Геологическая история Земли - это история непрерывной борьбы Нептуна с Плутоном. Подземные силы, до сих пор до конца не разгаданные наукой, вздымали на поверхности Земли и на дне океана горные хребты, вулканы и, в противовес погружению океанского дна, поднимали материки. Могучий океан размывал берега и время от времени вторгался на сушу, затопляя на миллионы лет огромные территории. Это были "тотальные войны", которые океан объявлял суше. Без ошибки, пожалуй, можно сказать, что на Земле почти нет такого места, где бы в какой-либо геологический период не бушевали волны океанов и морей. На севере Индии, в Гималайских горах, на высоте 2300 м найдены известняки, образовавшиеся из раковин и скелетов морских организмов; советская памирская геологическая экспедиция недавно обнаружила на высоте 4000 м хорошо сохранившиеся остатки древних морских кораллов; под болотистыми равнинами полуострова Флориды в Северной Америке скрыты коралловые скалы; в Европе и, в частности, в СССР встречаются меловые горы, выросшие из створок фораминифер - мельчайших морских животных, и залежи солей, отложенные высохшими морями. Курские железные и чиатурские железо-марганцевые руды образовались па дне морей. Даже на месте нашей Москвы около 20 млн. лет назад расстилалось огромное солоноватое внутриконтинентальное море. О всех наступлениях моря на сушу и его отступлениях или, как говорят, морских трансгрессиях и регрессиях наглядно свидетельствуют оставленные морем следы. Это отложения солей, ила, песка, известковых скелетов. Уплотняясь, эти осадки, с течением времени превращались в сланцы, песчаник, мел и мрамор, которые поэтому получили название твердых осадочных пород. После того как дно моря снова становилось сушей, соли и осадочные породы вновь подвергались дроблению, размыванию, растворению, и весь цикл начинался сначала.
Жизнь, как мы знаем, возникла в океане. Условия, в которых она возникла, разгадал академик А. И. Опарин. Научная интуиция позволила ему заглянуть далеко в глубь биологической истории Земли. Наступления океана на материки и последующие отступления способствовали выходу морских животных на сушу.
Однако вернемся к колебаниям уровня океана. Другой причиной, значительно менявшей его уровень, был лед, который в периоды оледенений отнимал у океанов огромные массы воды.
Наша планета пережила четыре ледниковых периода. Трудно что-нибудь сказать о положении уровня океана во время первых трех ледниковых периодов, они были очень давно. Четвертое оледенение, конец которого мы переживаем сейчас, во время своего максимального развития, по мнению большинства ученых, понизило уровень океана примерно на 150 м.
Последнее оледенение прерывалось периодами значительного потепления климата. В межледниковые периоды лед таял, ледники отступали, а море надвигалось на сушу.
Многочисленные следы межледниковых трансгрессий моря мы и сейчас находим на поверхности суши. Это остатки морских организмов, береговые террасы, созданные морским прибоем, и волноприбойные ниши в скалах, расположенные высоко над уровнем моря и нередко далеко от берега. В Италии геологам известен так называемый Калабрийский пляж, бывшая береговая терраса, находящаяся сейчас на высоте 180 м. В Норвегии на о. Торгаттен туристам показывают пещеру, расположенную на высоте 130 м. Длина ее 177 м, объем 135 тыс. м3. Можно себе представить, сколько времени потребовалось морю для того, чтобы совершить такую огромную разрушительную работу.
Следов низкого уровня моря, скрытых под водой, найдено гораздо меньше. Осадки, отложенные морем после подъема уровня, скрыли древние береговые террасы, пещеры и другие признаки неутомимой деятельности отступившего на время моря. К тому же сравнительно небольшие глубины материковой отмели еще мало исследованы.
На дне современных морей местами удается встретить следы пребывания человека и наземных животных, убедительно доказывающих, что здесь некогда была суша. Над Доггер-банкой в Северном море глубина достигает сейчас нескольких десятков метров. Эта банка широко известна благодаря тому, что в первую мировую войну около нее произошло большое морское сражение, и еще больше известна тем, что сотни рыболовных судов почти круглый год ловят на ней сельдь. Тралы и дрифтерные сети рыбаков, задевая дно, нередко приносят первобытные орудия, изготовленные человеком каменного века, кости крупных животных, стволы и корни деревьев и даже куски торфа, который мог образоваться только в пресноводном болоте. Исследования береговой зоны Средиземного моря также когда-нибудь откроют особенности жизни и быта палеолитического человека, который жил в пещерах на берегу отступившего моря и занимался охотой на оленей, медведей и диких быков, сбором съедобных моллюсков и рыбной ловлей.
В настоящее время ледники Антарктики, Гренландии и высокогорные ледники в умеренных и тропических странах связывают около 30 млн. км3 воды. Если бы все ледники растаяли, уровень океана поднялся бы на 56 м; около 1/8 поверхности суши было бы затоплено морской водой.
Земля переживает сейчас конец четвертого оледенения. С небольшими пульсациями в ту или другую сторону климат меняется в сторону потепления. Ледники медленно, но верно отступают, а количество воды в океане все увеличивается. Годовое повышение уровня в разных частях океана за последние 25 лет колеблется от 0 до 11 мм в год, а в среднем по всему океану составляет 1,2 мм. Что ж, может быть, начинается новое наступление Мирового океана на сушу!
Мы знаем, сколько сейчас воды в океане, сколько ее сковано льдами, содержится в реках и озерах и носится в атмосфере. Предположительно знаем, сколько воды заключено в земной коре. Однако всегда ли было столько воды? Увеличивается, уменьшается или остается без изменений общее ее количество на Земле? На этот счет нет в науке единого мнения.
Те, кто считает, что основная масса воды выделилась при формировании земной коры, полагают, что количество ее практически не меняется; другие представляют себе, что вода заполняла океаны постепенно на протяжении долгих геологических периодов, и процесс этот заметным образом должен продолжаться и в наше время.
Прибывает ли все-таки вода сейчас? Да, прибывает, но в ничтожном количестве, не имеющем практического значения. По мнению академика А. П. Виноградова, при выплавлении базальтов во время вулканических извержений выделяется 5-10% водяного пара. Голландский геолог Кюенен подсчитал, что приход такой ювенильной воды не превышает 0,25 км3 в год. По сравнению с объемом океана это величина незаметная.
Сейчас же возникает и другой вопрос - расходуется ли куда-нибудь вода? Вода химически связывается при выветривании минералов и разлагается на водород и кислород в атмосфере электрическими разрядами молний и, кроме того, по мнению аргентинского ученого Гейнсгеймера, под действием космических лучей. Весьма вероятно, что водород, освободившийся при разложении водяных паров, покидает Землю и теряется в космическом пространстве. Однако количественно оценить этот расход воды затруднительно. Во всяком случае и приход и расход воды, на которые было указано, так невелики, что существенного влияния на уровень океана сейчас не оказывают.
Итак, количество воды на нашей планете, по всей видимости, остается практически неизменным. Таково мнение академиков В. И. Вернадского и А. П. Виноградова.
Механическая и химическая способность воды разрушать материки огромна. Борьба между водой и сушей на Земле давно окончилась бы полной победой океана, от материков не осталось бы следа, если бы в этой борьбе не принимали участие неведомые нам пока потоки подкорового вещества, подстилающего ложе океана и основания материков. Значительные колебания уровня океана неледникового происхождения, не раз вызывавшие мощные морские трансгрессии и регрессии, нельзя объяснить иначе, как действием этих подкоровых потоков на рельеф пластичной земной коры.
Однако между учеными существуют две противоположные точки зрения относительно результатов воздействия подкоровых процессов на соотношение на Земле площадей, занимаемых сушей и океаном.
Одни ученые считают, что суша постепенно расширяется за счет океана, и доказывают это тем, что посередине материков находятся более древние основные породы, а по краям - более молодые. Значит, они образовались позднее, оттеснили океан и присоединились к суше. Другие, наоборот, утверждают, что края материков постепенно или время от времени огромными блоками погружаются в воды океана, чему тоже есть немало доказательств, и таким образом поверхность суши уменьшается. К сожалению, решить этот спор наука пока не может, и чей будет верх в борьбе моря с сушей - предсказать сейчас невозможно. Борьба Нептуна с Плутоном еще не окончена.
Незримый континент
Все не так, как на суше. - Борта океана. - Опять дрейф материков. - Странные горы. - Подводные лавины. - Глубоководные желоба. - Трещина длиной 70 000 км. - Загадка земной коры
В два раза больше поверхности Марса, в девять раз больше поверхности Луны - такова территория нашей планеты, залитая солеными водами морей и океанов. Вся суша на Земле уступает по площади одному только Тихому океану. Каков же он, этот скрытый от человеческого глаза подводный ландшафт?
Представим себе на время, что океаны и моря вдруг высохли, превратились в "лунные моря". Материки теперь покажутся нам горными плато, которые возвышаются на 5-6 км над освобожденной от воды "поверхностью" Земли. Окраина этих плато сначала полого, под углом в несколько градусов, а потом очень круто, под углом в 20-40 º, спускается к "бывшему" дну океана. Будем, однако, называть эти окраинные части материковых плато их обычными названиями. Отлогая часть - это материковая отмель, она является как бы продолжением материковых равнин; ширина ее достигает местами 200 км, а в среднем равна 75 км. Обрыв носит название материкового склона, он начинается на глубине 100-200 м от поверхности океана, а над дном возвышается на 4-5 км. Это, если так можно выразиться, борта океана.
Недавно (1958, 1965 гг.) английские ученые С. Кери, Э. Булард и другие сопоставили очертания материков Северной и Южной Америки, Африки и Европы не по береговой линии, а по 500-метровой изобате (линия равных глубин) материкового склона. И что же оказалось? Цоколи материков сошлись, как говорят, впритирку. Это можно, пожалуй, считать довольно убедительным доказательством того, что некогда материки составляли единое целое, потом разломились и разошлись.
Впрочем, противники дрейфа материков говорят: совершенно невероятно, чтобы части расколовшейся некогда суши могли на протяжении сотен миллионов лет сохранить свои начальные очертания. На это сторонники дрейфа отвечают: еще более невероятно, чтобы материки с их цоколем могли с течением времени чисто случайно приобрести столь совпадающие очертания. Словом, спор о происхождении и развитии океанов и материков еще не завершен.
К тому же, после того как количество палеомагнитных наблюдений значительно возросло, возникла новая гипотеза о миграции магнитных полюсов. Действительно, во многих районах земного шара, в том числе и на дне океана, были обнаружены породы, намагниченные так, как будто Северный магнитный полюс находился на месте Южного и наоборот. Обнаружены также породы переходного периода, намагничение которых происходило в периоды перемещения полюсов. На основании этих исследований возникло предположение, что за последние 4 млн. лет существовало два периода "нормального", то есть современного расположения магнитных полюсов и два периода обратного их расположения. Следы перемещения полюсов найдены и в мезозойских породах. Таким образом, палео-магнитные явления можно объяснить и помимо дрейфа материков.
Между прочим, Б. Хизен, Драгослав Нинкович и Н. Опдайк (США), исследовав несколько тысяч образцов, поднятых со дна океана, пришли к заключению, что в геологической истории Земли были периоды, когда ее магнитное поле на время совершенно исчезало. По их предположению, в эти периоды на Земле, утратившей "магнитную изоляцию", которая защищает ее от космических лучей, как раз и происходили биологические мутации, резко изменявшие формы земной жизни в мезозое и палеозое.
Материковый склон скалист, образует много неровных уступов, ступеней и изрезан глубокими оврагами, носящими название подводных каньонов. О происхождении их тоже ведутся споры. Одни полагают, что это бывшие долины рек, затопленные при повышении уровня океана; другие считают, что их прорезали подводные "лавины", "мутьевые потоки", представляющие собой смесь донных осадков с водой; третьи видят в них разрывы земной коры.
Надо сказать, что мутьевые потоки в океане весьма характерное явление. Следы перенесенных ими материалов - терригеныых осадков материковой отмели - встречаются часто на очень больших расстояниях от места вероятного их возникновения.
В 1929 г. к югу от Ньюфаундлендской банки произошло подводное землетрясение. На склоне материковой отмели начался оползень, превратившийся в мощный мутьевой поток. Он в клочья разорвал восемь подводных телеграфных кабелей на расстоянии до 500 км. Последний разрыв произошел через несколько часов после землетрясения. Начальная скорость мутьевого потока достигала 27 км в час.
В 1953 г. мутьевые потоки, вызванные землетрясением в районе г. Сува на островах Фиджи, повредили телеграфный кабель на протяжении 100 км и сместили его в сторону на 3,5 км. Скорость мутьевого потока достигла 18 км в час.
Впрочем, мелкие взвеси, скорость осаждения которых иногда не превышает нескольких десятков сантиметров в сутки, могут быть отнесены очень далеко от места своего происхождения даже медленными океанскими течениями. Например, частица, погружаясь со скоростью 1 м в сутки, достигнет дна при глубине 6000 м через 16,5 лет. Трудно представить себе, куда за это время унесут ее неизведанные глубинные течения.
У подножья материкового склона часто расположены глубоководные желоба. В них мы встречаем наибольшие глубины океана. Таких желобов больше двух десятков, большая часть их находится в Тихом океане. Несколько желобов были открыты советскими экспедициями. Длина желобов 1000-2000 км, а ширина всего 20-30 км. В поперечном разрезе они имеют форму латинской буквы V, дно у них плоское, шириной не более 3-4 км; оно глубже дна океана на 3-4 км. Несмотря на это со дна желобов выделяется меньшее количество геотермического тепла, чем в других областях океанского дна. Из этого делают вывод, что желоба образовались в результате погружения узких полос земной коры, оттеснивших вещество мантии, подстилающей земную кору. В Марианском желобе в Тихом океане советские океанологи нашли глубину 11034 м. Это пока наибольшая, известная нам глубина океана. Позднее на дно этого желоба на глубину 10910 м опустился батискаф "Триест". Несколько глубоководных желобов тщательно изучены советскими океанологическими экспедициями. Надо сказать, что на поверхности суши подобных трещин в земной коре, хоть сколько-нибудь похожих на океанские глубоководные желоба, нигде нет.
Глубоководные желоба большей частью расположены вблизи краевых горных хребтов, окаймляющих материки, или около островных дуг, возвышающихся над поверхностью океана.
От подножия материкового склона или за островными дугами и желобами начинаются просторы океанского ложа. Это огромные равнины, самые большие равнины на нашей планете. Для примера можно сказать, что океанографическое судно "Петр Лебедев", обследовав абиссальную (глубоководную) равнину площадью 96 000 км2 между Бермудскими островами и Срединно-Атлантическим хребтом, не нашло на нем уклонов, превышающих 10 градусных минут. Среди абиссальных равнин встречаются, однако, возвышенности, широкие валы и горные хребты. Они разделяют ложе океана на ряд котловин.
Валы - это поднятия с очень пологими склонами. Их высота - до 500-1000 м. Местами на них возвышаются конусообразные горы, кое-где выходящие на поверхность океана в виде островов. Это бывшие вулканы, часто увенчанные мощными коралловыми постройками.
Относительно того, как образовались коралловые острова, существует несколько гипотез. Скорее всего это происходило так. На мелководье у скалистого островка поселялись коралловые полипы. Отмирая, они оставляли известковые скелеты, на которых росли следующие поколения этих животных. Когда остров по каким-либо причинам начинал погружаться в воду, кораллы торопились расти вверх, чтобы не погибнуть, так как им необходимы свет и теплая вода. Чем глубже погружался остров, тем выше делалась коралловая надстройка. Если остров погружался слишком быстро, кораллы погибали; если медленно, они продолжали расти. Например, на знаменитом атолле Бикини, где США испытывали ядерное оружие, толщина кораллового слоя достигла 600 м. Здесь рост кораллов не отставал от погружения островка. А вот на подводном пике Миклухи Маклая, открытом экспедицией на "Витязе", кораллы погибли. Над вершиной этого пика 243 м воды, а его откосы до глубины 500 м образованы отмершими кораллами. Очевидно, пик погружался слишком быстро. Причины погружения таких пиков не совсем ясны. Вероятней всего, под ними почему-то прогибалось и оседало океанское дно.
Коралловые рифы растут со скоростью до 5 см в год, в зависимости от местных условий. В отложении известняка им помогают соседствующие с ними некоторые морские водоросли. В тропических водах те и другие совместными усилиями окружили прочными стенами коралловых рифов почти все острова и берега материков. Кораллы - это настоящие живые фабрики известняка.
У многих одиночных подводных гор вершины плоские, словно срезанные ножом. Такие горы по имени французского геолога называют гюйо. Считается, что некогда эти горы возвышались над поверхностью океана, сильный прибой срезал, выровнял их вершины, а потом они погрузились в воды океана и в таком виде сохранились до нашего времени. Их насчитывают сейчас около тысячи. На суше подобных гор нет.
Подводные горы в океане большей частью вулканического происхождения. Многие из них поднимаются над поверхностью океана, образуют острова и группы островов. Среди них хорошо известны Азорские острова в Атлантическом океане, Гавайские острова в Тихом океане. Вершины гор, возвышающиеся над этими островами, если измерить их высоту над дном океана, выше многих гор на суше. Так, высота одного из Азорских островов - 9000 м (2500 м над уровнем океана), тогда как высота Джомолунгмы (Эверест) - 8848 м.