1. Модель конвекции в современной Земле
— Основываясь на исследовании свойств твердого водорода, В. П. Трубнцин вместе с В. Н. Жарковым рассчитали, что Юпитер и другие планеты-гиганты Солнечной системы являются газожидкими телами, а не твердыми ледяными, как считалось раньше. Американские станции «Пионер» подтвердили эти данные, и они уже при жизни Валерия Петровича вошли в школьные учебники.
— В дальнейшем было обнаружено, что оболочка Юпитера вращается быстрее, чем его центральная часть, — из-за действия мощной конвекции в недрах планеты. Понятие «конвекция» здесь ключевое. Исследование этого процесса на Юпитере побудило Валерия Петровича обратить внимание на проблемы тектонической истории Земли.
Результат сложной и долгой работы физика Трубицина и математика Рыкова до смешного прост — это компьютерная программа, выдающая последовательность разнообразных цветных картинок. Программа, которая сделала революцию в науках о внутреннем строении Земли. Как было можно ее запустить на 386-м компьютере, знают лишь сами ученые. Скажу только, что никто в мире не берется решать подобные математические задачи на куда более мощных машинах. Проблема заключается в том, что лучшие умы геологии, физики, математики пока не могут описать в формулах конвекцию в мантии Земли с учетом влияния на нее континентальных и океанических плит. Та самая задача о взаимоотношениях вертикальных потоков вещества и горизонтального движения плит, о которой упоминалось выше.
Начав в своей модели со случайных размеров континентов и ячеек конвекции, Трубицин и Рыков смогли не только объяснить происхождение многих структур Земли, но и выявить более общие закономерности. А принимая их в расчет, можно попытаться по-иному описать историю развития Земли. С момента рождения континентов на нашей планете периодически возникали единые суперконтиненты (рисунки 3, 4, S, б): Моногея — 2,6 — 2,4 миллиарда лет назад; Мегагея — 1,8 миллиарда лет; Мезогея — 1 миллиард лет; Пангея — 200 миллионов лет назад.
2. Карта литосферных плит
3—6. Реконструкции суперконтинентов: Моногея, Мегагея, Мезогея, Пангея
Примерно через каждые восемьсот миллионов лет все континенты собираются вместе, образуя суперконтиненты, чтобы потом рассыпаться по земному шару. И раньше было ясно, что конвекционные потоки в мантии перемещают континентальные плиты по земному шару, но механизм, который заставляет их собираться с такой периодичностью, оставался загадкой. Российские ученые выяснили, что это нечто — сами континенты. Сами континенты управляют сложной динамикой в недрах Земли, играя «на клавишах» восходящих и нисходящих потоков вещества. Вновь возникший мощный нисходящий поток, как воронка, затягивает вещество в глубь Земли, а одновременно стягивает друг к другу, сбивает «в кучу» континенты. Но стоит заткнуть воронку твердой пробкой из континентов, как примерно через двести миллионов лет вместо нисходящего холодного потока здесь возникает поток восходящий и горячий. Он в свою очередь разбивает единый суперконтинент и разносит образовавшиеся его части в разные стороны, пока вновь — через сотни миллионов лет — не начнет действовать воронка нисходящего потока. Такова схема общепланетарного цикла по Трубицину и Рыкову.
А как согласуется их модель с современными наблюдениями? Возьмем для примера лишь несколько самых острых проблем.
Одна из них — Тихий океан. Огромные потоки базальтов поднимаются под ним из мантии, образуя Тихоокеанский хребет. При этом мощный застывший поток в виде океанических литосферных плит устремляется к Азиатскому континенту и погружается под него, а другая часть — движется к Америке. Этот регион сильно выбивается из общей тектонической картины, и чтобы объяснить его странности, было даже высказано предположение, что сюда давным- давно упал небольшой астероид.
Трубицин считает: тихоокеанское образование столь велико, что сами его масштабы свидетельствуют — оно сформировалось очень давно, около полутора миллиардов лет назад. Поток вещества из недр планеты был тогда настолько мощным, что даже при раскалывании очередного суперконтинента в каком-то другом месте расходящиеся материки не смогли перекрыть это тихоокеанское поднятие. А в будущем? А будущее Тихого океана связано с Атлантикой.
7. Будущий суперконтинент, который образуется, но мнению японских ученых, через 250 миллионов лет.
Это кажется странным, потому что Атлантика, точнее Срединно-Атлантический хребет, практически всем отличается от Тихоокеанского хребта. Различия в рельефе, длины хребтов, их симметрия — все разное. Атлантический хребет раздвигается со скоростью в восемь раз меньшей (один сантиметр в год), чем Тихоокеанский. Да и, по данным японских ученых, восходящий поток вещества (который и вызывает раздвижение дна) под Атлантикой узкий, а под Тихим океаном грибообразный и больший по своим размерам. Почему картина именно такая? Это случайность или закономерность? По мнению Трубицина, только принимая в расчет активную роль континентов, можно доказать, что наблюдаемая картина закономерна и даже более — что судьба Тихого неразрывно связана с Атлантическим хребтом.
Срединио-Атлантический хребет образовался на месте восходящего потока, который двести миллионов лет назад раздробил последний по времени суперконтинент Пангею и разнес в стороны существующие ныне континенты. С каждым следующим миллионом лет восходящий поток под Атлантикой будет все больше и больше, пока не достигнет таких размеров, что заставит континенты — Африканский и Евразийский на востоке и Американские на запале — частично перекрыть Тихий океан. Именно на азиатской окраине нынешнего Тихого океана возможно через шестьсот миллионов лет образование нового суперконтииента (рисунок 7).
Оказывается, данные Трубицина, Рыкова и плитотектоники хорошо уживаются вместе. Но...
Глобальный процесс подъема и опускания вещества в мантии в своем частном проявлении приводит к перемещению плит, так сказали бы плитотектонисты, ставя во главу угла процесс. Одна ко, на взгляд российских ученых, это не так. Именно континенты, перемещаясь по планете, вспарывают ее недра до самого ядра. Именно они управляют процессами возникновения или затухания потоков из самых глубин мантии. Не будь на Земле континентов, не было бы того целостного и упорядоченно действующего механизма, который наблюдается на самом деле.
С другой стороны, движение континентальных плит строго закономерно, и, однажды возникнув, они неминуемо должны были вновь и вновь образовывать суперконтиненты, чтобы затем расходиться в разные стороны. Эта предначертанность геологической истории Земли стала понятна только сейчас в результате работы Валерия Трубицина и Виталия Рыкова. Количество континентов, их форма и размеры могли быть различными, но однажды образовавшись, они тем самым предопределили дальнейшую тектоническую судьбу планеты.
Конечно, еще должно пройти время до создания моделей, в которых реальные материки двигаются по сфере, но уже сейчас ясно, что работа, выполненная впервые в мире российскими учеными,— начало революции в наших представлениях о динамике развития Земли. Лед тронулся, и наши соотечественники были тому причиной. •
Неизбежная простота
На этой странице и следующем развороте представлены результаты последовательного выполнения компьютерной программы российских ученых. Взяв для начала ячейки Бенара, возникающие при нагревании вязкого вещества, в которых существуют восходящие потоки — красный цвет и нисходящие — синий цвет, они наложили на них две «щепочки») — условно континенты.