К 1960-м годам ученые были изрядно разочарованы собственным невежеством относительно устройства земных недр, чтобы попытаться что-то предпринять. В частности, возникла мысль пробурить со дна океана (земная кора на материках слишком толстая) скважину до поверхности Мохо и достать кусочек мантии Земли, чтобы на досуге не спеша его изучить. Думали, что если разобраться в свойствах пород в недрах Земли, можно приблизиться к пониманию их взаимодействия и тем самым, возможно, научиться предсказывать землетрясения и другие нежелательные явления.
Проект почти сразу окрестили Mohole,201 и он потерпел практически полный провал. План состоял в том, чтобы опустить бур на глубину 4 тысячи метров в Тихом океане у побережья Мексики и пробурить 5 тысяч метров породы в сравнительно тонкой земной коре. Бурить с корабля в открытом море, по словам одного океанографа, «все равно что спагетиной пытаться просверлить дырку в тротуаре Нью-Йорка с высоты Эмпайр стейт билдинг». Каждая попытка заканчивалась неудачей. Самая большая глубина, которую прошел бур, составила всего 180 метров. Так что Mohole стали называть No Hole.202 В 1966 году из-за непрерывно возрастающих расходов и отсутствия результатов у Конгресса лопнуло терпение и он закрыл проект.
Четыре года спустя попытать счастья на суше решили советские ученые. Они выбрали место на Кольском полуострове недалеко от финской границы и принялись за работу, надеясь пробурить скважину на глубину 15 км. Работа оказалась тяжелее, чем ожидалось, но советские ученые отличались похвальным упорством. Когда на конец через 12 лет они оставили это занятие, было пробурено 12 262 метра. Принимая во внимание, что земная кора составляет лишь около 0,3 % объема планеты и что Кольская скважина не прошла даже трети толщины коры, мы вряд ли можем заявлять о покорении недр.
Но даже при этих скромных размерах скважины почти все их открытия удивили исследователей. Изучение сейсмических волн привело ученых к прогнозу, причем довольно уверенному, что до глубины 4700 метров они встретят осадочные породы, далее последует 2300 метров гранита, а ниже пойдет базальт. Фактически слой осадочных пород был наполовину глубже ожидавшегося, а базальтового слоя совсем не обнаружили. Более того, там, внизу, оказалось значительно жарче, чем ожидалось; на глубине 10 тысяч метров температура достигала 180 градусов по Цельсию — почти в два раза выше предсказывавшейся. Но самым удивительным было то, что порода на глубине была пропитана водой — это вообще считалось невероятным.
Поскольку мы не можем заглянуть внутрь Земли, чтобы узнать, что там находится, приходится прибегать к другим способам, большей частью изучать свойства волн, проходящих через недра. Кое-что можно узнать о мантии по образованиям, называемым кимберлитовыми трубками, в которых формируются алмазы. Происходит следующее: глубоко в недрах Земли случается взрыв, который со сверхзвуковой скоростью выбрасывает на поверхность, по существу, заряд магмы. Явление это абсолютно непредсказуемое. Кимберлитовая трубка может вырваться наружу у вас во дворе, когда вы заняты чтением этой книги. Поскольку они вырываются с такой большой глубины — до 200 км, — кимберлитовые трубки выносят на поверхность такие вещества, которые обычно не найдешь на поверхности или вблизи нее: породу, называемую перидотитом, кристаллы оливина и — лишь изредка, в одной трубке из ста, — алмазы. С кимберлитовыми выбросами выходит много углерода, но большая его часть испаряется или превращается в графит. Только время от времени необходимая масса его выбрасывается в сочетании с нужной скоростью и временем остывания, что приводит к образованию алмазов. Именно такие трубки превратили Иоганнесбург в богатейший мировой алмазный центр. Однако могут существовать другие, еще более крупные трубки, о которых мы не знаем. Геологам известно, что где-то по соседству с северо-восточной частью Индианы имеются свидетельства существования трубки или группы трубок, которые могут быть поистине колоссальными. В разбросанных по всему району местах находили алмазы до 20 карат и даже больше. Но никто не обнаружил их источник. Как отмечает Джон Макфи,203 он может быть похоронен под ледниковыми отложениями, наподобие мэнсонского кратера в Айове, или находится под Великими озерами.
Итак, что мы знаем о недрах Земли? Очень мало. В целом ученые сходятся во мнении, что мир под нами состоит из четырех слоев — твердой внешней коры, мантии из горячей вязкой породы, жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего ядра*.
----
* (Для тех, кто жаждет более подробно представить картину земных глубин, приводим приблизительные размеры разных слоев. От 0 до 40 км — земная кора. От 40 до 400 км — верхняя мантия. От 400 до 650 км — промежуточная зона между верхней и нижней мантиями. От 650 до 2700 км — нижняя мантия. От 2700 до 2890 км — слой «D». От 2890 до 5150 км — внешнее ядро, а от 5150 до 6370 км — внутреннее ядро.)
Известно, что на поверхности преобладают силикаты; они относительно легкие и их недостаточно, чтобы обеспечить наблюдаемую среднюю плотность Земли в целом. Следовательно, внутри должно находиться более тяжелое вещество. Известно, что для образования нашего магнитного поля где-то внутри должен существовать плотный пояс металлических элементов в жидком состоянии. Это то, что является общепризнанным. Но почти все сверх того — как взаимодействуют слои, что определяет их поведение, как они поведут себя в будущем — представляется по крайней мере неопределенным, а чаще крайне неопределенным.
Даже видимая нами часть земного шара — кора, и та является предметом довольно громких споров. Почти во всех трудах по геологии говорится, что земная кора достигает от 5 до 10 км под океанами, около 40 км под материками и 65–95 км под крупными горными цепями, но в рамках этих обобщенных данных наблюдается множество озадачивающих отклонений. Кора под горами Сьерра-Невады, например, имеет толщину всего 30–40 км, и никто не знает почему. По всем законам геофизики Сьерра-Невада должна опускаться, словно уходить в зыбучий песок. (Некоторые считают, что, возможно, так оно и есть.)
Как и когда Земля обрела свою кору — вопрос, разделяющий геологов на два больших лагеря: на тех, кто считает, что это произошло внезапно в начале истории Земли, и тех, кто считает, что это происходило постепенно и несколько позднее. Теорию раннего внезапного возникновения в начале 1960-х годов выдвинул Ричард Армстронг из Йельского университета, посвятивший остаток своей научной деятельности борьбе с теми, кто не был с ним согласен. Он умер от рака в 1991 году, но незадолго до смерти «разразился бранью в адрес своих критиков на страницах австралийского геологического журнала, обвинив их в увековечивании вымыслов», писал о нем журнал Earth («Земля») в 1998 году. «Он умер озлобленным», — рассказывал один из его коллег.
Кора и часть наружной мантии вместе называются литосферой (от греческого «lithos», означающего «камень»), которая, в свою очередь, плавает на слое более мягкой породы, называемом астеносферой (от греческих слов, означающих «лишенный силы»). Но подобные термины никогда полностью не отвечают смыслу. Например, говорить, что литосфера плавает на поверхности астеносферы, — значит подразумевать определенную степень плавучести, что не совсем правильно. Подобным же образом неправильно представлять горные породы текучими, наподобие жидкостей на поверхности. Горные породы являются текучими, но лишь в том смысле, в каком текуче стекло. Этого, может быть, не видно глазом, но все стекло на Земле под неослабным влиянием силы тяжести стекает книзу. Выньте из рамы очень старое стекло в окне европейского собора, и оно окажется заметно толще внизу, чем вверху. Вот о такой «текучести» мы ведем речь. Часовая стрелка движется в десять тысяч раз быстрее «текучих» пород мантии.
Движения происходят не только по горизонтали, как перемещаются земные плиты по поверхности, но также вверх и вниз, как поднимаются и опускаются горные породы в вихревом процессе, известном как конвекция. Конвекцию как процесс впервые ввел в оборот эксцентричный граф фон Румфорд в конце восемнадцатого века. Шестьдесят лет спустя английский приходской священник Осмонд Фишер высказал предположение, что содержимое земных недр вполне может быть достаточно текучим, чтобы перемещаться. Но прошло очень много времени, прежде чем его идея обрела поддержку.
Примерно в 1970 году геофизики испытали изрядное потрясение, осознав, что там, внутри, происходят бурные, беспорядочные процессы. Как пишет в своей книге «Нагая Земля: Новая геофизика» Шавна Фогель:204 «Было похоже на то, будто ученые десятки лет изучали земную атмосферу — тропосферу, стратосферу и так далее, — а потом вдруг узнали о ветре».
С тех пор не утихают споры вокруг того, какой глубины достигает процесс конвекции. Одни говорят, что он начинается на глубине 650 км, другие — глубже 3 тысяч км. Проблема, как заметил Джеймс Трефил, заключается в том, что «имеются две группы данных из двух разных дисциплин, которые невозможно примирить». Геохимики говорят, что некоторые элементы не могут попасть на поверхность планеты из верхней мантии, а должны подняться из более глубоких недр Земли. Поэтому вещества верхней и нижней мантий должны, по крайней мере, периодически смешиваться. Сейсмологи же говорят, что этот тезис не находит подтверждений.
