Издательство «КоЛибри» и «Азбука-Аттикус» представляет книгу Элизабет Эрвин-Бланкенхайм «Автобиография Земли: 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты» (перевод Светланы Левензон).
Изучение Земли представляет собой отдельную область науки, хотя она и связана с астрономией, биологией, физикой и химией. Перед вами увлекательная биография нашей планеты, которая посвящает в тайны научного, исторического и философского симбиоза человечества и Земли. Рассматривая планету как интегрированную экосистему, Элизабет Эрвин-Бланкенхайм на примерах показывает, как земля, вода, живые организмы и атмосфера поддерживают превосходный, но хрупкий баланс, который сейчас находится под угрозой. Захватывающая и местами поэтичная, книга рассказывает, каким образом Земля влияла на живые организмы и как живые организмы формировали облик нашей планеты.
«В горных породах и истории Земли скрыты тайны и ключи к преодолению нынешних проблем во всех средах обитания живых организмов — воздушной, водной, наземной, — возникших в результате неустойчивости глобальных круговоротов из-за изменений климата. Более того, наш мир, если не вся Вселенная, не только является отражением таких циклов, но и адаптируется к ним: Земля вращается, поэтому солнце восходит и заходит, чтобы вновь взойти; происходят извержения вулканов, поэтому суша поднимается и опускается, только чтобы вернуться в магму и вновь восстановиться. Представление о цикличности и о том, что в масштабах геологического времени можно назвать астрономическим или планетарным непостоянством, может способствовать построению новых, более плодотворных взаимоотношений с планетой: возможно, более глубокому пониманию, уважению и проявлению заботы о нашей общей среде обитания», — пишет Элизабет Эрвин-Бланкенхайм.
Предлагаем прочитать фрагмент книги.
Исследование океанического дна после Второй мировой войны: объединенная теория тектоники плит
До Второй мировой войны рельеф океанического дна, по существу, был неизвестен. Ученые полагали, что оно представляет собой по большей части плоскую, лишенную каких-то особенностей равнину. Геологи не особенно задумывались о том, каков возраст океанического дна или как оно формировалось. Первые геодезисты документально зафиксировали признаки существования океанических хребтов в середине XIX в., когда проводили картографирование Атлантики для прокладки трансатлантических телеграфных кабелей. Они отбирали донные пробы с помощью механического лота Брукса при проведении глубинного зондирования (определения глубины с помощью веревок, опускаемых в океан настолько глубоко, насколько возможно). Первые оценки структуры, которая позже станет известна как срединно-океанический хребет, были выполнены в 1853 г. лейтенантом ВМС США Отуэем Берриманом, который установил местоположение участка хребта к северу от Азорских островов при проведении картографирования океанического дна. Некоторые океанографы трактовали батиметрические данные как указывающие на «телеграфное плато» — приподнятый плоский участок, расположенный посередине Атлантического океана. Но первые измерения глубины были неточны, и вскоре после сбора данных океанографами разгорелись споры о природе плато и даже о том, существует ли оно вообще. Первоначальные теории утверждали, что океаническое дно поднималось, создавая континенты, а континенты опускались, формируя океаны, в соответствии с теорией контракции, но ни одно из этих утверждений не подтверждалось с появлением новой информации о хребтах и рифтах.
В начале войны немецкий флот господствовал в морях в результате разработки усовершенствованных эффективных смертоносных аппаратов: подводных лодок. В связи с необходимостью борьбы с немецкими подводными лодками исследователи усовершенствовали сонары (эхолокационные приборы) для обнаружения подлодок и магнитометры для изучения океанических бассейнов. Принцип действия сонаров заключается в излучении звуковых волн и приеме отраженных сигналов от объектов, находящихся в толще воды (таких как подлодки), и, конечно, от дна океана. Когда ученые впервые применили сонар для исследования океанического дна, выяснилось, что его рельеф включает горные цепи с пиками выше, чем гора Эверест, глубоководные желоба глубиной до 11 000 м и действительно несколько плоских участков, которые называются абиссальными равнинами. Океанографы определяют рельеф дна океана с помощью батиметрии, подобно тому, как географы и геологи изучают рельеф земной поверхности. Океанографы начали создавать батиметрические карты дна всех океанов и обнаружили, что, помимо других зон, посреди Атлантического океана, между Северной и Южной Америкой и Европой и Африкой, с севера на юг протянулись огромные горные цепи.
Некоторые ученые, в том числе Гарри Хэммонд Хесс (1906–1969), профессор петрологии Принстонского университета, и Уильям Морис Эвинг, геофизик из Лихайского университета, а позже профессор Колумбийского университета, применяли дистанционное зондирование для изучения строения и характера океанического дна. До начала Второй мировой войны Хесс поступил на службу в ВМС США и использовал эхолокаторы в Тихом океане для выявления плосковершинных подводных горных структур, которые он назвал гайотами в честь одного из своих профессоров. Хесс полагал, что это были древние вулканы, которые погрузились в океан, и их вершины выровняли волны. Позже Хесс продолжил собирать воедино множество разных групп доказательств в поддержку спрединга морского дна (механизма образования нового океанического дна вдоль срединно-океанических хребтов, которое приводит к тому, что континенты удаляются друг от друга), но сначала было необходимо собрать многочисленные данные о морском дне; более того, в некоторых случаях требовалась разработка новых инструментов для сбора и регистрации информации.
До Второй мировой войны Береговая и геодезическая служба США, а также Принстонский университет поставили перед Уильямом Эвингом и его студентами задачу по развитию новой области науки — геофизики — не только применительно к суше (с использованием динамита для исследований сейсмических преломленных волн), но и к континентальному шельфу и океаническим бассейнам. Эвинг был хорошо к этому подготовлен: он занимался изучением применения дистанционного зондирования для разведки нефти и угля. Однако поскольку оборудования для проведения таких исследований не существовало, большинство инструментов Эвинг сконструировал сам. В 1935 г., используя собственный метод дистанционного зондирования, Эвинг выяснил, что континентальный шельф, включая континентальный склон и подъем, сложен из осадков мощностью 4 000 м. Кроме того, фундамент континента находится под песками, илами и галечниками шельфа и равномерно наклонен вниз к океаническому дну.
Уильям Эвинг был первым директором Геологической обсерватории Ламонта, основанной в 1949 г., которая теперь называется Обсерваторией Земли Ламонта — Доэрти. Обсерватория находится в семейном поместье Ламонтов Тори-Клифф в Пэлисейдсе к северу от Нью-Йорка. В настоящее время она обладает самой большой в мире коллекцией образцов океанической коры и океанических осадков, наряду с батиметрическими профилями океана, магниторазведочными данными и профилями и результатами измерений тепловых потоков. Эвинг получил в Колумбийском университете докторскую степень по физике и применял физику для решения проблем, стоящих перед геологией, особенно в том, что касается измерений и регистрации данных об особенностях структур, расположенных под поверхностью или глубоко под землей, недоступных глазу.
Обсерватория Ламонта на тот момент была самым молодым океанографическим исследовательским учреждением в США. Институт океанографии Скриппса был основан в 1903 г. в Ла-Хойе, Калифорния, как Ассоциация морской биологии Сан-Диего. В 1912 г. это учреждение стало частью Калифорнийского университета и сменило название в знак признательности спонсорам, обеспечивавшим бо́льшую часть финансирования. Океанографический институт в Вудс-Хоуле был основан в 1930 г. как летний исследовательский центр, но он превратился в круглогодично функционирующее учреждение, когда из-за грядущей войны возросла потребность в исследовательских проектах, связанных с обороной.
В начале 1950-х гг. несколько исследователей, ассистентов и аспирантов Эвинга в обсерватории Ламонта представили важнейшую информацию о структуре, которую назовут срединно-океаническим хребтом. Одной из них была геолог и картограф Мари Тарп (1920–2006), которую приняли на должность научного ассистента Эвинга. Руководители Тарп отправили ее в лабораторию, поскольку (и это было предсказуемо) не позволяли женщинам участвовать в работе по сбору данных на исследовательских судах. На основе данных, полученных с использованием сонаров и сейсмографов и предоставленных учеными, работавшими на этих судах, Мари Тарп нанесла на карту шесть длинных поперечных трещин, идущих с востока на запад в Северной Атлантике. Тарп поняла, что рифтовая долина — долина с крутыми склонами, образовавшаяся в результате действия сил растяжения, действовавших на кору в продольном направлении, — расположена в центре массивной горной цепи, протянувшейся с севера на юг в середине Северной Атлантики.
Это открытие вызвало споры и сомнения. Мари Тарп вновь нанесла на карту все данные зондирования и получила те же результаты. Вскоре после этого американский геолог Брюс Хизен начал наносить на карту эпицентры землетрясений в Северной Атлантике и обнаружил, что места землетрясений совпадают с выявленной Тарп структурой посреди океана и сосредоточены на рифте. Это открытие означало, что трещина была активна, поскольку землетрясения в районе срединно-океанического хребта сопровождают формирование нового морского дна по мере поднятия магмы. Связь между подводными землетрясениями и срединно-океаническим хребтом в Северной Атлантике, обнаруженная в 1950-х гг., побудила Хизена и Эвинга изучить более точные способы нанесения на карту данных о землетрясениях, а также расширить масштабы исследования и включить в него другие океанические бассейны. Вместе со своими научными ассистентами, в том числе Хизеном, Уильям Эвинг в 1956 г. опубликовал статью, в которой постулировал существование срединно-океанических хребтов и связанных с ними землетрясений во всех океанах. До тех пор хребет был обнаружен только в Северной Атлантике, поэтому другие ученые сразу же отнеслись к идее скептически. Они пытались доказать, что теория неверна, но было подтверждено, что срединно-океанический хребет находится именно там, где предсказывал Хизен. Данные о существовании срединно-океанического хребта с рифтовой долиной посередине в конечном итоге привели к появлению теории спрединга морского дна.