Споры среди геологов

Геология заслужила в ученом мире славу науки, где ведется больше всего споров. Среди ученых то и дело возникают разногласия по поводу интерпретации полученных данных, надежности сведений, возможности достоверно проверить выдвинутую идею. Получить образцы геологических материалов часто бывает нелегко, и размер самих образцов бывает очень мал. Например, при изучении окаменелостей целый новый вид может быть определен и описан по одной-единственной найденной кости.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УМОЗАКЛЮЧЕНИЯ

Многие особенности строения Земли и геологические процессы, особенно те, что происходят в глубинах Земли, нельзя наблюдать воочию. Их можно представить себе только на основе анализа данных, полученных путем различных исследований, таких, как геофизические методы гравитационных и сейсмических измерений.

ВРЕМЕННОЙ ФАКТОР

В большинстве наук главным методом исследования является экспериментальная проверка теорий в лабораторных условиях. Однако почти все основные геологические процессы, такие, как горообразование и складчатость, длятся многие миллионы лет, и воспроизвести их в лаборатории с применением тех же материалов невозможно. Основные проблемы современной геологии — точное предсказание землетрясений и вулканических извержений. Эти сложные, многофакторные процессы не могут быть воспроизведены обычными научными методами, поэтому для них требуется трудоемкое математическое моделирование.

НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ГОРНЫМИ ПОРОДАМИ

В XVIII веке почти все геологические теории основывались на обсуждении ранее выдвинутых идей, им недоставало строгой оценки качества информации. Постепенно ученые поняли, что для расшифровки геологии Земли необходимы полевые исследования горных пород. Одна из первых попыток соотнести прямые наблюдения горных пород и пластов с теорией была предпринята в XVIII веке итальянским профессором минералогии из Падуанского университета Джованни Ардуино (1713—1795). Он разделил горные породы, встречающиеся на севере Италии, на четыре группы: первичные, вторичные, третичные и вулканические.

ТЕОРИЯ ВЕРНЕРА

Выводы Ардуино были использованы в других теориях строения Земли. Одну из них выдвинул немецкий минералог Абраам Готлоб Вернер. Он считал, что самые древние (первичные) породы образовались при осаждении частиц из первичного океана, покрывавшего всю Землю. Вернер был превосходным педагогом, к нему тянулись студенты со всей Европы. Однако по складу характера он был очень догматичен. С возрастом эта черта стала еще заметнее, и он разучился воспринимать новую информацию и идеи.

ТЕОРИЯ НЕПТУНИСТОВ

Приверженцев теории Вернера, утверждавших, что Земля первоначально была покрыта океаном, называли нептунистами. Вернер утверждал, что «первичные» осадки, в том числе такие породы, как гранит, образовались на океанском дне и поэтому не содержат окаменелостей или осадочных частиц (обломочных включений). Вследствие образования этих пород уровень океана постепенно понижался, из воды поднимались континенты, их заселяли живые существа. Горные породы, образовавшиеся из воды в этот период, Вернер назвал «переходными» и отнес к ним известняки и сланцы. А последние, самые молодые породы, которые он назвал «флец», по его мнению, состоят в основном из осадков; к ним относятся аргиллит и песчаник.

ШКОЛА ПЛУТОНИСТОВ

Но постепенно набирала все больше последователей другая точка зрения — ее назвали школой плутонистов. Они считали основным фактором образования горных пород остывание магмы, твердеющей под поверхностью Земли. Эту точку зрения поддерживал французский геолог Никола Демаре, изучавший в середине XVIII века вулканы провинции Овернь в Центральной Франции. На основании полевых наблюдений Демаре предположил, что базальт является вулканической породой и образовался при извержениях вулканов.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

В целом преобладавший в XVIII веке взгляд на природу и нашу Землю основывался на представлении о господстве человека (антропоцентризм). Согласно теории Вернера, континенты постепенно подвергаются эрозии. Обновления не происходит, потому что жидкость, из которой когда-то осели все горные породы, исчезла. Следовательно, людям грозит опасность исчезновения континентов. Эту озабоченность разделял и шотландский естествоиспытатель Джеймс Геттон. В 1785 году он выдвинул теорию, согласно которой все геологические процессы рассматриваются как циклические. Материал, унесенный с материков в результате эрозии, осаждается в океанах, образуя пласты осадочных пород. Когда старые континенты истираются до основания, поднятие с морского дна осевших там пород образует новые континенты.

Абраам Готлоб Вернер (1749 - 1817). Он придавал большое значение полевым и лабораторным наблюдениям в геологии.

Геолог Николай Демаре изучал вулканы в Центральной Франции. Его открытие происхождения базальта привело к опровержению теорий, господствовавших в XVIII веке.

Ученые XVIII века изучали породы, слагающие «Мостовую Великанов» в Северной Ирландии и пришли к выводу, что они сходны с излившейся на поверхность вулканической лавой.

ТЕОРИЯ УНИФОРМИЗМА ГЕТТОНА

В противоположность нептунистам, Геттон утверждал, что гранит образовался при остывании расплавленного вулканического вещества и по возрасту моложе, чем соседние с ним горные породы. Он также предполагал, что древние континентальные породы могут опускаться и покрываться сверху новыми породами, а потом снова подниматься. Такие процессы происходят очень медленно и могут повторяться много раз; следовательно, наша Земля очень древняя. В первой половине XIX века теория Геттона подвергалась многочисленным нападкам. Достижения новой науки — стратиграфии, изучавшей последовательность пластов, показали, что развитие Земли все-таки происходит не циклически, как предполагал Геттон, а линейно.

ЗАГАДКИ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ДРЕЙФА

Один из основных споров в геологической науке начала XX века разгорелся вокруг вопроса о том, каким образом континенты перемещаются по поверхности Земли. До самого последнего времени ученым не был известен физический механизм, с помощью которого такие громадные массы горных пород и осадков, как континенты, передвигаются на расстояние в несколько тысяч миль. Однако множество известных к тому времени геологических фактов неопровержимо доказывали, что в отдаленном прошлом такое движение совершалось. За полвека было выдвинуто немало теорий, безуспешно пытавшихся объяснить движение материков, и только одна из них положила конец долгим спорам.

Джеймс Геттон (1726 — 1797) считается основателем современной геологии. Он предположил, что развитие Земли происходит в форме циклических процессов.

ТЕОРИЯ ВЕГЕНЕРА

Немецкий метеоролог Альфред Вегенер в 1915 году предположил, что некогда, в конце палеозойской эры, все материки были объединены в один гигантский суперконтинент, который он назвал Пангеей. Он восстановил последовательность распада Пангеи и представил отдельные этапы движения континентов к современному положению в виде великолепной серии карт. В пользу своей теории Вегенер привел много существенных аргументов: например, форма береговой линии по обе стороны Северной Атлантики так хорошо совпадает, что это нельзя объяснить чистой случайностью; на разных континентах, в наши дни разделенных обширными водными пространствами, встречаются сходные окаменелости; в Индии, Южной Африке, Южной Америке и Австралии находят следы оледенения, которое никак не могло появиться на этих континентах в их нынешнем географическом положении.

СПОРЫ ВОКРУГ ТЕОРИИ ВЕГЕНЕРА

Идеи Вегенера встретили яростное неприятие и были высмеяны многими учеными. Например, знаменитый британский геофизик Гарольд Джеффрис возражал, что океанический базальт — слишком прочная порода, чтобы через нее могли двигаться континенты. Однако некоторые геологи согласились с теорией Вегенера. В 1928 году Артур Холмс предположил, что движущей силой дрейфа континентов являются глубинные течения в мантии. Однако идеи Холмса были встречены скептически. В 1937 году южноафриканский геолог Александр Дю Тойт опубликовал подробную статью, где поддерживал идею континентального дрейфа и доказывал, что континенты Южного полушария были объединены в единый суперконтинент, который он назвал Гондваной.

О ЧЕМ РАССКАЗАЛ ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ

В начале 1950-х годов точка зрения ученых на теорию дрейфа континентов начала меняться. Палеомагнитные измерения континентальных горных пород различного возраста показали, что Северный магнитный полюс с течением времени перемещался. Исследователи нанесли на карту весь путь «блужданий» Северного магнитного полюса, и эти траектории, вычисленные на разных континентах, оказались различными. Эти работы наводили на мысль о том, что континенты двигались независимо друг от друга. Кроме того, нерегулярности магнитного поля (аномалии) на дне океанов, как выяснилось, удалены от места своего образования на много сотен миль. Так было еще раз доказано, что крупномасштабные движения континентов возможны. В 1963 году Фред Вайн и Драммонд Мэтьюз установили, что магнитные аномалии океанического дна возникли вследствие изменений направления магнитного поля Земли.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТЕОРИИ ТЕКТОНИКИ ПЛИТ

В 1962 году Гарри Хесс предположил, что континенты не движутся через океан сами по себе, а прикреплены к океанскому дну и перемещаются вместе с океанической корой под воздействием конвекционных течений в земной мантии. Он установил, что срединно-океанические хребты, имеющие приблизительно линейную форму, — это зоны, где горячее вещество мантии поднимается на поверхность и образует новую океаническую кору. Такой взгляд хорошо согласовывался с результатами наблюдений, показавших, что на океаническом дне имеются симметричные магнитные линии. Впоследствии было обнаружено, что зоны самых частых землетрясений и активные вулканы располагаются вдоль границ, где встречаются различные фрагменты поверхностного слоя Земли — тектонические плиты. Только теперь, через 50 лет после того, как Вегенер сформулировал идею дрейфа континентов, под напором неопровержимых доказательств родилась теория тектоники литосферных плит.

СПОРЫ НЕ УТИХАЮТ

Ученые предполагают, что движущей силой перемещения континентов являются тепловые токи, поднимающиеся из раскаленного ядра Земли через мантию к земной коре. Однако некоторые данные говорят о том, что сама мантия делится на три зоны: верхнюю, переходную и нижнюю. Это значит, что система тепловых конвекционных потоков в мантии может оказаться сложнее, чем предполагалось вначале.