Связать все нити вместе удалось двоим ученым из Кембриджского университета: геофизику Драммонду Мэтьюсу и его аспиранту Фреду Вайну. В 1963 году, пользуясь результатами магнитных обследований ложа Атлантического океана, они убедительно показали, что спрединг морского дна происходит в точности так, как предполагал Хесс, и что материки также находятся в движении. Одновременно к такому же заключению пришел один канадский геолог. Лоренс Морли, так его звали, не мог найти никого, кто бы издал его работу. Редактор "Журнала геофизических исследований" ответил ему так: "Подобные домыслы могут служить предметом забавных разговоров за коктейлями, но вряд ли годятся для публикации на страницах серьезного научного издания". Позднее об этом же тексте было сказано следующее: "Возможно, это самая значительная работа в области наук о Земле, которой когда-либо было отказано в опубликовании".
Как бы то ни было, время для идеи подвижной земной коры наконец пришло. Ученые признали как факт, что Земля представляет собою мозаику из взаимосвязанных сегментов, многообразные величественные столкновения между которыми определяют по большей части динамику поверхности планеты. Термин "дрейф материков" был довольно скоро отвергнут: ведь в движении находится вся земная кора, а не только материки. Сами движущиеся части сначала называли "блоками коры", а иногда "каменной отмосткой" (paving stones). Но с конца 1960-х годов установилось то название, под которым они с тех пор известны, - плиты. Образовалась и новая наука, новая геологическая дисциплина - тектоника плит.
Старые идеи умирают с трудом, и не все поспешили принять новую захватывающую воображение теорию. В самом популярном и влиятельном учебнике геологии "Земля" почтенного Харолда Джеффриса еще в 1970-е годы, как и в первом издании 1924 года, настойчиво утверждалось, что движения плит физически невозможны. В нем в равной мере отвергались конвекция и спрединг морского дна. В опубликованной в 1980 году книге "Бассейн и горная система" Джон Макфи отмечал, что даже в это время каждый восьмой американский геолог не верил в тектонику плит. Но сегодня мы знаем, что поверхность Земли состоит из 8-12 крупных плит (в зависимости от того, что называть крупным) и около 20 плит поменьше и что все они движутся в разных направлениях с разной скоростью. Некоторые плиты велики и сравнительно инертны, другие невелики и активны. Что интересно, плиты лишь отдаленно соотносятся с покоящимися на них массивами суши. Североамериканская плита, например, намного больше материка, с которым она связана. Она приблизительно соответствует очертаниям западного побережья материка (поэтому данный район из-за столкновений на краю плиты сейсмически активен), но совсем не совпадает с восточным побережьем, выдаваясь вперед на половину Атлантики, вплоть до срединноокеанического хребта. Исландия расколота посередине и тектонически принадлежит наполовину к Америке, наполовину к Европе. А Новая Зеландия является частью огромной плиты под Индийским океаном, хотя вовсе им не омывается. И так с большинством других плит. Связи нынешних и прошлых массивов суши оказались неизмеримо сложнее, чем кто-либо мог себе представить. Оказывается, Казахстан был когда-то связан с Норвегией и Новой Англией. Один угол острова Статен (но только угол) относится к Европейской плите, хотя сам остров расположен у берегов Северной Америки. То же самое с частью Ньюфаундленда. Поднимите камень на побережье Массачусетса - сейчас же его ближайший родственник обнаружится в Африке. Горная Шотландия и значительная часть Скандинавии в основном относятся к Америке. Считается, что горный хребет Шеклтона в Антарктике, возможно, когда-то был частью Аппалачских гор на востоке США. Словом, горы гуляют. Непрерывное беспорядочное движение плит не дает им слиться в одну неподвижную плиту.
Если исходить из продолжения нынешнего развития, Атлантический океан будет расширяться, пока наконец не станет намного больше Тихого. Значительная часть Калифорнии отплывет прочь и станет чем-то вроде тихоокеанского Мадагаскара. Африка двинется к северу на Европу, полностью выдавит Средиземное море и нагромоздит горы гималайского масштаба, которые протянутся от Парижа до Калькутты. Австралия прихватит лежащие к северу острова и соединится пуповиной с Азией. Это будущие результаты, но не явления. Явления имеют место и теперь. Мы сидим на своих местах, а материки в это время плавают, как листья в пруду. Благодаря глобальным системам позиционирования мы можем видеть, что Европа и Северная Америка расходятся примерно со скоростью около 2 м за человеческую жизнь. Лишь краткость нашего существования в этом мире лишает нас возможности оценить изменения. Посмотрите на глобус: то, что вы видите, это, по существу, моментальный снимок континентов, какими они были на протяжении всего лишь 0,1 % истории Земли.
Восточно-Африканская рифтовая долина на Земле шириной до 100 км и глубиной до 2 км протянулась на 6000 км от Северной Эфиопии до Мозамбика. Согласно прогнозам, через несколько миллионов лет здесь будет море, которое отделит восточную Африку от остальной части материка.
Земля - единственная из твердых каменистых планет, где существует тектоника, но почему - это до некоторой степени загадка. Дело не в размерах или плотности: в этом отношении Венера является почти двойником Земли, но тектонической активности на ней не наблюдается. Возможно, у нас просто есть нужные вещества в нужных количествах, чтобы Земля продолжала "пузыриться". Говорят, хотя это не только предположение, что тектоника играет важную роль в процветании органической системы планеты. Проблемы, создаваемые тектоникой, например изменения климата, возможно, служат важным стимулом развития интеллекта. Говорят также, что дрейф материков мог стать причиной, по крайней мере, некоторых случаев вымирания обитавших на Земле видов.
В ноябре 2002 года Тони Диксон из Кембриджского университета высказал и обосновал мысль, что между историей горных пород и историей жизни вполне может существовать связь. Он установил, что за последние полмиллиарда лет химический состав Мирового океана испытывал неожиданные и резкие изменения и что эти изменения часто соотносятся с важными событиями в биологической истории: бурной вспышкой роста крошечных живых существ, оставивших после себя меловые скалы на южном побережье Британии, внезапной модой на раковины у морских организмов в кембрийский период и т. д. Никто не может сказать, что заставляет химию океанов время от времени так поразительно изменяться, но возможно, виной тому служит раскрытие и закрытие подводных горных хребтов.
Во всяком случае, тектоника плит дала объяснение не только поверхностной динамике Земли - например, как древний зверь Hipparion попал из Франции во Флориду, - но и многим внутрипланетным явлениям. Землетрясения, образование цепочек островов, углеродный цикл, расположение гор, наступление ледниковых периодов, происхождение самой жизни - вряд ли найдешь явление, к которому не имеет прямого отношения эта новая удивительная теория. У геологов голова пошла кругом, когда они обнаружили, что, как выразился один из них, "все на Земле вдруг обрело смысл".
Количество воды в ледниках земного шара в 7 раз превышает содержимое всех пресных водоемов и рек. Если бы все льды растаяли, уровень мирового океана повысился бы на 60 м. Это кардинально изменило бы карту мира - географическую и политическую.
Однако теория дрейфа континентов не может объяснить некоторых фактов. Скажем, расположение материков в прежние времена представляется далеко не таким ясным, как думает большинство людей, далеких от геофизики. Хотя в учебниках изображаются определенные на вид очертания массивов суши, называемых Лавразией, Гондваной, Родинией и Пангеей, они порой основываются на заключениях, которые признаются далеко не всеми. Древние виды растений и животных имеют неудобную привычку обнаруживаться там, где им не место, и не находиться там, где предписывает теория. Реконструкция очертаний Гондваны, когда-то громадного материка, объединявшего Австралию, Африку, Антарктиду и Южную Америку, в значительной мере обосновывалась распространением рода древнего языковидного папоротника Glossopteris, который находили во всех нужных местах. Однако значительно позже это растение также обнаружили в частях света, насколько известно, не имевших связи с Гондваной. Это неудобное несоответствие в основном оставалось, и до сих пор остается без внимания. Подобным же образом следы листрозавра, рептилии триасового периода, были обнаружены на территории от Антарктики до Азии, подтверждая идею прежних связей между этими материками, но ее никогда не находили в Южной Америке или в Австралии, которые, как считают, в то время были частью того же материка. Имеется также множество деталей поверхности, которые не в состоянии объяснить тектоника. Возьмите город Денвер, столицу штата Колорадо, США. Он расположен на высоте в милю, но подъем этот произошел сравнительно недавно. Когда по Земле бродили динозавры, эта территория была частью дна океана и находилась на многие тысячи метров ниже. В то же время породы, на которых покоится Денвер, не разломаны и не деформированы, как если бы этот участок поднялся при столкновении плит. Да и в любом случае он находится слишком далеко от краев плит, чтобы попасть под их воздействие. Это все равно, как если бы вы толкали один край ковра, намереваясь создать складку на другом его конце. Похоже, что каким-то непостижимым образом Денвер миллионы лет поднимался, подобно хлебу в печи. Это же в значительной мере относится и к Южной Африке. Часть ее шириной в 1600 км за 100 млн лет поднялась на полтора километра без какой-либо известной тектонической активности. А Австралия тем временем наклонялась и тонула. Последние 100 млн лет она дрейфовала к северу в сторону Азии, причем передний край ушел под воду почти на 200 м. Похоже, что и Индонезия очень медленно тонет, увлекая за собой Австралию. Ни одна из тектонических теорий не может объяснить эти явления. Но если бы не подобные вопросы, каким образом могла бы развиваться наука?
Море уходит!
"…Как около Авачи, также на Курильской Лопатке и на островах было страшное землетрясение с чрезвычайным наводнением, которое следующим образом происходило: октября 6 числа помянутого 1737 году пополуночи в третьем часу началось трясение, и с четверть часа продолжалось волнами так сильно, что многие камчатские юрты обвалились и балаганы попадали. Между тем учинился на море ужасный шум и волнение, и вдруг взлилось на берега воды в вышину сажени на три, которая, нимало не стояв, сбежала в море и удалилась от берегов на знатное расстояние. Потом вторично земля всколебалась, воды прибыло против прежнего, но при отлитии столь далеко она сбежала, что моря видеть невозможно было. В то время усмотрены в проливе на дне морском между первым и вторым Курильским островом каменные горы, которые до того никогда не виданы, хотя трясение и наводнение случалось и прежде. С четверть часа после того спустя последовали валы ужасного и несравненного трясения, а при том взлилось воды на берег в вышину сажен на 30, которая по-прежнему, нимало не стояв, сбежала в море и вскоре стала в берегах своих, колебаясь чрез долгое время, иногда берега поднимая, иногда убегая в море. Пред каждым трясением слышен был под землею страшный шум и стенание.
От сего наводнения тамошние жители совсем разорились, а многие бедственно скончали живот свой. В некоторых местах луга холмами и поля морскими заливами сделались…"
Так описывает Степан Крашенинников первое известное в России "моретрясение" (цунами), происшедшее на восточном побережье Камчатки в середине XVIII века. По высоте волн (70 м), обрушившихся на берег, оно было самым сильным из памятных до сих пор.
Волна цунами возникает как следствие подводного землетрясения. Внезапный подъем по разлому значительных участков дна океана приводит к поднятию многокилометрового столба воды выше ее обычного уровня. Такой же эффект наблюдается и при опускании морского дна. Масса перемещающегося вверх и вниз столба воды вызывает появление на поверхности волн, которые распространяются по всему океану, подобно ряби от брошенного в воду камня. Энергия процесса такова, что во время цунами переносятся миллиарды тонн воды на расстояния 10–15 тыс. км. Волны следуют друг за другом с интервалом около 10 мин, распространяются со скоростью реактивного самолета. В наиболее глубоких частях Тихого океана их скорость достигает 1000 км/ч! Волны, передвигающиеся с такой скоростью и разделенные значительным промежутком времени, удалены на расстояние многих сотен километров друг от друга. Поэтому в океане каждая волна цунами представляет собой небольшой бугор высотой всего лишь до полутора метров (вероятно, не превышающий то поднятие дна, которым вызвано это явление) и протяженностью в десятки километров. Корабль, под которым пройдет такая волна, останется невредим, а его пассажиры ничего особенного не ощутят. Цунами для них будет так же незаметна, как и прилив. А вот когда она подходит к мелководью…
Главное здесь в том, что цунами - волны длинные и быстрые. А значит, их энергия очень велика. На мелкой воде скорость волн сильно уменьшается, а это приводит к тому, что энергия волн идет на увеличение их высоты. Волна растет до огромных размеров, возникает колоссальная водяная стена. Эффект будет особенно силен в заливах с высокими сужающимися берегами. Заходя в такой залив, цунами растет молниеносно, поднимаясь до 40–60 м, а иногда и выше.
Очень высокие волны могут возникать и иначе. Когда в воду внезапно обрушиваются большие массы горных пород или льда (например, при землетрясении с эпицентром на суше, при извержении вулкана и т. д.), последствия бывают еще более разрушительными и катастрофическими.
Залив Литуйя на юго-востоке Аляски врезается в сушу более чем на 11 км. Местность гористая, на склонах растут леса. Но для наметанного глаза геологов в рельефе местности, в том, как располагались деревья, было нечто необычное. Лесной массив очень точно, словно неведомым инструментом, был разделен на две части. Ближе к подножью гор, окаймляющих залив, лес был реже и меньше. Ближе к вершинам встречались странным образом согнутые деревья, а остатки поваленных и как-то разом вырванных с корнем стволов были, как по команде, ориентированы в одном направлении - к пикам гор. Что-то с гигантской силой толкнуло эти деревья вверх.
Кто-то из геологов высказал гипотезу, что за последние 100 лет в заливе, по крайней мере, четыре раза "гостили" волны, максимальная высота которых должна была быть никак не менее нескольких сотен метров! Таинственная граница есть не что иное, как след гигантской волны. Научное сообщество не спешило принимать гипотезу всерьез - слишком уж удивительными казались выводы. Так продолжалось до тех пор, пока 9 июля 1958 года к северу от залива на глазах людей не произошло нечто, превосходившее всякое воображение.
В тот вечер в заливе Литуйя на рейде стояло несколько кораблей. Очевидцы, оказавшиеся на борту, рассказывают, что началось все с невероятной силы толчка. Оправившись от удивления и испуга, люди увидели следующее. Море вздыбилось. Гигантские оползни, поднимавшие тучи пыли и снега на своем пути, начинали бег по склонам гор. Но далее случилось нечто такое, что вообще было трудно описать словами. У самого входа в залив высился горный пик. Далеко за ним, к северу, простирался ледник, но вершина пика всегда скрывала его от взглядов. Вдруг масса льда с ледника как бы поднялась выше гор и затем обрушилась в воды внутреннего залива. На глазах потрясенных людей вверх поднялась огромная волна, которая поглотила треть северной горы. После этого она прокатилась по заливу, смывая вековые деревья со склонов гор. Волна обрушилась водяной горой на остров Кенотафия и перекатилась через высшую точку острова, возвышавшуюся более чем на 50 м над уровнем моря. Затем волна вернулась в залив, захлестывая склоны гор. Там, где раньше рос густой лес, теперь были голые скалы. Измерения, проведенные позже, показали, что склоны оголились на высотах до 600 метров!
А произошло вот что. Сильное землетрясение вызвало образование многочисленных трещин и, как следствие, обрушение побережья. Это, в свою очередь, породило невиданной величины и силы волну. Примечательно, что катастрофа разыгрывалась в 10 км от места стоянки кораблей, люди на которых оказались свидетелями происшествия.
Вот рассказ еще одного очевидца, пострадавшего от цунами, которая обрушилась осенью 1952 года на Курильские острова и южную часть восточного побережья Камчатки. "5 ноября ночью я проснулся от сильной тряски. Проснувшись, я сообразил, что тряска - это землетрясение, и стал будить товарищей; тряска продолжалась от 3 до 5 минут. У меня и всех моих товарищей было ощущение настороженности.
По направлению к пирсу находился засольный цех - большой деревянный сарай длиной 25–30 м. Землетрясением этот сарай был сдвинут в море и дрейфовал из бухты. После конца землетрясения прошло минут 10–12, и вдруг мы увидели, что прямо на нас плывет обратно тот самый засольный цех, который только что относило в море, причем плывет теперь с большей скоростью и против ветра. Только тут я сообразил, что цех плывет под действием цунами.