Бедному Альфреду Вегенеру не представилось случая глубже разобраться в этой проблеме. Он умер в 1930 г., когда принимал участие в спасательной миссии по доставке продуктов отряду ученых и изыскателей, терпевшему бедствие в Гренландии.
Вегенер имел некоторых известных сторонников, но в целом его идеи оставались невостребованными вплоть до 1950-х гг, когда новое понимание геофизического строения Земли начало согласовываться с гипотезой континентального дрейфа. Вегенер заблуждался относительно механизма движения континентов, но был абсолютно прав в своей основной предпосылке. Континенты не «вспахивают» поверхность планеты, а «плавают» на астеносфере – подстилающем слое вязких горных пород между земной корой и мантией. Астеносфера находится под таким огромным давлением и нагревается до такой высокой температуры, что становится больше похожа на патоку, чем на твердую породу.
Идеи Вегенера были подтверждены изучением горных хребтов. До него большинство ученых придерживались так называемой контракционной теории. Предполагалось, что Земля начала свое существование в виде расплавленного шара; при остывании он растрескивался, что приводило к процессам складкообразования. Эта складчатость, согласно теории, приводила к образованию горных хребтов. Но главная проблема заключалась в том, что тогда все горные хребты должны были бы иметь одинаковый возраст, что никак не соответствовало действительности. Вегенер предположил, что горы постоянно образуются при столкновении континентальных масс, когда огромное давление приводит к деформации и выталкиванию горных пород вдоль линии контакта.
За год до смерти Альфреда Вегенера появились новые косвенные свидетельства в поддержку его теории, но в то время они получили прохладный прием. В 1929 г. Артур Холмс, физик Имперского колледжа наук в Лондоне, предположил, что в земной мантии происходят процессы «термальной конвекции». Мантия Земли является регионом, расположенным под внешней корой и астеносферой. Она простирается вплоть до земного ядра. Ее состав изменяется с ростом давления и температуры, но именно она составляет большую часть Земли.
Известно, что, когда вещество нагревается, его плотность уменьшается. По отношению к мантии это должно означать, что нагретое вещество поднимается к поверхности, где оно постепенно остывает, становится плотнее и снова опускается. Каждый знает этот процесс: овсянка, которая варится в кастрюле, уплотняется. Холмс был увлечен идеей Вегенера о континентальном дрейфе и предположил, что огромное давление, создаваемое термальной конвекцией, действует как конвейерная лента. В ходе этого процесса континенты распадаются и расходятся друг от друга по поверхности планеты.
В течение многих лет к этим идеям относились пренебрежительно, но потом эмпирические знания начали согласовываться с теоретическими. В 1960-х гг. ученые многое узнали об океанических хребтах – регионах, где действительно происходила термальная конвекция. Они также убедились, что океанические впадины вместе с островными дугами возникают у континентальных окраин. Все это означало, что конвекция не только вероятна, но действительно существует. Двое других ученых, Р. Дитц в 1961 г. и Гарри Гесс в 1962 г., независимо друг от друга опубликовали сходные гипотезы, основанные на мантийных конвекционных потоках и континентальном дрейфе, которые впоследствии стали общепринятыми.
Дитц и Гесс модифицировали первоначальную теорию Холмса и выработали собственный механизм континентального дрейфа, основанный на процессе, который они назвали «спредингом морского дна».
Считалось, что спрединг, или расширение, начинается в срединно-океанических хребтах. Это огромные горные хребты, проходящие посреди земных океанов. Местами они поднимаются выше Гималаев, а их ширина составляет до 2000 км. С хребтами связаны огромные желоба глубиной до 2000 м, пересекающие их под прямым углом. Наибольший тепловой поток от ложа океанов происходит у вершин срединно-океанических хребтов. Зоны вокруг хребтов отличаются гораздо большей сейсмичностью, чем в других местах, указывая на их геологическую активность.
Изучение магнитного поля Земли привело к осознанию того, что оно испытывает периодические инверсии, или смену полярности. Такие флуктуации можно измерять с помощью магнитометров. Было обнаружено, что по обе стороны от срединно-океанических хребтов можно определять следы прошлых инверсий магнитного поля Земли, запечатленные в горных породах. Это привело к выводу, что вдоль хребтов постоянно формируется новый материал, который затем расталкивается в обе стороны от них. Инверсии магнитного поля показывают, что этот процесс очень древний, но происходит до сих пор.
Особый интерес представляли глубоководные впадины. Обычно они длинные и узкие и часто проходят параллельно континентальным горным хребтам и океаническим окраинам. С глубоководными впадинами связана огромная сейсмическая активность, указывающая на то, что они тоже участвуют в процессе спрединга морского дна наряду с океаническими хребтами.
Под внешней корой Земли находится астеносфера – вязкий слой полурасплавленных горных пород. Он сохраняется в таком состоянии из-за распада радиоактивных элементов, главным образом урана. Источник радиоактивности, включающий такие элементы, как торий и калий, находится глубоко в недрах планеты. Постоянно нагреваемая астеносфера поднимается к поверхности и выталкивает новый материал в срединно-океанических хребтах. Магма изливается через трещины в хребтах и образует новое ложе океана в разных направлениях. Новый материал расходится в стороны, пока не вступает в контакт с континентальной плитой, где происходит процесс субдукции, где литосфера погружается обратно в астеносферу и снова нагревается.
Лишь немногие специалисты не согласны с этим основным механизмом отчасти потому, что его действия можно наблюдать. К примеру, Индия начала свое существование в качестве отдельного континента. Тектонические движения столкнули ее с Азией, в результате чего возникли Гималаи – огромный горный хребет, выросший под давлением двух встретившихся континентальных масс.
Этот процесс называется плитной тектоникой, и ученых очень интересовало, существуют ли сходные процессы на других землеподобных планетах нашей Солнечной системы: Меркурии, Венере и Марсе. Зонды, отправленные к этим планетам, убедительно доказали, что процессы тектоники плит отсутствуют во всех этих мирах, то есть в границах Солнечной системы она является строго земным феноменом.
Это представляет определенную загадку. Почему Земля отличается от других землеподобных планет? Что стало первоначальным толчком к возникновению тектоники плит и какие силы движут этим процессом? За последние годы накопилось много свидетельств, указывающих на Луну, которая почти несомненно является источником этих процессов. Более того, предполагается, что без тектоники плит Земля вообще не смогла бы стать планетой пригодной для жизни.
Ник Хоффман, геофизик из отделения наук о Земле при Мельбурнском университете, недавно выдвинул предположение о том, что тектоника плит обусловлена существованием Луны.
Мы уже упоминали о том, что происхождение Луны до сих пор окутано тайной независимо от различных гипотез и теорий на эту тему. Однако есть определенные точно известные факты. Известно, что Луна состоит из того же материала, что и Земля (однако не всего ее состава). Состав Луны очень сходен с материалом земной коры, но без многих более тяжелых компонентов, таких как железо, которое входит в состав ядра Земли.
Но каким образом такое большое количество земной коры оторвалось от поверхности планеты и отделилось от нее на десятки тысяч миль в космосе?
Ученые были озадачены. Некоторые из них предложили возможное объяснение в виде теории «большого столкновения», согласно которой некий объект размером с Марс столкнулся с молодой Землей и Луна сформировалась из поверхностного материала, выброшенного в космос при столкновении. Казалось, иного объяснения не существует. Проблему нынешней скорости вращения Земли, противоречащей теоретическим расчетам, пришлось объяснить вторым Ударом с противоположного направления, последовавшим вскоре после первого.
Нам этот сценарий кажется слишком натянутым, чтобы в него поверить. Как мы могли убедиться, такое объяснение изобилует другими проблемами, в том числе и о судьбе материала, выброшенного в космое с двух небесных тел, которые столкнулись с Землей. Если теория «двойного удара» правильна, то Луна должна состоять из трех разных видов материала, но это не так. Она состоит только из земных пород.
Ник Хоффман, общепризнанный эксперт по планетам земного типа в нашей Солнечной системе, предположил, что удаление материала, из которого сформировалась Луна, стало толчком для начала процессов тектоники плит, создав условия для смещения больших участков земной коры. Он указывает, что на Венере, к примеру, действуют такие же силы, но кора планеты настолько мощная, что внутрикоровые напряжения просто нейтрализуют друг друга, и на поверхности планеты возникают лишь разломы и слабые смещения. Хоффман утверждает, что если бы 70% земной коры, ушедшие на образование Луны, вернулись на Землю, то «океанические бассейны были бы заполнены сплошной континентальной корой».
Какой была бы Земля без тектоники плит?
Хоффман предполагает, что это был бы водный мир, покрытый океанами, где лишь вершины горных пиков выглядывали бы над поверхностью воды. Разумеется, нет оснований считать, что жизнь не могла бы существовать на такой планете, и Хоффман согласен, что водная среда очень благоприятна для развития жизни. Однако разумная жизнь в том виде, как она известна, появилась в результате сухопутной эволюции. В водной среде невозможно использование огня и орудий труда – тех самых факторов, которые, как принято считать, дали первоначальный толчок нашему развитию.
Таким образом, Луна играет столь важную роль, что даже водный мир на Земле оказался бы невозможным без ее существования.
Глава седьмая
Вегенер имел некоторых известных сторонников, но в целом его идеи оставались невостребованными вплоть до 1950-х гг, когда новое понимание геофизического строения Земли начало согласовываться с гипотезой континентального дрейфа. Вегенер заблуждался относительно механизма движения континентов, но был абсолютно прав в своей основной предпосылке. Континенты не «вспахивают» поверхность планеты, а «плавают» на астеносфере – подстилающем слое вязких горных пород между земной корой и мантией. Астеносфера находится под таким огромным давлением и нагревается до такой высокой температуры, что становится больше похожа на патоку, чем на твердую породу.
Идеи Вегенера были подтверждены изучением горных хребтов. До него большинство ученых придерживались так называемой контракционной теории. Предполагалось, что Земля начала свое существование в виде расплавленного шара; при остывании он растрескивался, что приводило к процессам складкообразования. Эта складчатость, согласно теории, приводила к образованию горных хребтов. Но главная проблема заключалась в том, что тогда все горные хребты должны были бы иметь одинаковый возраст, что никак не соответствовало действительности. Вегенер предположил, что горы постоянно образуются при столкновении континентальных масс, когда огромное давление приводит к деформации и выталкиванию горных пород вдоль линии контакта.
За год до смерти Альфреда Вегенера появились новые косвенные свидетельства в поддержку его теории, но в то время они получили прохладный прием. В 1929 г. Артур Холмс, физик Имперского колледжа наук в Лондоне, предположил, что в земной мантии происходят процессы «термальной конвекции». Мантия Земли является регионом, расположенным под внешней корой и астеносферой. Она простирается вплоть до земного ядра. Ее состав изменяется с ростом давления и температуры, но именно она составляет большую часть Земли.
Известно, что, когда вещество нагревается, его плотность уменьшается. По отношению к мантии это должно означать, что нагретое вещество поднимается к поверхности, где оно постепенно остывает, становится плотнее и снова опускается. Каждый знает этот процесс: овсянка, которая варится в кастрюле, уплотняется. Холмс был увлечен идеей Вегенера о континентальном дрейфе и предположил, что огромное давление, создаваемое термальной конвекцией, действует как конвейерная лента. В ходе этого процесса континенты распадаются и расходятся друг от друга по поверхности планеты.
В течение многих лет к этим идеям относились пренебрежительно, но потом эмпирические знания начали согласовываться с теоретическими. В 1960-х гг. ученые многое узнали об океанических хребтах – регионах, где действительно происходила термальная конвекция. Они также убедились, что океанические впадины вместе с островными дугами возникают у континентальных окраин. Все это означало, что конвекция не только вероятна, но действительно существует. Двое других ученых, Р. Дитц в 1961 г. и Гарри Гесс в 1962 г., независимо друг от друга опубликовали сходные гипотезы, основанные на мантийных конвекционных потоках и континентальном дрейфе, которые впоследствии стали общепринятыми.
Дитц и Гесс модифицировали первоначальную теорию Холмса и выработали собственный механизм континентального дрейфа, основанный на процессе, который они назвали «спредингом морского дна».
Считалось, что спрединг, или расширение, начинается в срединно-океанических хребтах. Это огромные горные хребты, проходящие посреди земных океанов. Местами они поднимаются выше Гималаев, а их ширина составляет до 2000 км. С хребтами связаны огромные желоба глубиной до 2000 м, пересекающие их под прямым углом. Наибольший тепловой поток от ложа океанов происходит у вершин срединно-океанических хребтов. Зоны вокруг хребтов отличаются гораздо большей сейсмичностью, чем в других местах, указывая на их геологическую активность.
Изучение магнитного поля Земли привело к осознанию того, что оно испытывает периодические инверсии, или смену полярности. Такие флуктуации можно измерять с помощью магнитометров. Было обнаружено, что по обе стороны от срединно-океанических хребтов можно определять следы прошлых инверсий магнитного поля Земли, запечатленные в горных породах. Это привело к выводу, что вдоль хребтов постоянно формируется новый материал, который затем расталкивается в обе стороны от них. Инверсии магнитного поля показывают, что этот процесс очень древний, но происходит до сих пор.
Особый интерес представляли глубоководные впадины. Обычно они длинные и узкие и часто проходят параллельно континентальным горным хребтам и океаническим окраинам. С глубоководными впадинами связана огромная сейсмическая активность, указывающая на то, что они тоже участвуют в процессе спрединга морского дна наряду с океаническими хребтами.
Под внешней корой Земли находится астеносфера – вязкий слой полурасплавленных горных пород. Он сохраняется в таком состоянии из-за распада радиоактивных элементов, главным образом урана. Источник радиоактивности, включающий такие элементы, как торий и калий, находится глубоко в недрах планеты. Постоянно нагреваемая астеносфера поднимается к поверхности и выталкивает новый материал в срединно-океанических хребтах. Магма изливается через трещины в хребтах и образует новое ложе океана в разных направлениях. Новый материал расходится в стороны, пока не вступает в контакт с континентальной плитой, где происходит процесс субдукции, где литосфера погружается обратно в астеносферу и снова нагревается.
Лишь немногие специалисты не согласны с этим основным механизмом отчасти потому, что его действия можно наблюдать. К примеру, Индия начала свое существование в качестве отдельного континента. Тектонические движения столкнули ее с Азией, в результате чего возникли Гималаи – огромный горный хребет, выросший под давлением двух встретившихся континентальных масс.
Этот процесс называется плитной тектоникой, и ученых очень интересовало, существуют ли сходные процессы на других землеподобных планетах нашей Солнечной системы: Меркурии, Венере и Марсе. Зонды, отправленные к этим планетам, убедительно доказали, что процессы тектоники плит отсутствуют во всех этих мирах, то есть в границах Солнечной системы она является строго земным феноменом.
Это представляет определенную загадку. Почему Земля отличается от других землеподобных планет? Что стало первоначальным толчком к возникновению тектоники плит и какие силы движут этим процессом? За последние годы накопилось много свидетельств, указывающих на Луну, которая почти несомненно является источником этих процессов. Более того, предполагается, что без тектоники плит Земля вообще не смогла бы стать планетой пригодной для жизни.
Ник Хоффман, геофизик из отделения наук о Земле при Мельбурнском университете, недавно выдвинул предположение о том, что тектоника плит обусловлена существованием Луны.
Мы уже упоминали о том, что происхождение Луны до сих пор окутано тайной независимо от различных гипотез и теорий на эту тему. Однако есть определенные точно известные факты. Известно, что Луна состоит из того же материала, что и Земля (однако не всего ее состава). Состав Луны очень сходен с материалом земной коры, но без многих более тяжелых компонентов, таких как железо, которое входит в состав ядра Земли.
Но каким образом такое большое количество земной коры оторвалось от поверхности планеты и отделилось от нее на десятки тысяч миль в космосе?
Ученые были озадачены. Некоторые из них предложили возможное объяснение в виде теории «большого столкновения», согласно которой некий объект размером с Марс столкнулся с молодой Землей и Луна сформировалась из поверхностного материала, выброшенного в космос при столкновении. Казалось, иного объяснения не существует. Проблему нынешней скорости вращения Земли, противоречащей теоретическим расчетам, пришлось объяснить вторым Ударом с противоположного направления, последовавшим вскоре после первого.
Нам этот сценарий кажется слишком натянутым, чтобы в него поверить. Как мы могли убедиться, такое объяснение изобилует другими проблемами, в том числе и о судьбе материала, выброшенного в космое с двух небесных тел, которые столкнулись с Землей. Если теория «двойного удара» правильна, то Луна должна состоять из трех разных видов материала, но это не так. Она состоит только из земных пород.
Ник Хоффман, общепризнанный эксперт по планетам земного типа в нашей Солнечной системе, предположил, что удаление материала, из которого сформировалась Луна, стало толчком для начала процессов тектоники плит, создав условия для смещения больших участков земной коры. Он указывает, что на Венере, к примеру, действуют такие же силы, но кора планеты настолько мощная, что внутрикоровые напряжения просто нейтрализуют друг друга, и на поверхности планеты возникают лишь разломы и слабые смещения. Хоффман утверждает, что если бы 70% земной коры, ушедшие на образование Луны, вернулись на Землю, то «океанические бассейны были бы заполнены сплошной континентальной корой».
Какой была бы Земля без тектоники плит?
Хоффман предполагает, что это был бы водный мир, покрытый океанами, где лишь вершины горных пиков выглядывали бы над поверхностью воды. Разумеется, нет оснований считать, что жизнь не могла бы существовать на такой планете, и Хоффман согласен, что водная среда очень благоприятна для развития жизни. Однако разумная жизнь в том виде, как она известна, появилась в результате сухопутной эволюции. В водной среде невозможно использование огня и орудий труда – тех самых факторов, которые, как принято считать, дали первоначальный толчок нашему развитию.
Таким образом, Луна играет столь важную роль, что даже водный мир на Земле оказался бы невозможным без ее существования.
Глава седьмая
ИНКУБАТОР РАЗУМА
Предположение Ника Хоффмана о том, что появление Луны могло дать толчок процессам тектоники плит на Земле, очень увлекательно. По его оценке, для образования Луны потребовалось около 70% первоначальной земной коры. Оставшаяся часть коры имела неравномерное распространение, что создавало условия для континентального дрейфа.
Так или иначе, тектоника плит на Земле является реальностью и, более того, исключительно земным феноменом. Иными словами, на других землеподобных планетах Солнечной системы континенты не движутся по их поверхности.
Одной из трех планет земного типа в Солнечной системе является Марс, который наполовину меньше и в десять раз менее массивный, чем наша планета. Он имеет атмосферу, на 95% состоящую из углерода и на 5% из азота, а давление на его поверхности составляет лишь 1/200 атмосферного давления на Земле. К несчастью для любых потенциальных жизненных форм на Марсе, жидкая вода не может существовать при таком давлении и температуре на поверхности. На этой планете вода переходит между твердым и парообразным состояниями, вообще не становясь жидкостью.
Загадка отсутствия или полного прекращения тектонических процессов на Марсе не получила убедительного объяснения, но существует несколько теорий.
На Марсе нет заметных горных хребтов, хотя есть гигантские вулканы. Некоторые геологи считают, что отсутствие настоящих горных хребтов косвенно отвечает на вопрос о том, почему на Марсе нет плитной тектоники. Как и Земля, Марс имеет литосферу. Эта часть нашей планеты холоднее мантии и отчасти напоминает пленку на поверхности кипяченого молока. Ядро Земли чрезвычайно горячее, возможно, еще более горячее, чем марсианское; и присутствие вулканов на Марсе указывает на существование горячего ядра. Однако различие заключается в том, что в составе марсианских пород нет такого количества воды, как на Земле. Считается, что вода, которая содержится в земных породах, действует как смазка, позволяя разным частям каменистой поверхности проскальзывать относительно друг друга. Ограниченное количество воды на Марсе препятствует тому, чтобы новый материал, поднимающийся из недр планеты, достигал поверхности так, как это постоянно происходит на Земле. В результате литосфера в течение огромного времени оставалась в стабильном состоянии и постепенно остывала, становясь все более мощной и плотной. Когда давление в недрах Марса превысило некую критическую величину, начались активные вулканические процессы, но структуры, подобные срединно-океаническим хребтам на Земле, так и не возникли.
Другая землеподобная планета, Венера, расположенная ближе к Солнцу, чем наша собственная планета, имеет поверхность, сильно отличающуюся от земной или марсианской. В некоторых отношениях Венера больше похожа на Землю, чем на Марс. Она обладает сходными размером и массой, а также близка по составу к Земле. Такие специалисты, как Дэвид Гринспун, ученый-исследователь из Юго-Западного института в Боулдере, штат Колорадо, тщательно изучали Венеру с помощью информации, полученной от целого ряда орбитальных зондов и спускаемых модулей.
Гринспун не одинок в том мнении, что на ранних этапах развития Венера была еще больше похожа на Землю. Сейчас на Венере нет различимой воды, но ее следы в атмосфере указывают, что на самых ранних этапах содержание воды было примерно таким же, как на Земле. Это не слишком удивительно, так как планеты находятся недалеко друг от друга и сформировались примерно в одно и то же время.
Венера во многих отношениях похожа на Марс, но атмосферное давление на ее поверхности в 92 раза больше земного. Считается, что Венера утратила свою воду из-за парникового эффекта и сейчас она покрыта плотным слоем облаков из серной кислоты. Эти облака настолько плотные, что лишь незначительная часть солнечного света, падающего на Венеру, достигает поверхности планеты, так что этот мир можно считать мрачным во всех отношениях. Может показаться, что незначительное количество солнечного света приведет к более низкой температуре, но это не так. На самом деле тепло на поверхности планеты удерживается и возрастает, потому что не может прорваться через плотный приповерхностный слой углекислого газа. Этим объясняется разогрев поверхности Венеры до нынешней температуры 730°С.
На Венере есть вулканы, как на Земле и на Марсе; фактически здесь больше вулканов, чем на любой другой планете Солнечной системы. Но опять-таки, как и на Марсе, венерианские вулканы существуют отдельно, а не являются частью длинных горных хребтов, как на Земле. Вулканы на Венере беспорядочно разбросаны по ее поверхности, и многие из них выглядят очень молодыми, хотя впечатление может быть обманчиво. В облаках серной кислоты постоянно бушуют грозы, но, несмотря на это, ветровая эрозия на Венере ограниченна по сравнению с Землей, где много воды. Выясняется, что эрозия имеет крайне важное значение, так как обеспечивает правильный баланс химических и питательных веществ, делающих Землю пригодной для жизни.
Поверхность Венеры выглядит довольно однообразной и считается сравнительно молодой по геологическим меркам – в пределах 600—700 млн. лет. Считается, что эта в целом гладкая поверхность с отдельными разломами и складками сформировалась в результате какого-то катаклизма, который полностью преобразил лик планеты. Неизвестно, было ли это результатом внутренних напряжений в недрах Венеры, но по какой-то причине ее поверхность буквально расплавилась и более или менее однородно покрыта слоем вулканических базальтов.
Интересно отметить, что Венера не имеет спутников, тогда как у Марса есть два спутника, хотя оба они имеют чрезвычайно малые размеры и практически не оказывают влияния на свою планету. Предполагается, что самообразование такого крупного спутника, как у Земли, послужило бы толчком к началу процесса тектоники плит, который, в свою очередь, способствовал бы появлению жизни на планете.
На ранних этапах своего существования Луна находилась гораздо ближе к Земле, чем сейчас. Расстояние между нею и Землей постепенно возрастало главным образом из-за существования земных океанов. Этот процесс происходил в течение последних 4 млрд. лет и происходит до сих пор.
Одна из точек зрения на ситуацию была представлена Нейлом Ф. Коминсом, профессором астрономии в университете штата Мэн. В 1990 г. его поразило замечание одного из коллег о том, что популяризаторы науки всегда смотрят на мир из одной и той же старой перспективы. Коминс решил, что, может быть, стоит сделать шаг в сторону и взглянуть на мир по-иному.
В результате этого разговора Комине обратил внимание на нечто, что все мы воспринимаем как должное, – а именно на взаимоотношения Земли и Луны, – но с совершенно иной позиции. Он решил выяснить, какой была бы Земля, если бы у нее не было такого крупного спутника, как Луна. Он назвал свой гипотетический мир «Солон» и через некоторое время написал серию статей о Солоне, напечатанных в журнале «Астрономия». Впоследствии он опубликовал все свои наблюдения в книге «Путешествие на Землю, какой она могла бы быть».
Коминс изучил все аспекты строения Земли и ее связи с Луной, чтобы создать модель сходной планеты на таком же расстоянии от Солнца и такого же возраста, как Земля. Разница заключалась в том, что у этой планеты Луны не существовало, и это привело к драматическим последствиям.
Ник Хоффман предполагает, что сама природа земной поверхности была бы совершенно другой, если бы материал, составляющий Луну, не был удален из земной коры. Однако Коминс с самого начала исходил из предпосылки, что элементы земной поверхности были примерно такими же, как сейчас.
Одним из первых различий на ранних стадиях развития Земли было отсутствие приливов. Коминс указывает, что, когда Луна находилась в 10 раз ближе, чем сейчас, это приводило к ежедневным лунным приливам в тысячу раз более сильным, чем в наши дни. Поскольку ученые сходятся во мнении, что молодая Земля совершала оборот вокруг своей оси каждые 6 часов, это означает, что приливы с мощностью цунами прокатывались по земной поверхности каждые три часа. Они не только были частыми, но и обладали сокрушительной силой, вторгаясь на сушу на несколько сотен километров.
Механизм, замедливший вращение Земли, непосредственно связан с приливами, и Луна не является единственным небесным телом, влияющим на них, поскольку океанические приливы на Земле реагируют на солнечное тяготение. Но Луна находится гораздо ближе и заметно сильнее замедляет вращение Земли, чем более далекое Солнце. По оценке Коминса, в отсутствие Луны земной день сейчас составлял бы лишь 8 часов, а сила солнечных приливов составляла бы менее у, от сегодняшних.
Одним из прямых следствий отсутствия Луны были бы жесткие ограничения на возможность появления и развития жизни. В настоящее время многие ученые признают, что ДНК, основной «строительный кирпичик» жизни, спонтанно возникла в древних земных океанах. Впоследствии мы больше расскажем о ДНК, а пока что согласимся с общепринятым мнением, что она впервые зародилась в древнем земном океане, в так называемом «первозданном бульоне», смеси воды и химических веществ, необходимых для образования органических молекул.
Мощные приливы, создаваемые молодой Луной, приводили к эрозионным процессам таких масштабов, с какими нам не приходилось сталкиваться. Миллионы и миллионы тонн суши ежедневно превращались в пыль и уносились в море, а затем равномерно распределялись и оседали на дне океана. Этот процесс высвободил огромное количество минералов, без которых было бы невозможно возникновение жизни. Вероятно, в безлунном мире существовали бы сходные погодные условия, включая дожди, поэтому эрозионные процессы имели бы место, но лишь в крошечном масштабе по сравнению с вышеописанными. Это значит, что жизни понадобилось бы гораздо больше времени, чтобы обрести прочную опору, если бы это вообще могло случиться.
У нас нет проблем с концепцией жизни, впервые развившейся и эволюционировавшей в океане, но в какое-то время она должна была покинуть водную среду обитания и научиться выживать на суше. Вполне возможно, что насекомые первыми совершили этот прыжок, а предки амфибий и рептилий последовали за ними и в конце концов уступили место всем сухопутным животным, обитающим в современном мире.
Жизнь всегда стремится адаптироваться к преобладающим условиям окружающей среды и занять новые экологические ниши. Около 400 млн. лет тому назад одной из таких ниш были каменные бассейны. Рыбы иногда оставались в таких водоемах при отливе. В большинстве случаев это не имело значения, потому что при следующем высоком приливе рыба освобождалась и уходила обратно в море. Однако если рыба оказывалась изолированной в каменном бассейне после особенно высокого прилива, ей приходилось выживать в течение нескольких недель до освобождения. Рыбы, оказавшиеся в такой ситуации, погибали, если каким-то образом не могли вернуться в океан по суше, научившись дышать за пределами воды.
По-видимому, некоторые рыбы нашли способы передвижения по песку и при этом изменялись физически в достаточной степени для кратковременного воздушного дыхания. Эти рыбы обнаружили, что суша изобилует растительной пищей, и любое животное, которое хотя бы временно научится жить на суше, будет вознаграждено за это. Постепенно за долгий период времени плавники, помогавшие рыбе передвигаться по песку, становились прочнее и короче, пока наконец не превратились в ноги, и древняя рыба утратила свои прежние черты, став амфибией.
Поскольку Солнце тоже создает приливы, нельзя исключить, что рыбы в конце концов вышли бы из океана, даже несмотря на отсутствие лунных приливов. Однако совершенно ясно, что в этом случае жизни понадобилось бы гораздо больше времени, чтобы выйти из океана, если она вообще смогла бы это сделать. С учетом переменного утла наклона земной оси, отсутствия тектоники плит и головокружительной скорости вращения планеты, перспективы жизни в любом мире, напоминающем Солон из модели Коминса, были бы крайне неблагоприятными.
К счастью для нас, Луна находилась на своем месте и повлияла на развивающуюся Землю во многих отношениях. Она способствовала созданию многообразной среды обитания, что, в свою очередь, привело к биологическому разнообразию. Многие специалисты считают, что именно этот фактор обусловил возможность появления разумной жизни. Эволюция пробует и отбрасывает много разных моделей. Животные, идеально приспособленные к своей среде обитания, процветали на Земле лишь для того, чтобы отступить в тень, когда условия существования изменялись и они не могли адаптироваться к ним.
Гигантские рептилии, которых мы собирательно называем «динозаврами», правили Землей в течение миллионов лет, но в конце концов эти впечатляющие и многообразные существа исчезли с лица планеты. В результате удара огромного метеорита или какого-то другого катаклизма множество видов, процветавших в течение нескольких геологических периодов, исчезли с поразительной скоростью, но сама жизнь сохранилась. Численность видов, уже обитавших на Земле, была такой огромной, что некоторые из них преодолели трудности, положившие конец тысячам других.
Одним из животных, которые пережили потрясения, оказавшиеся гибельными для динозавров, было крошечное, похожее на землеройку существо. Его сородичи заполнили пустующую нишу, оставшуюся после исчезновения рептилий, но они отличались от Динозавров, ибо были живородящими и кормили детенышей собственным молоком. Эти первые млекопитающие размножились и распространились по всей планете; они оказались достаточно гибкими, чтобы адаптироваться к жизни в новых условиях обитания.
Млекопитающие, живущие на деревьях, стали предками нынешних обезьян. Некоторые из этих существ спустились с деревьев и стали перемещаться по саванне, скорее всего под давлением климатических перемен. Оказавшись на земле, эти антропоиды были очень уязвимы. Для выживания им понадобилось нечто, не имевшее особой ценности для их обитавших на деревьях предков.
Им понадобился мозг большего размера.
В процессе эволюционного отбора возникло целое семейство гоминидов, из которых до нынешних времен дожил лишь Homo sapiens. Но, несмотря на наше чувство собственной уникальности, нынешнее положение вещей сложилось сравнительно недавно.
Одним из величайших прорывов человечества было овладение огнем. Самые ранние известные свидетельства регулярного использования огня недвусмысленно относятся к нашим сородичам с большим объемом мозга – неандертальцам, жившим примерно 200 000 лет назад. Homo sapiens сосуществовали с неандертальцами, окончательно исчезнувшими в Южной Европе около 25 000 лет назад. Ученые считали, что более ранний гоминид, Homo erectus, вымер сотни тысяч лет назад, но в середине 1990-х гг. на острове Ява в Индонезии были найдены останки, указывающие на то, что этот подвид существовал еще 25 000 лет назад.
Оба альтернативных подвида исчезли в то время, когда день летнего солнцестояния в Северном полушарии приходился примерно на 21 июня, как и в наши дни. Даты летних и зимних солнцестояний, а также весенних и осенних равноденствий смещаются назад по календарю на один день (около 1 мегалитического градуса) каждый 71 год. Это происходит из-за длительного и медленного колебания земной оси, известного как прецессия равноденствий, цикл которого составляет 25 920 лет.
Так или иначе, тектоника плит на Земле является реальностью и, более того, исключительно земным феноменом. Иными словами, на других землеподобных планетах Солнечной системы континенты не движутся по их поверхности.
Одной из трех планет земного типа в Солнечной системе является Марс, который наполовину меньше и в десять раз менее массивный, чем наша планета. Он имеет атмосферу, на 95% состоящую из углерода и на 5% из азота, а давление на его поверхности составляет лишь 1/200 атмосферного давления на Земле. К несчастью для любых потенциальных жизненных форм на Марсе, жидкая вода не может существовать при таком давлении и температуре на поверхности. На этой планете вода переходит между твердым и парообразным состояниями, вообще не становясь жидкостью.
Загадка отсутствия или полного прекращения тектонических процессов на Марсе не получила убедительного объяснения, но существует несколько теорий.
На Марсе нет заметных горных хребтов, хотя есть гигантские вулканы. Некоторые геологи считают, что отсутствие настоящих горных хребтов косвенно отвечает на вопрос о том, почему на Марсе нет плитной тектоники. Как и Земля, Марс имеет литосферу. Эта часть нашей планеты холоднее мантии и отчасти напоминает пленку на поверхности кипяченого молока. Ядро Земли чрезвычайно горячее, возможно, еще более горячее, чем марсианское; и присутствие вулканов на Марсе указывает на существование горячего ядра. Однако различие заключается в том, что в составе марсианских пород нет такого количества воды, как на Земле. Считается, что вода, которая содержится в земных породах, действует как смазка, позволяя разным частям каменистой поверхности проскальзывать относительно друг друга. Ограниченное количество воды на Марсе препятствует тому, чтобы новый материал, поднимающийся из недр планеты, достигал поверхности так, как это постоянно происходит на Земле. В результате литосфера в течение огромного времени оставалась в стабильном состоянии и постепенно остывала, становясь все более мощной и плотной. Когда давление в недрах Марса превысило некую критическую величину, начались активные вулканические процессы, но структуры, подобные срединно-океаническим хребтам на Земле, так и не возникли.
Другая землеподобная планета, Венера, расположенная ближе к Солнцу, чем наша собственная планета, имеет поверхность, сильно отличающуюся от земной или марсианской. В некоторых отношениях Венера больше похожа на Землю, чем на Марс. Она обладает сходными размером и массой, а также близка по составу к Земле. Такие специалисты, как Дэвид Гринспун, ученый-исследователь из Юго-Западного института в Боулдере, штат Колорадо, тщательно изучали Венеру с помощью информации, полученной от целого ряда орбитальных зондов и спускаемых модулей.
Гринспун не одинок в том мнении, что на ранних этапах развития Венера была еще больше похожа на Землю. Сейчас на Венере нет различимой воды, но ее следы в атмосфере указывают, что на самых ранних этапах содержание воды было примерно таким же, как на Земле. Это не слишком удивительно, так как планеты находятся недалеко друг от друга и сформировались примерно в одно и то же время.
Венера во многих отношениях похожа на Марс, но атмосферное давление на ее поверхности в 92 раза больше земного. Считается, что Венера утратила свою воду из-за парникового эффекта и сейчас она покрыта плотным слоем облаков из серной кислоты. Эти облака настолько плотные, что лишь незначительная часть солнечного света, падающего на Венеру, достигает поверхности планеты, так что этот мир можно считать мрачным во всех отношениях. Может показаться, что незначительное количество солнечного света приведет к более низкой температуре, но это не так. На самом деле тепло на поверхности планеты удерживается и возрастает, потому что не может прорваться через плотный приповерхностный слой углекислого газа. Этим объясняется разогрев поверхности Венеры до нынешней температуры 730°С.
На Венере есть вулканы, как на Земле и на Марсе; фактически здесь больше вулканов, чем на любой другой планете Солнечной системы. Но опять-таки, как и на Марсе, венерианские вулканы существуют отдельно, а не являются частью длинных горных хребтов, как на Земле. Вулканы на Венере беспорядочно разбросаны по ее поверхности, и многие из них выглядят очень молодыми, хотя впечатление может быть обманчиво. В облаках серной кислоты постоянно бушуют грозы, но, несмотря на это, ветровая эрозия на Венере ограниченна по сравнению с Землей, где много воды. Выясняется, что эрозия имеет крайне важное значение, так как обеспечивает правильный баланс химических и питательных веществ, делающих Землю пригодной для жизни.
Поверхность Венеры выглядит довольно однообразной и считается сравнительно молодой по геологическим меркам – в пределах 600—700 млн. лет. Считается, что эта в целом гладкая поверхность с отдельными разломами и складками сформировалась в результате какого-то катаклизма, который полностью преобразил лик планеты. Неизвестно, было ли это результатом внутренних напряжений в недрах Венеры, но по какой-то причине ее поверхность буквально расплавилась и более или менее однородно покрыта слоем вулканических базальтов.
Интересно отметить, что Венера не имеет спутников, тогда как у Марса есть два спутника, хотя оба они имеют чрезвычайно малые размеры и практически не оказывают влияния на свою планету. Предполагается, что самообразование такого крупного спутника, как у Земли, послужило бы толчком к началу процесса тектоники плит, который, в свою очередь, способствовал бы появлению жизни на планете.
На ранних этапах своего существования Луна находилась гораздо ближе к Земле, чем сейчас. Расстояние между нею и Землей постепенно возрастало главным образом из-за существования земных океанов. Этот процесс происходил в течение последних 4 млрд. лет и происходит до сих пор.
Одна из точек зрения на ситуацию была представлена Нейлом Ф. Коминсом, профессором астрономии в университете штата Мэн. В 1990 г. его поразило замечание одного из коллег о том, что популяризаторы науки всегда смотрят на мир из одной и той же старой перспективы. Коминс решил, что, может быть, стоит сделать шаг в сторону и взглянуть на мир по-иному.
В результате этого разговора Комине обратил внимание на нечто, что все мы воспринимаем как должное, – а именно на взаимоотношения Земли и Луны, – но с совершенно иной позиции. Он решил выяснить, какой была бы Земля, если бы у нее не было такого крупного спутника, как Луна. Он назвал свой гипотетический мир «Солон» и через некоторое время написал серию статей о Солоне, напечатанных в журнале «Астрономия». Впоследствии он опубликовал все свои наблюдения в книге «Путешествие на Землю, какой она могла бы быть».
Коминс изучил все аспекты строения Земли и ее связи с Луной, чтобы создать модель сходной планеты на таком же расстоянии от Солнца и такого же возраста, как Земля. Разница заключалась в том, что у этой планеты Луны не существовало, и это привело к драматическим последствиям.
Ник Хоффман предполагает, что сама природа земной поверхности была бы совершенно другой, если бы материал, составляющий Луну, не был удален из земной коры. Однако Коминс с самого начала исходил из предпосылки, что элементы земной поверхности были примерно такими же, как сейчас.
Одним из первых различий на ранних стадиях развития Земли было отсутствие приливов. Коминс указывает, что, когда Луна находилась в 10 раз ближе, чем сейчас, это приводило к ежедневным лунным приливам в тысячу раз более сильным, чем в наши дни. Поскольку ученые сходятся во мнении, что молодая Земля совершала оборот вокруг своей оси каждые 6 часов, это означает, что приливы с мощностью цунами прокатывались по земной поверхности каждые три часа. Они не только были частыми, но и обладали сокрушительной силой, вторгаясь на сушу на несколько сотен километров.
Механизм, замедливший вращение Земли, непосредственно связан с приливами, и Луна не является единственным небесным телом, влияющим на них, поскольку океанические приливы на Земле реагируют на солнечное тяготение. Но Луна находится гораздо ближе и заметно сильнее замедляет вращение Земли, чем более далекое Солнце. По оценке Коминса, в отсутствие Луны земной день сейчас составлял бы лишь 8 часов, а сила солнечных приливов составляла бы менее у, от сегодняшних.
Одним из прямых следствий отсутствия Луны были бы жесткие ограничения на возможность появления и развития жизни. В настоящее время многие ученые признают, что ДНК, основной «строительный кирпичик» жизни, спонтанно возникла в древних земных океанах. Впоследствии мы больше расскажем о ДНК, а пока что согласимся с общепринятым мнением, что она впервые зародилась в древнем земном океане, в так называемом «первозданном бульоне», смеси воды и химических веществ, необходимых для образования органических молекул.
Мощные приливы, создаваемые молодой Луной, приводили к эрозионным процессам таких масштабов, с какими нам не приходилось сталкиваться. Миллионы и миллионы тонн суши ежедневно превращались в пыль и уносились в море, а затем равномерно распределялись и оседали на дне океана. Этот процесс высвободил огромное количество минералов, без которых было бы невозможно возникновение жизни. Вероятно, в безлунном мире существовали бы сходные погодные условия, включая дожди, поэтому эрозионные процессы имели бы место, но лишь в крошечном масштабе по сравнению с вышеописанными. Это значит, что жизни понадобилось бы гораздо больше времени, чтобы обрести прочную опору, если бы это вообще могло случиться.
У нас нет проблем с концепцией жизни, впервые развившейся и эволюционировавшей в океане, но в какое-то время она должна была покинуть водную среду обитания и научиться выживать на суше. Вполне возможно, что насекомые первыми совершили этот прыжок, а предки амфибий и рептилий последовали за ними и в конце концов уступили место всем сухопутным животным, обитающим в современном мире.
Жизнь всегда стремится адаптироваться к преобладающим условиям окружающей среды и занять новые экологические ниши. Около 400 млн. лет тому назад одной из таких ниш были каменные бассейны. Рыбы иногда оставались в таких водоемах при отливе. В большинстве случаев это не имело значения, потому что при следующем высоком приливе рыба освобождалась и уходила обратно в море. Однако если рыба оказывалась изолированной в каменном бассейне после особенно высокого прилива, ей приходилось выживать в течение нескольких недель до освобождения. Рыбы, оказавшиеся в такой ситуации, погибали, если каким-то образом не могли вернуться в океан по суше, научившись дышать за пределами воды.
По-видимому, некоторые рыбы нашли способы передвижения по песку и при этом изменялись физически в достаточной степени для кратковременного воздушного дыхания. Эти рыбы обнаружили, что суша изобилует растительной пищей, и любое животное, которое хотя бы временно научится жить на суше, будет вознаграждено за это. Постепенно за долгий период времени плавники, помогавшие рыбе передвигаться по песку, становились прочнее и короче, пока наконец не превратились в ноги, и древняя рыба утратила свои прежние черты, став амфибией.
Поскольку Солнце тоже создает приливы, нельзя исключить, что рыбы в конце концов вышли бы из океана, даже несмотря на отсутствие лунных приливов. Однако совершенно ясно, что в этом случае жизни понадобилось бы гораздо больше времени, чтобы выйти из океана, если она вообще смогла бы это сделать. С учетом переменного утла наклона земной оси, отсутствия тектоники плит и головокружительной скорости вращения планеты, перспективы жизни в любом мире, напоминающем Солон из модели Коминса, были бы крайне неблагоприятными.
К счастью для нас, Луна находилась на своем месте и повлияла на развивающуюся Землю во многих отношениях. Она способствовала созданию многообразной среды обитания, что, в свою очередь, привело к биологическому разнообразию. Многие специалисты считают, что именно этот фактор обусловил возможность появления разумной жизни. Эволюция пробует и отбрасывает много разных моделей. Животные, идеально приспособленные к своей среде обитания, процветали на Земле лишь для того, чтобы отступить в тень, когда условия существования изменялись и они не могли адаптироваться к ним.
Гигантские рептилии, которых мы собирательно называем «динозаврами», правили Землей в течение миллионов лет, но в конце концов эти впечатляющие и многообразные существа исчезли с лица планеты. В результате удара огромного метеорита или какого-то другого катаклизма множество видов, процветавших в течение нескольких геологических периодов, исчезли с поразительной скоростью, но сама жизнь сохранилась. Численность видов, уже обитавших на Земле, была такой огромной, что некоторые из них преодолели трудности, положившие конец тысячам других.
Одним из животных, которые пережили потрясения, оказавшиеся гибельными для динозавров, было крошечное, похожее на землеройку существо. Его сородичи заполнили пустующую нишу, оставшуюся после исчезновения рептилий, но они отличались от Динозавров, ибо были живородящими и кормили детенышей собственным молоком. Эти первые млекопитающие размножились и распространились по всей планете; они оказались достаточно гибкими, чтобы адаптироваться к жизни в новых условиях обитания.
Млекопитающие, живущие на деревьях, стали предками нынешних обезьян. Некоторые из этих существ спустились с деревьев и стали перемещаться по саванне, скорее всего под давлением климатических перемен. Оказавшись на земле, эти антропоиды были очень уязвимы. Для выживания им понадобилось нечто, не имевшее особой ценности для их обитавших на деревьях предков.
Им понадобился мозг большего размера.
В процессе эволюционного отбора возникло целое семейство гоминидов, из которых до нынешних времен дожил лишь Homo sapiens. Но, несмотря на наше чувство собственной уникальности, нынешнее положение вещей сложилось сравнительно недавно.
Одним из величайших прорывов человечества было овладение огнем. Самые ранние известные свидетельства регулярного использования огня недвусмысленно относятся к нашим сородичам с большим объемом мозга – неандертальцам, жившим примерно 200 000 лет назад. Homo sapiens сосуществовали с неандертальцами, окончательно исчезнувшими в Южной Европе около 25 000 лет назад. Ученые считали, что более ранний гоминид, Homo erectus, вымер сотни тысяч лет назад, но в середине 1990-х гг. на острове Ява в Индонезии были найдены останки, указывающие на то, что этот подвид существовал еще 25 000 лет назад.
Оба альтернативных подвида исчезли в то время, когда день летнего солнцестояния в Северном полушарии приходился примерно на 21 июня, как и в наши дни. Даты летних и зимних солнцестояний, а также весенних и осенних равноденствий смещаются назад по календарю на один день (около 1 мегалитического градуса) каждый 71 год. Это происходит из-за длительного и медленного колебания земной оси, известного как прецессия равноденствий, цикл которого составляет 25 920 лет.