Дарвин отлично отдавал себе отчет в важности для теории эволюции географического распространения видов. Он отмечал, что большинство фактов поддается объяснению в предположении, что животные и растения эволюционировали. Отсюда следует (и этот факт подтверждается), что современные животные должны обитать на тех же континентах, где обнаруживаются окаменелые остатки их непосредственных предков или близких видов. Мы ожидаем (и видим это), что животные одного континента схожи между собой. Вот мнение Дарвина на этот счет, с акцентом на обитателей Южной Америки, в которых он хорошо разбирался:
Натуралист, странствуя[135], например, с севера на юг, всегда поражается тем, как группы явно близких, но представляющих видовые отличия форм последовательно замещают друг друга. Он слышит, что близкие, но все-таки различающиеся виды птиц имеют почти одинаковый голос, видит, что их гнезда очень похожи, хотя и не вполне сходны по постройке, и окраска яиц почти одинакова. Равнины, расстилающиеся у Магелланова пролива, населены одним видом Rhea (американского страуса), а лежащие севернее долины Ла-Платы — другим видом того же рода, но не настоящим страусом, и не эму вроде тех, которые живут на той же широте в Африке и Австралии. На тех же равнинах Ла-Платы мы видим также агути и вискачу — животных, по образу жизни очень похожих на наших зайцев и кроликов и принадлежащих также к отряду грызунов, но с резко выраженным американским типом организации. Поднимаясь на высокие пики Кордильеров, мы находим горный вид вискачи; в водах вместо бобра и ондатры мы встречаем нутрию и капибару — грызунов южноамериканского типа[136].
Хотя это не более чем здравый смысл, Дарвин смог таким образом объяснить огромное число своих наблюдений. Однако есть некоторые факты, касающиеся географического распространения животных и растений, а также горных пород, которые нуждаются в другом объяснении, совершенно противоречащем здравому смыслу и наверняка удивившем бы Дарвина, если бы он об этом знал.
И все-таки она движется
Во времена Дарвина все думали, что карта мира есть нечто постоянное. Некоторые его современники допускали возможность существования в прошлом «мостов» между континентами, впоследствии погрузившихся под воду, которые могли бы объяснить, например, сходство флоры Южной Америки и Африки. Дарвин не был горячим приверженцем этой идеи, но, скорее всего, пришел бы в восторг от современных свидетельств движения континентов. Это наилучшим образом объясняет некоторые важнейшие факты распространения видов и особенно окаменелостей. Например, известно значительное сходство окаменелостей Южной Америки, Африки, Антарктики, Мадагаскара, Индии и Австралии, которое сейчас принято объяснять тем, что они когда-то составляли огромный южный континент Гондвану. И снова нам приходится признать, что эволюция — это факт.
Теория дрейфа материков была выдвинута немецким геофизиком Альфредом Вегенером (1880–1930). Конечно, не он первым заметил, что береговые линии многих континентов и островов, даже находящихся на значительном удалении, схожи друг с другом, как детали пазла. Я не имею в виду примеры типа острова Уайт, который замечательно «прикладывается» к побережью Гемпшира, как будто пролива Солент между ними нет. Вегенер и его предшественники обратили внимание на тот же факт в масштабе целых материков, таких как Африка и Америка. Побережье Бразилии идеально подходит к побережью Западной Африки, а северная часть Западной Африки отлично сходится с североамериканским побережьем от Флориды до Канады. Схожи не только очертания берегов: Вегенер отметил и сходство геологических образований восточного побережья Южной Америки и соответствующих им участков западного побережья Африки. Менее заметно, что западное побережье Мадагаскара соответствует восточному побережью Африки (не той части, которая сейчас находится напротив острова, а расположенным севернее берегам Кении и Танзании), а его восточное побережье — западному побережью Индии. Вегенер также отмечал, что окаменелости, найденные в Африке и Южной Америке, слишком похожи для современного, очень удаленного, расположения этих континентов. Как это объяснить, учитывая ширину Южной Атлантики? Были ли континенты когда-то намного ближе друг к другу или даже соединены? Идея была захватывающей, но слишком передовой для своего времени. Вегенер, кстати, заметил и сходство окаменелостей на Мадагаскаре и в Индии. Имеется сходство и между окаменелостями Европы и Северной Америки.
Карикатура на теорию Вегенера. «Гондвана таймс»: «Отпадение Южной Америки!»
Эти наблюдения привели Вегенера к еретической гипотезе дрейфа материков. Он предположил, что все континенты когда-то составляли суперконтинент, который он назвал Пангеей. На протяжении громадных отрезков геологического времени Пангея постепенно делилась на части, ставшие современными континентами, которые, медленно дрейфуя (и продолжая дрейфовать), постепенно заняли нынешние места на карте.
Легко себе представить, как современники Вегенера интересовались тем (воспользуюсь современным уличным сленгом), что он такое курил. Однако теперь мы знаем, что он был прав. Ну, почти прав: при всей прозорливости Вегенера его гипотеза материкового дрейфа, конечно же, сильно отличается от современной теории тектоники плит. Вегенер полагал, что континенты просто плавают как гигантские корабли (правда, все-таки не в воде, как остров Попсипетль из книги о докторе Дулитле, а в полужидкой мантии нашей планеты). Вполне естественно, что современники встретили его идею скептически. Какие титанические силы способны переместить объект размером с Южную Америку или Африку на тысячи миль? Прежде чем излагать доводы в пользу современной тектоники плит, я вкратце поясню, чем она отличается от теории Вегенера.
Согласно тектонике, поверхность Земли, включая дно океанов, покрыта надвигающимися друг на друга литосферными плитами, на манер рыцарских лат. Знакомые нам континенты — это утолщения плит, поднимающиеся над поверхностью океана. Большая же часть поверхности плит лежит ниже уровня моря. В отличие от континентов Вегенера, они не плавают по морю и не бороздят поверхность Земли: они и есть ее поверхность. Не нужно, следуя Вегенеру, думать, будто континенты сдвигаются или отходят друг от друга. Это происходит иначе. Вообразите плиту, которая постепенно наращивается с одного края за счет удивительного процесса спрединга (растекания морского дна), о котором я расскажу ниже. Другим краем плита может погружаться под соседнюю (это называется субдукцией).
На иллюстрации (цветная вклейка 17) показана часть калифорнийского разлома Сан-Андреас, где сходятся Тихоокеанская и Северо-Американская плиты. Сочетание спрединга и субдукции приводит к тому, что между плитами нет зазоров. Вся поверхность планеты закрыта плитами, каждая из которых, как правило, с какой-нибудь стороны погружается под соседнюю из-за субдукции или смещается, а с остальных сторон растет из-за эффекта спрединга.
Очень любопытно представить себе громадную рифтовую долину, которая когда-то прорезала Гондвану между будущими Африкой и Южной Америкой. Сначала, без сомнения, возникла пунктирная линия озер, как в существующей ныне рифтовой долине в Восточной Африке. Затем, когда тектонические силы увлекли за собой Южную Америку, долина заполнилась морской водой. Представьте себе изумление динозавра, глядящего вслед отчаливающей Западной Гондване. Вегенер был абсолютно прав в том, что совпадение очертаний береговой линии материков неслучайно, однако он ошибся, сочтя материки гигантскими плотами, дрейфующими в океане. Южная Америка, Африка и их континентальный шельф — просто утолщенные части двух плит, большая часть которых лежит под поверхностью океана. Плиты образуют литосферу (от греческих слов «камень» и «сфера»), которая помещается на раскаленной полурасплавленной астеносфере («слабый» и «сфера»). Ее слабость — в отсутствии жесткости. Она, в отличие от твердой литосферы, как очень густая вязкая жидкость, вроде ириски. Некоторая путаница связана с тем, что эти две концентрические сферы не вполне совпадают с более привычным (основанным на химическом составе, а не физических свойствах) делением на кору и мантию.
Большинство плит состоит из литосферных пород двух типов. Глубоководное океанское дно выложено довольно однородным слоем очень плотных пород вулканического происхождения толщиной около десяти километров. Над ним — слой осадочных пород и ила. Повторю: континент — это часть плиты, выступающая над уровнем океана. Плита здесь утолщена за счет дополнительных слоев менее плотной породы. Подводные части плит постоянно надстраиваются по краям — например, на восточном краю Южно-Американской плиты и на западном краю Африканской. Эти два края образуют Срединно-Атлантический хребет, тянущийся от Исландии (которая представляет собой единственный крупный участок хребта, выступающий над поверхностью воды) до Южной Атлантики.
Большинство плит состоит из литосферных пород двух типов. Глубоководное океанское дно выложено довольно однородным слоем очень плотных пород вулканического происхождения толщиной около десяти километров. Над ним — слой осадочных пород и ила. Повторю: континент — это часть плиты, выступающая над уровнем океана. Плита здесь утолщена за счет дополнительных слоев менее плотной породы. Подводные части плит постоянно надстраиваются по краям — например, на восточном краю Южно-Американской плиты и на западном краю Африканской. Эти два края образуют Срединно-Атлантический хребет, тянущийся от Исландии (которая представляет собой единственный крупный участок хребта, выступающий над поверхностью воды) до Южной Атлантики.
Такие же подводные хребты наращивают края плит и в остальных частях мира (цветная вклейка, 18–19). Подводные хребты работают как своего рода вытянутые фонтаны, тысячелетиями (геологическое время течет медленно) выплескивающие наверх расплавленные горные породы: это и есть эффект спрединга морского дна. Раздвигающий морское дно Срединно-Атлантический хребет как бы толкает Африканскую плиту на восток, а Южно-Американскую — на запад. Это похоже на два идущих в разные стороны конвейера, с той разницей, что происходит это с незаметной для нас скоростью. Часто пишут (это уже стало клише), что Африка и Южная Америка расходятся с такой же скоростью, с какой у человека растут ногти. То, что сейчас они отстоят на тысячи миль друг от друга, лишний раз свидетельствует об огромном, отнюдь не библейском возрасте Земли. Это доказательство сравнимо по убедительности с радиометрическим датированием, которое мы обсуждали в главе 4.
Я недаром сказал: «как бы толкает». Идея, что разъезжающиеся конвейеры океанических хребтов расталкивают континенты, сколь привлекательна, столь и нереалистична: масштаб явно не тот. Тектонические плиты слишком массивны, чтобы восходящие токи магмы под океаническими хребтами могли сдвинуть их с места. С тем же успехом головастик мог бы пытаться сдвинуть с места супертанкер. Настоящая причина — другая. Астеносфера, будучи полужидкой, подвержена конвекционным течениям, распространяющимся на всю ее поверхность под плитами. В каждом регионе верхние слои астеносферы медленно движутся в одном направлении, а более глубокие слои — в обратном. Например, верхние слои астеносферы под Южно-Американской плитой неумолимо движутся на запад. Ясно, что восходящие токи под океаническими хребтами не в состоянии сдвинуть континент, но столь же ясно и то, что конвекционное течение, неуклонно движущееся в определенном направлении под поверхностью континента, вполне способно справиться с этой задачей. Это уже не головастик. Танкер с остановленными двигателями в течении Гумбольдта, несомненно, будет дрейфовать.
Такова вкратце современная тектоника плит. Теперь о доказательствах. Как и у многих твердо установленных научных фактов, у тектоники плит есть множество подтверждений[137]. Я ограничусь самым элегантным: оно связано с определением возраста пород, прежде всего с обнаружением полосовых магнитных аномалий. Это доказательство настолько ярко и убедительно, что о нем нельзя было и мечтать: вот еще один пример того, как все улики неизбежно приводят моего детектива, обследующего место преступления, к одному выводу. В данном случае у нас есть даже нечто похожее на отпечатки пальцев: гигантские магнитные «отпечатки» на горных породах.
Давайте отправимся с нашим воображаемым следователем в путешествие по Южной Атлантике на специальной подлодке, корпус которой способен выдержать чудовищное давление воды в океанских глубинах. Наша субмарина, кроме того, оснащена бурами для взятия проб вулканических пород сквозь толщу осадочных слоев и лабораторией для радиометрического определения возраста образцов (см. главу 4). Подлодка берет курс на восток от бразильского порта Масейо, лежащего почти на 10° южной широты. Проплыв пятьдесят километров по мелководью прибрежного шельфа (который можно считать частью Южной Америки), мы задраиваем люки и ныряем в глубину — туда, где естественным источником света служит только зеленоватая люминесценция гротескных существ.
На глубине шести километров мы наконец достигнем дна, пробурим породу и возьмем пробы. Бортовая лаборатория проведет анализ и сообщит нам, что возраст пород составляет около 140 миллионов лет (ранний мел). Наша подводная лодка плывет на восток вдоль десятой параллели, собирая пробы донных пород. Следователь тщательно регистрирует возраст вулканических пород вдоль маршрута и пытается найти закономерность. Долго искать не придется: даже доктор Ватсон не смог бы ее не заметить. По мере движения на восток над великой равниной океанского дна горные породы неуклонно молодеют. Примерно через 730 километров образцы уже относятся к позднему меловому периоду, их возраст около 65 миллионов лет — тогда вымерли последние динозавры. Чем ближе к середине Атлантики, тем моложе становятся породы, и вот наконец прожекторы нашей субмарины освещают подножие гигантского подводного хребта. Это Срединно-Атлантический хребет (цветная вклейка, 18–19), на который субмарине предстоит взбираться. Поднимаемся выше, по дороге собирая пробы и убеждаясь, что породы молодеют. На самом верху они будут совсем молодыми. Собственно, это и есть свежая лава. Остров Вознесения — часть Срединно-Атлантического хребта, поднявшаяся над поверхностью океана совсем недавно в результате серии извержений. Недавно, конечно, по геологическим меркам, в сравнении с возрастом проб, которые мы собирали в пути, — около шести миллионов лет назад.
Теперь мы направляемся к Африке, спускаясь по восточному склону хребта. Следователь, конечно, продолжает сбор и анализ образцов, и — вы уже догадались — по мере приближения к африканскому побережью они становятся старше. Это зеркальное отражение того, что мы наблюдали прежде. Следователь более не сомневается. Плиты удаляются друг от друга по мере того, как морское дно уходит на восток и на запад от хребта. Новые породы, добавляемые к краям плит в результате вулканической активности хребта, раздвигаются в противоположные стороны двумя гигантскими конвейерами Южно-Американской и Африканской плит. Цвета на картах (цветная вклейка, 18–19) показывают возраст пород: красным обозначены самые молодые. Посмотрите, как отчетливо совпадают профили возраста пород по обе стороны Срединно-Атлантического хребта.
Красиво, правда? Это не все. Следователь обратил внимание на любопытное свойство образцов пород: они слегка намагничены, как стрелка компаса. Когда расплавленная порода застывает, в поляризации крошечных кристаллов, составляющих породу, запечатлевается направленность магнитного поля Земли. Они как стрелки компаса, замершие тогда, когда застыла лава. Давно известно, что магнитные полюса Земли не стоят на месте, они перемещаются, вероятно, из-за медленных течений смеси расплавленного железа и никеля, составляющей земное ядро. Сейчас северный магнитный полюс Земли находится около острова Элсмир на севере Канады, но долго он там не задержится (поэтому моряки, ориентируясь по компасу, всегда вносят поправку).
Поскольку наш следователь тщательно фиксировал ориентацию каждого образца в породе, «застывшее» магнитное поле в образцах показывает ему направление магнитного поля Земли в момент, когда застыла лава. И — нокаут! Оказывается, время от времени (с неравными интервалами в десятки или сотни тысяч лет) магнитное поле Земли меняет свое направление на обратное («претерпевает реверсию»), скорее всего из-за значительных смещений в расплавленном железно-никелевом ядре. Что было севером, становится югом, и наоборот. Поскольку порода «запоминает» направление на север, с помощью магнитометра можно увидеть полосы, тянущиеся вдоль океанского дна: в пределах каждой полосы все породы намагничены в одну сторону, тогда как соседние полосы намагничены в обратном направлении. Наш следователь раскрасил их на карте в два цвета, черный и белый. Разглядывая получившийся рисунок, чем-то напоминающий отпечатки пальцев, он обнаруживает четкую закономерность. Как и на карте возраста пород, «отпечатки» магнитного поля по обе стороны хребта являются зеркальным отражением друг друга. Именно этого и следовало ожидать, если магнитная полярность породы фиксируется при застывании лавы, которая затем удаляется в обе стороны от хребта с постоянной и очень низкой скоростью. Элементарно, мой дорогой Ватсон[138].
Обращаясь к терминологии главы 1, скажу, что превращение вегенеровского дрейфа материков в современную тектонику плит представляет собой хрестоматийный образец превращения сомнительного предположения в общепринятый научный теорум или факт. Тектоника плит важна для этой главы, потому что без нее мы не смогли бы вполне объяснить географическое распространение животных и растений. Говоря о первоначальном географическом барьере, разделившем две популяции, я упомянул землетрясение, изменившее течение реки. Точно так можно говорить и о тектонических силах, разрывающих континент надвое и растаскивающих в разные стороны обломки вместе с животными и растениями — пассажирами этого ковчега.