Это открытие, сделанное по данным палеомагнетизма британскими учеными из группы Патрика Блэкетта, как спусковой крючок вызвало целую лавину исследований палеомагнетизма Земли, которые в конечном итоге привели к современной теории тектоники литосферных плит.
Пошатнувшаяся Британия
Явление остаточной намагниченности некоторых горных пород было известно с начала ХХ века. Когда они остывают, то их ориентировка на этот момент на магнитный полюс Земли «консервируется». Магнитные полюса Земли не точно совпадают с географическими Северным и Южным полюсами, а как бы постоянно блуждают вокруг них с большой по геологическим меркам скоростью — до десятков километров в год. Например, сейчас южный магнитный полюс находится не в центре, а на краю Антарктиды, а северный покинул канадскую Арктику и движется к нашему Таймыру. Но далеко от географических полюсов они не отходят, а бродят вокруг них как на привязи, по эллиптической траектории.
В 1954 году группа британских ученых под руководством Патрика Блэкетта обнаружила, что направление на полюс у магматических пород Великобритании, которые остыли в триасе (200 млн лет назад), отличается от современного на 30 градусов. Объяснений было всего два: либо на 30 градусов по долготе сместился полюс, либо Британские острова повернулись по часовой стрелке на те же 30 градусов. Проще было поверить во второе.
Но одной Британии для далеко идущих выводов было мало, и сотрудники Блэкетта разъехались по всем континентам, включая Антарктиду, измерять остаточный магнетизм тамошних базальтов. Первые же результаты, полученные ими на плато Декан в центре Индии, показали, что полуостров Индостан 100 млн лет назад находился в Южном полушарии, если, конечно, магнитные полюсы Земли оставить на их привычном месте.
Смерть и рождение Атлантического океана
Другой британский физик Кит Ранкорн не собрался оставлять магнитные полюса на их современном месте. Его гипотеза была такая. Если Британские острова и континенты стояли на своих местах последние 200 млн лет, а сильно блуждал магнитный полюс, то надо собрать данные палеомагнитных измерений для магматических пород разного возраста на разных континентах, соединить точки и сравнить полученные линии. Если континенты стояли на месте, то линии должны совпасть.
Он составил схему миграции палеомагнитного полюса по результатам измерений на Британских островах за почти 600 млн лет. Траектория блуждания палеомагнитного полюса получилась замысловатой: сначала он располагался на западном побережье Северной Америки, затем побывал в центре Тихого океана, в Японии, в Беринговом море, наконец, сместился еще дальше к северу и замер в современном положении.
После этого Ранкорн проводит точно такие же измерения в США. Кривые перемещения полюса были похожи, но не совпадали. И чем древнее был остаточный магнетизм пород, тем на большее угловое расстояние расходились и сами кривые. Для самых древних точек измерения расхождение достигало 30 градусов по долготе. А это в точности соответствовало ширине Атлантического океана. Но стоило представить, что Атлантического океана нет, как кривые полностью совпадали.
Иными словами, если в машине времени двигаться в прошлое, то в какой-то момент Атлантический океан на глазах начнет сужаться, а потом окончательно «схлопнется». Если же на машине времени возвращаться в настоящее, то Атлантический океан возникает в виде щели между Африкой и Южной Америкой и стремительно расширяется. Получилось так, что Ранкорн хотел опровергнуть данные Блэкетта, но вместо этого подтвердил их, а заодно подтвердил теорию дрейфа материков.
Предположения и доказательства
Ну и что тут нового? Все это давно описано в школьных учебниках географии. На уроках географии в шестом классе учитель нам рассказывал о том, что некогда единый материк Пангея со временем развалился сначала надвое, а потом ее северный осколок Лавразия поделился на Евразию и Северную Америку, а южный Гондвана — на Африку, Южную Америку, Австралию и Антарктиду. Учитель говорил, что это называется дрейфом материков, дрейф этот продолжается и сейчас по несколько сантиметров в год, и что открыл его в 1912 году замечательный немецкий ученый Альфред Вегенер, и он же придумал название для единого праматерика — Пангея.
Немецкий геофизик Вегенер действительно написал обо всем этом в своей книге «Die Entstehung der Kontinente und Ozeane» («Образование континентов и океанов»), которую после Первой мировой войны перевели на все основные языки мира. Ее, разумеется, читали ученые коллеги Вегенера. Некоторые считали его теорию неверной, но большинство чувствовало, что Вегенер прав. Только убедительных доказательств своей правоты он не привел, а его причина распадения Пангеи и дальнейшего ее дробления на современные материки — центробежная сила вращения Земли и притяжения Солнца и Луны — была смехотворной со всех точек зрения науки, даже столетней давности. Но симпатизирующие теории Вегенера ученые тоже не могли привести серьезных доказательств в ее пользу. Это была всего лишь гипотеза, которая, как показало время, полностью подтвердилась, но на тот момент — только гипотеза без веских доказательств ее верности.
Сам Вегенер опирался на довольно слабые с точки зрения геофизики косвенные доказательства — сходство горных пород, тектонических структур, фауны и флоры по обе стороны Атлантического океана. Сам он писал, что у него было такое ощущение, будто он нашел две половинки разорванной газеты и может, наконец, прочесть заинтересовавшую его статью. Но точно такое же ощущение испытывали даже далекие от науки люди еще за 300 лет до Вегенера.
Расколовшаяся земная твердь
В 1595 году была опубликована карта мира фламандского географа Меркатора в прямоугольной системе координат. Наверняка рисовавший карту Меркатор обратил внимание на то, что контуры западного берега Африки и восточного берега Америки удивительно похожи, как будто кто-то оторвал их друг от друга и растащил на его карте на две тысячи миль друг от друга. Не слепой же он был.
Не слепые были и все остальные, кто смотрел на карту мира. Невозможно перечислить всех людей — от ученых до простого матроса, которые начиная с XVII века, глядя на карту Атлантики, думали так же, как Вегенер. Десятки ученых писали, по сути, то же самое, что Вегенер, задолго до него, но по части доказательств они ничем не отличались от вахтенного матроса за штурвалом парусника, перед которым на мостике висела карта Меркатора. Доказательств, которые превратили бы их ощущение в научную теорию, у них не было.
Первые железобетонные доказательства теории Вегенера дали палеомагнитные измерения британских ученых из групп Блэкетта и Ранкорна. Следом за ними появились и другие доказательства других геофизиков и океанологов. Ученые уже по-другому взглянули на срединный океанический хребет, тянущийся посередине Атлантического океана от Северного до Южного полюса Земли. Дальше — больше, оказалось, что в зонах расширения (срединно-океанических хребтах) в результате спрединга (seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая погружается в мантию Земли.
Кончилось все это тем, что гипотеза мобилизма Вегенера превратилась в современную теорию неомобилизма. Дрейф континентов только ее часть, а сама теория стала основой всей современной геофизики литосферы — твердой оболочки Земли. Имена этих ученых никто уже не помнит и вряд ли вспомнит, современная наука — дело коллективное, почитать о них и их открытиях можно в интернете в книге геолога и историка науки С. И. Романовского «Великие геологические открытия». Полезное чтение для всех, кому интересно, насколько на самом деле надежна земная твердь, на которой все мы живем.
Но началось все 65 лет назад с работ по палеомагнетизму британских ученых Патрика Блэкетта и Кита Ранкорна. Образно говоря, удар их исследований по современной им науке геофизике был настолько сильным, что в конечном итоге треснула и расползлась в стороны не только Пангея Вегенера, но и вся земная оболочка, которая по сегодняшним преставлениям состоит из восьми крупных, десятков средних и множества мелких литосферных плит, плавающих на подстилающем их слое магмы.
Универсальный сэр
В заключение, наверное, стоит добавить, что если Кит Ранкорн был на все сто процентов геофизиком, то для Блэкетта его занятия палеомагнетизмом планеты были скорее своего рода очередным научным хобби. Начинал он как физик-ядерщик и первым в 1925 году сделал снимки превращения азота в кислород при бомбардировке азота альфа-частицами, то есть экспериментально доказал трансмутацию одного химического элемента в другой под действием радиации. Первым он показал и реальность процесса аннигиляции при встрече частиц материи и антиматерии. В 1940 году английские бомбардировщики были снабжены механическим компьютерным прицелом для бомбометания Mark XIV Computing Bomb Sight его конструкции. Через год слегка модернизированный прицел Блэкетта под названием Sperry T-1 появился на американских бомбардировщиках.
В 1948 году он получил Нобелевскую премию по физике «за усовершенствование метода камеры Вильсона и сделанные в связи с этим открытия в области ядерной физики и космической радиации» и стал сэром Патриком, бароном Блэкеттом. Британский геофизик Эдвард Буллок (тоже, кстати, сэр Эдвард), который в 1965 году методом наименьших квадратов нашел идеальное сочленение материков Африки и Америки по внешним краям их континентальных шельфов (а не по береговым линиям), писал о Блэкетте как о «самом универсальном и самом любимом физике своего поколения». Наверное, стоит знать об этом: мем «британские ученые» не всегда имел современный иронический оттенок.
Сергей Петухов
