые остаются за пределами этой теории, она их в себя еще не вобрала, и, возможно, мы стоим на пороге возникновения новой концепции, более широкой теории.
Появляются такого рода обзоры и за границей. Недавно была опубликована обзорная статья известного геофизика Максвелла в трудах Геофизического союза США. Специальный выпуск журнала "Сайенс" также посвящен геодинамике, в нем подводятся итоги развития наук о Земле за последние два десятилетия.
Большинство исследователей единодушно в своих выводах о том, что
рия тектоники плит - прочная база позволяющая объяснить поверхностные и близповерхностные тектонические и магматические явления и связать их в единое целое. И действительно; основные представления о том, что внешняя оболочка Земли - литосфера - разбита сейсмическими поясами на плиты, касается верхних нескольких сот километров земной коры. Эти плиты в одних местах расходятся, и там из астеносферы поднимается расплавленное вещество мантии. Здесь земная кора наращивается. Этот процесс изучен очень подробно, многие ученые наблюдали его воочию с подводных аппаратов. В других же местах плиты сближаются, сталкиваются, погружаются на большую глубину, образуя протяженные вулканические островные дуги. Именно здесь, в островных дугах, из затянутой в мантию океанической коры (вместе с океаническими осадками) и рождается, выплавляется континентальная кора. Сейчас ни у кого не вызывает сомнений, что почти вся тектоническая и вулканическая активность нашей планеты сосредоточена на границах плит - в рифтовых трещинах океана и в островных дугах. Открытия, которые принесла плитотектоника, невероятной важности для человечества, хотя выводы и. распространяются лишь на небольшую глубину от поверхности Земли. Но ведь именно здесь находятся полезные ископаемые.
Однако уже давно было замечено, что не все проявления вулканизма и сейсмичности контролируются границами литосферных плит. Какая-то часть вулканов (хотя и небольшая) сконцентрирована вне границ литосферных плит. Наиболее яркий л даже выдающийся пример-вулканы Гавайских островов. Другой пример - вулкан Тибести в Африке. Эти вулканы находятся на расстоянии тысяч километров от зон раздвижения или сближения плит, но это активно действующие вулканы. Значит, есть какие-то явления, которые прямо и непосредственно в
^у плит не вписываются. Хотя уже и в шестидесятые годы было предложено по крайней мере два объяснения этого, как его стали называть, внутриплитового вулканизма.
Оказалось, что подобные вулканы находятся в конце протяженных вулканических цепей - цепи Гавайских островов и продолжающей ее на северозапад цепи Императорских гор, цепи Туамоту, Маршалловых островов, цепи Восточно-Индийского хребта, Китового хребта в Атлантике и других.
Ученые уже тогда обратили внимание: возраст вулканизма меняется по простиранию цепи. Если на Гавайях мы видим действующие вулканы, извергающие огромное количество базальтовой лавы, то с движением на северо-запад вулканы "стареют". Это уже древние вулканы, возраст их от 10 до 40 миллионов лет.
Канадский геофизик Т. Вильсон, американский ученый Д. Морган и советский геофизик С. Ушаков высказали предположение, что эти цепи образовались над какими-то разогретыми участками мантии Земли. Они назвали эти аномальные области "горячими точками" (буквально "пятнами") планеты и решили, что именно эти чрезмерно разогретые участки питают внутриплитовый вулканизм. Но поскольку вулканы группируются в протяженные цепи, то следующий шаг в рассуждениях ученых был такой: "горячие точки" в мантии остаются неподвижными, а проходящие над ними литосферные плиты оказываются как бы над "прожигательной" линзой. Эта "горячая точка", подобно сфокусированному солнечному лучу, прожигает плиту снизу. А в образовавшуюся "дырку" устремляется лава и выливается на поверхность. Вот откуда изменение возраста вулканов в цепи - плита проходит над "горячей точкой", и вулканы возникают не одновременно, а последовательно. Там, где сегодня находится "горячая точка", мы видим действующие "молодые" вулканы.
С самого начала было замечено, что расположение цепей в целом согласуется с направлением движения плит. Когда Д. Морган и другие исследователи сопоставили движение плит над "горячими точками" в разных районах Земли, то обнаружили, что есть некоторый каркас "горячих точек", относительно которого плиты движутся одинаково. Появилась возможность говорить не только о движении плит относительно друг друга, но о каком-то абсолютном движении литосферных плит. Точки, как видно, занимают сравнительно фиксированное положение, остаются на месте, в то время как плиты движутся. Еще вернее будет сказать, что "горячие точки" перемещаются, но во много раз медленнее, чем плиты. За сравнительно короткий (в геологическом понимании) интервал времени их можно считать неподвижными.
Палеомагнитные данные также подтверждали правильность сделанных выводов. Так, тихоокеанская плита, например, сто миллионов лет назад находилась значительно южнее. За это время она переместилась на север почти на четыре тысячи километров.
Ну а что говорят палеоклиматические реконструкции? Они тоже подтверждают этот вывод. Известно, что в экваториальной полосе Тихого океана есть зона шириной всего в 600-700 километров, где из-за особой водной циркуляции происходит подъем глубинных масс воды. Перемешивание приводит к тому, что воды этой зоны содержат больше кислорода и питательных веществ, биологическая продуктивность здесь выше. Соответственно на дно поступает больше осадков - скелетов отмерших организмов. При глубоководном бурении эта зона легко выделяется, в ней в два-три, а иногда и в десять раз больше осадков. Зная возраст этой толщи осадков, мы можем определить время, когда тихоокеанская плита пересекла экватор. Так и глубоководное бурение позволяет нам проверить движение плит,
ное по палеомагнитным данным и по "горячим точкам".
Но что же такое сами "горячие точки"? Как объясняют ученые их появление? Конечно, объяснить их существование довольно трудно. Было высказано предположение, что это вершины некоторых столбов раскаленного, более горячего, чем окружающая мантия, вещества, поднимающихся из нижней мантии. Эти столбы назвали мантийными струями. Их диаметр невелик - всего несколько сот километров. Они разогревают астеносферу над собой, а на поверхности вызывают те явления, о которых мы говорим.
Другое предположение получило условное название "продвигающаяся трещина". Из-за того, что плиты находятся в напряженном состоянии (это доказано: внутриплитовые землетрясения - своего рода разрядка от напряжений сжатия), они растрескиваются. Трещины и служат местами возможного появления "горячих точек".
Были и другие гипотезы. Одна из них, например, объясняла явление тем, что плиты движутся по Земле по эллипсоиду вращения, имеющему в разных местах различную кривизну. Есть критические широты - от двадцати пяти до тридцати градусов,- где эта кривизна наибольшая. Преодолевая в своем движении самые искривленные места, плиты растрескиваются, лопаются, как кожура апельсина при ее выпрямлении. Образовавшиеся щели "залечиваются" поднимающимся снизу мантийным материалом.
Все эти гипотезы существуют одновременно. Хотя, пожалуй, большинство исследователей отдает предпочтение гипотезе "горячих точек" восходящих мантийных потоков. Думаю, что она действительно имеет на то основания. Но какая бы гипотеза на поверку ни оказалась истинной, реальность внутриплитового вулканизма несомненна.
Кроме отдельных вулканов, существуют и другие проявления вулканизма.
И сейчас есть обширные базальтовые поля, как, например, Колумбийское плато базальтов на западе США. Его возраст - пятнадцать миллионов лет. Есть вулканическое плато в Центральной Азии - Дариганга на юге Монголии, Витимское плато в Забайкалье. Такие излияния базальтов были широко распространены и в прошлом. В триасовое время (240 миллионов лет назад) в Сибири эти излияния распространились на огромные площади в районе Тунгуски. В Индии, Южной Африке, Южной Америке, Австралии они занимают огромные площади. Мощные излияния базальта (или, как их называют, траппы) предшествовали расколу континента. В юрское и раннемеловое время трапповые излияния были в Южной Африке и Южной Америке перед расколом Гондваны. Триасовое извержение в Сибири предшествовало "неудавшемуся", несостоявшемуся расколу. Как мы видим, прорывы глубинного вещества осуществляются не только в виде вулканических извержений. И не только в рифтовых зонах и островных дугах. Посреди громадных континентов трапповые ступени застывшей лавы говорят о происходивших здесь излияниях глубинного вещества.
С внутриплитовыми извержениями (базальтовыми, гранитными внедрениями) связаны месторождения полезных ископаемых. Норильские медноникелевые руды, например, связаны с сибирскими траппами. Значит, внутриплитовый вулканизм важен для нас не только с теоретической, но и с чисто практической точки зрения.
Ну а теперь я хотел бы обратиться к области, в которой сами исследователи находятся на уровне гипотез или даже догадок. Казалось бы, теория тектоники плит позволила объяснить многие события в геологической истории, заглянуть в глубокое прошлое планеты и понять, что и как происходило там, а все-таки есть большой круг явлений, которые этой теорией не объясняются. Внутриплитовый вулканизм - одно из
таких явлений. Но и в нем самом также есть события, которые не находят однозначной интерпретации.
Во-первых, очень часто с областями проявления внутриплитового вулканизма связаны крупные аномалии в рельефе. Известно, например, что Африканский континент поднят на километр по сравнению с другими континентами. А именно в Африке очень много проявлений вулканизма внутри плит. Гавайские вулканы расположены на крупном Гавайском своде. Его ширина доходит до тысячи километров, а над окружающей местностью он поднят на километр. Сводовые поднятия, как правило, рассасываются, когда возраст лав достигает примерно тридцати миллионов лет. Гавайский свод этому правилу не подчиняется.
Еще одна загадка. На первый взгляд внутриплитовый вулканизм хаотично разбросан по всей планете. Но более пристальное изучение показывает, что вулканы группируются в две крупные области, каждая из которых имеет в поперечнике шесть-девять тысяч километров, почти четверть земной сферы. Африкано-атлантическая область включает в себя вулканы Исландии на северо-западе, Азорские острова, Центрально-Французский массив, вулкан Тибести в Африке, вулканы островов Вознесения, Святой Елены, вулканы Индийского океана, Маврикий, Реюньон, Сент-Поль и Амстердам. Другую область можно назвать тихоокеанской. Она включает в себя вулканы острова Пасхи, Сала-и-Гомес, Гавайские острова, Туамоту...
Есть и более мелкие области - центрально-азиатская, куда входят вулканы Восточных Саян, Забайкалья и Монголии, и австралийская, куда включаются вулканы Эребус в Антарктиде, остров Балени и австралийские вулканы.
Между этими областями расположены пространства, на которых практически нет внутриплитового вулканизма. Особенно хорошо это видно в полосе,
проходящей от Индии через Гималаи Западную Сибирь, Восточно-Европей^ скую возвышенность. Здесь не видно никаких проявлений внутриплитового вулканизма по крайней мере за послед. ние пятьдесят миллионов лет. Друга, такая область проходит через Южную и Северную Америки.
По аналогии с "горячими точками" можно было бы ввести понятие "горячих полей" для тех областей, где наблюдается внутриплитовый вулканизм. "Горячие поля" в мантии Земли.
Но дальше следует еще одно открытие. Оказывается, что с "горячими полями" связаны самые крупные нарушения в форме геоида Земли. В последние годы Земля с помощью спутников обследована очень детально, и с точностью до нескольких метров установлена форма геоида - реальная форма Земли. Выяснено, что есть два крупных поднятия, где геоид на 50-70 метров поднимается над эллипсоидом вращения. А есть места, где на такое же расстояние геоид опущен.
Оказалось, что одно из поднятий совпадает с африкано-атлантическим "горячим полем", второе - с тихоокеанским.
А в районе Индии - очень глубокий минимум в форме геоида. Поскольку форма геоида отражает события, происходящие на больших глубинах Земли, естественно сделать предположение, что и "горячие поля" - отзвук глубинных процессов.
Наконец, последняя особенность внутриплитового вулканизма-его геохимическое выражение. Химия вулканических пород изучалась очень детально. Главные их компоненты - кремнезем, глинозем, окислы железа, магния, кальция, калия, натрия - известны давно. Гораздо меньше были изучены малые добавки рассеянных элементов, таких, как рубидий, стронций, литий, галлий, европий и другие. Не был известен и изотопный состав^ химических элементов, слагающих вул^ канические породы, jj
оказалось, что именно рассеянные депонты и изотопные
_ главные опознавательные знаки, оторые говорят нам о том, что происодит в глубине Земли. Геохимики выделяют группу элементов с крупными ионными радиусами, такие, как руб^дий, барий, стронций, самарий, европий. Их особенность в том, что они не совместимы с другими элементами и ведут себя очень "независимо" в геохимических процессах при плавлении и разделении магмы на фракции. Их количество остается более или менее постоянным как в начальном продукте, так и в лаве, поступившей на поверхность. Соотношение этих элементов между собой - своеобразный индикатор геохимических особенностей того вещества, из которого произошел магматический расплав.
В последнее время геохимики очень пристально изучают эти элементы. Изучение изотопов стронция, неодима, гафния дало возможность судить о том, что происходит в глубине Земли. Например, отношение радиоактивного изотопа стронция-87 к нерадиоактивному изотопу стронция-86 со временем меняется, стронций-87 будет накапливаться. То же самое происходит с изотопом неодима-143, который образуется при распаде из изотопа самария-147.
Изотопное соотношение в породах одного и того же происхождения сохраняется в течение геологической истории. Если мы знаем время, когда были запущены изотопные "часы", то можем рассчитать и время образования самой породы. Можем судить и о тех условиях, в которых эти породы образовались.
Когда геохимики начали изучать базальты (продукты непосредственного выплавления из мантии Земли), выяснилось, что есть две группы базальтов. Первая слагает ложе океана, а вторая появляется в результате внутриплитового вулканизма. Базальты срединноокеанических хребтов обладают постоянным составом. В них очень мало
редких элементов с крупными ионными радиусами и очень низкое соотношение изотопов стронция.
Базальты, появившиеся в результате извержения вулканов внутри плит (на Гавайских и Азорских островах, в Исландии, в Западной Европе), содержат, оказывается, в два, а иногда и в три раза больше редких элементов. Несмотря на одинаковый химический состав этих двух видов базальтов (в них равное содержание кремнезема, глинозема, магния, кальция, железа), содержание элементов с крупными ионными радиусами в них совершенно различное. И это накладывает на породы такой отпечаток, что отличить эти базальты друг от друга не составляет труда. Изотопные отношения (различных изотопов стронция, например) у них тоже совершенно другие, чем у базальтов океанического дна.
Именно поэтому геохимики начали говорить о существовании двух источников магмы. Один питает базальты срединно-океанических хребтов. Другой - богатый редкими элементами - дает внутриплитовые базальты океанических островов и континентов.
Какие тут возможны объяснения? Одно из них: под срединно-океаническими хребтами и под внутренними частями - разные термодинамические условия. При больших температурах и давлениях, которые существуют под вулканическими островами, создаются условия для обогащения лав щелочами и литофильными (редкими) элементами. Другое предположение: неоднородность существует в самой мантии. В ней самой есть участки, богатые литофильными элементами, а есть участки, лишенные их.
Но когда геохимики провели некоторые расчеты, то оказалось, что существует баланс: кора океаническая и кора континентальная дополняют друг друга по составу. В сумме содержание литофильных элементов в коре обоих типов такое же, как в первичном веществе Земли. Геохимики попытались
50
51
проследить, как ведут себя изотопные соотношения с продвижением в глубь Земли. Когда начинается разделение радиоактивных элементов на различные ионы? Оказалось, что изотопные часы были запущены полтора-два миллиарда лет назад. Очевидно, именно в это время произошло важнейшее событие в жизни Земли - разделение верхней мантии на две геохимически различные фазы: континентальную и океаническую. Причины этого события пока неясны, остается лишь догадываться, почему это произошло.
Дальнейшие исследования показали, что лава вулканов, приуроченных к "горячим точкам", имеет состав, отличный и от состава континентальной коры. Здесь изливается на поверхность лава, которая по своему составу больше всего напоминает первичное вещество Земли. Так с помощью геохимии были найдены три источника, питающие современный вулканизм. Один из них поставляет лаву, выходящую из рифтов океанического дна, другой - ту лаву, которая рождается из континентальной коры, и третий дает то вещество, которое вырывается на поверхность в извержениях внутриплитовых вулканов и в траппах на континентах,
Эти проблемы обсуждаются сейчас на всех конгрессах, конференциях, совещаниях ученых. Можно сказать, что мы присутствуем при рождении новой области знаний о Земле. Здесь еще много догадок, гипотез, предположений, но геологи упорно ищут ответы на вопросы, которые ставит перед ними Земля.
Как появились эти различные резервуары мантийного вещества и где они находятся? Одна из гипотез предполагает, что неистощенное мантийное вещество сконцентрировано в верхней мантии. Большая же часть геохимиков считает, что где-то на рубеже двух миллиардов лет произошло разделение первичного однородного вещества мантии Земли. Выделилась верхняя мантия, которая, в свою очередь,
билась на две части - континентальную кору, богатую редкими элементами, и мантию под океанами. Континен-" тальная кора легче океанической - aoJ откуда появилась у континентальны^ плит возможность передвигаться. ..
А более тяжелая океаническая корД прорывается в любую трещину, кото7 рая появляется в океаническом дне.У Геологи из подводных аппаратов свои4 ми глазами наблюдали, например, в"1 Красном море, как в щель шириной всего пятьдесят километров изливают^ ся базальты. Рядом огромные конти-" ненты Аравия, Африка. Они совсем недавно разошлись, а базальты на дне Красного моря ничем не отличаются по составу от базальтов срединно-атлантического . хребта - истощенные базальты с малым количеством редких элементов. Это показали анализы.
В нижней же части мантии осталось неистощенное вещество, которое прорывается наверх какими-то струями до подошвы литосферы, здесь оно скапливается, образуя те самые "горячие точки", с которых мы начали рассказ. Плиты проходят над этими точками, и они их "прожигают". Но, проходя наверх, струи прихватывают вещество верхней мантии. Поэтому состав лав внутриплитовых вулканов различен, в то время как состав излияний в срединно-океанических хребтах очень однороден.
Статьи геохимиков, посвященные этому вопросу, сейчас читаются как самые увлекательные научно-фантасти^ ческие романы, хотя текст их можетД состоять из одних цифр, характеризующих состав лавы. Но за этими цифрами встают замечательные картины внутреннего устройства планеты.