Подтверждение гипотезы
Ученым известны также другие «горячие точки» на Земле. В некоторых из них лава не изливалась, а прорывалась; в этом случае геофизики говорят о супер-извержениях. Следы таких древних или недавних извержений позволяют классифицировать их по количеству выброшенной лавы, и в этом смысле самым большим было извержение супер-вулкана Паранья-Этендека, произошедшее 132 млн лет назад (объем выброса составил свыше 15 тысяч куб.км!), за ним следует Ла Гарита в нынешнем штате Колорадо (28 млн лет назад с объемом лавы в 5 тысяч куб.км) и Таупо в Новой Зеландии («всего» 27 тысяч лет назад; 1170 куб.км.лавы). Самой же знаменитой в истории была несомненно индонезийская Тоба, извержение которой произошло 74 тысяч лет и, как считают палеоантропологи, привело к гибели 60% тогдашнего человечества. Некоторые «горячие точки» активны еще и сегодня – цепочка вулканов на Гавайских островах, о. Реюньон с Индийском океане, Исландия и др.
Пытаясь объяснить все эти явления, американский геофизик Джесон Морган в 1971 году как раз и выдвинул гипотезу т.н. «магматических шлейфов» (theory of plumes по-английски). «Шлейфом» в геологическим смысле он назвал огромную трубу горячей магмы, которая зарождается на внешней оболочке земного ядра и поднимается оттуда на тысячи км почти к самой земной коре (такой «шлейф» и впрямь не столько следует за «платьем», сколько торчит над ним). Чтобы лучше понять эту гипотезу, нужно припомнить строение земных недр. Как известно, радиус Земли составляет 6370 км. Самый верхний ее слой, т.н. литосфера, это та твердая оболочка, на которой расположены континенты и океаны. Толщина ее - не более 75-80 км (под океанами – всего 5-10 км). Сейсмические волны, порожденные землетрясениями или извержениями вулканов, имеют разные скорости в литосфере и ниже нее, что говорит о разной пластичности пород: литосферу составляют твердые (в частности гранитные) породы, а т.н. «мантию», которая подстилает литосферу, - более пластичные силикатные, в которых волны проходят быстрее. Плиты, на которые расколота литосфера (т.е. континентальные и океанские плиты), способны медленно перемещаться по вязкой мантии (это движение называется тектоникой плит), а там, где они стыкуются, одна из них (более тяжелая океанская) уходит под другую (более легкую континентальную.) и тонет в глубине магмы (обломки этой плиты погружаются на 600 и даже 1000 км).
Мантия составляет 85% объема Земли, она простирается на глубину до 2890 км, а ниже начинается переходный слой, где мантия встречается с внешней частью земного ядра. Именно в этом слое, по Моргану, и зарождаются «шлейфы». Еще ниже, на глубине 5150 км, расположено твердое внутреннее ядро, содержащее в себе соединения железа и никеля с радиоактивными веществами. Его вращение порождает магнитное поле Земли. Температура на его поверхности – почти солнечная, порядка 5700 градусов. Частично это обусловлено тем, что глубинные слои еще сохраняют температуру первичной Земли (она возникла в результате гигантских соударений огромных кусков вещества и поначалу представляла собой огромную жидкую «каплю), частично тем, что внутри ядра идет распад тяжелых радиоактивных соединений (опустившихся при образовании Земли в центр этой жидкой «капли»). Выделяемое в ядре тепло медленно проникает в вышележащую мантию, рассеивается там в результате конвекции и в конечном счете переходит в литосферу, которая излучает это тепло в космос.
Как уже сказано, гипотеза Моргана возникла как попытка объяснения «горячих точек» на Земле, т.е. тех мест, где то и дело происходит прорыв раскаленной лавы. Нетрудно понять, что в силу движения континентальных и океанских плит относительно мантии, эти точки выхода лавы со временем смещаются, образуя цепочку вулканических «следов». Такова Гавайская «цепочка; такие же следы последовательно смещавшихся извержений ученые нашли в Йеллоустоне. Но на Земле происходят и другого рода, вызванные тем, что раскаленной лаве легче прорваться из мантии на поверхность литосферы в местах подползания океанских плит под континентальные. Такие вулканические места действительно концентрируются на границах океанских плит (примером могут служить вулканы Камчатки и Алеутских островов). Тем не менее многие геофизики считали, что движением плит можно объяснить практически все извержения на Земле. Прорывы лавы в других местах, где нет стыка плит, они относили за счет деформации и утоньшения той или иной плиты в ходе ее движения. А некоторые добавляли к этой причине также удары мощных метеоритов.
Вот почему гипотеза Моргана была поначалу встречена весьма скептически, и долгое время считалась не имеющей достаточных оснований. Положение несколько изменилось лишь в 2011 г. , когда были опубликованы результаты изучения Иеллоустонской вулканической «цепочки». Но и тогда скептики продожали говорить о «скудости фактов». И вот недавно эта гипотеза получила, наконец, долгожданное и надежное подтверждение. В сентябре 2015 года два американских геолога, Барбара Романович и Скотт Френч, опубликовали результаты т.н. «томографического анализа» сейсмических волн, порождаемых большими землетрясениями. Они изучили 273 таких землетрясения последних лет. Порожденные ими волны проходили сквозь толщу Земли и, натыкаясь на аномально горячие (и потому менее плотные) структуры в этой толще, ускоряли свое движение. Собирая данные о каждой волне за все время ее движения, полученные различными сейсмическими станциями по всему земному шару, учены получили исходные параметры для построения графика этого движения во всем объеме Земли.
Вычислительная работа, необходимая для такого анализа, оказалась огромной – если бы проводить ее на одном, даже суперкомпьютере, она потребовала бы 3 миллионов часов его работы! Но результат оправдал эти затраты. Теперь уже можно говорить о реальном существовании по меньшей мере 28-ми «шлейфов», большинство которых расположены именно под «горячими точками» на поверхности Земли. Более того – выявлено и их строение. Каждый такой столб раскаленного вещества расположен всегда в одном и том же месте относительно ядра Земли, имеет диаметр 600-800 км (втрое больше того, что предполагал первоначально Морган) и поднимается вертикально вверх от границы ядро-мантия на высоту около 3000 км. Его не отклоняют ни конвекция вещества в окружающей мантии, ни куски океанских плит, тонущие в ней. Однако на входе в верхнюю мантию (где-то на глубине 600-1000 км) эти столбы почему-то начинают изгибаться, а затем их концы расширяются этакими «зонтиками». Причина такого изменения пока загадочна, как загадочен пока и механизм самого возникновения и устойчивости этих шлейфов. Но уже сейчас можно сказать, что именно эти шлейфы, по всей видимости, уносят основную часть тепла из земных глубин к поверхности. Это во многом меняет представления ученых о механизме остывания земного шара в частности и о деталях теплового баланса Земли в целом.
*************************************************************************************************************************88
Заглядывая в далекое будущее
Начну издалека. Несколько недель назад астрономы сообщили, что среди звездных систем, данные о которых собраны за минувшие годы телескопом Кеплера, выявлена любопытная звезда, которая представляет собой «почти двойника» нашего Солнца. Она находится в полутора тысячах световых лет от нас (мизерное расстояние как по вселенским масштабам), больше Солнца на 3%, ярче на 4%, а главное – того же физического типа, то есть проходит тот же эволюционный путь, что и Солнце. Точнее – прошла, потому что в одном отношении она сильно отличается от него – она старше на 1.5 миллиарда лет. Поэтому изучая ее, астрономы могут воочию увидеть будущее нашего Солнца.
Но самое интересное состоит в том, что около этой звезды обнаружена планета, которая является «почти двойником» нашей Земли: она находится почти на таком же расстоянии от своей звезды, что Земля от Солнца, имеет почти ту же массу, что Земля, только на 60% больше по диаметру и, по мнению астрономов, может быть даже скалистой. Если верны нынешние теории образования планет, то эта планета должна была образовать около своей звезды на той же стадии ее эволюции, на какой наша Земля сформировалась около Солнца. И поскольку новооткрытая звезда прошла эту стадию на 1.5 миллиарда лет раньше Солнца, то можно думать, что ее планета сформировалась на 1.5 млрд лет раньше Земли. И сейчас она, соответственно, на 1.5 млрд лет старше. Поэтому, глядя на нее, можно увидеть далекое будущее нашей планеты.
Вот ради этого вывода я и начал столь издалека. Что же нас ожидает? Что говорит об этом наш двойник, опередивший нас на пути в будущее? Это и есть самое интересное. И даже поучительное. Потому что, как говорят астрономы, если все вышеприведенные эти данные и рассуждения подтвердятся дальнейшими наблюдениями, то придется признать, что наш далекий двойник уже вступил на порог самоускоряющегося и неостановимого процесса, который ожидает все подобные планеты около звезд типа Солнца – процесса превращения в раскаленную, безводную и безжизненную пустыню. Легко понять, как ученые пришли к такому выводу. Они уже знают, что звезды типа Солнца начинают свою жизнь, будучи не очень большими и испуская относительно мало тепла. Но постепенно они растут в размерах и разогреваются.
Наше Солнце, возникшее 4.5 млрд лет назад, сегодня «жарче» на 20%. Еще полтора миллиарда лет спустя оно станет много больше и много жарче. Это приведет к усиленному испарению океанов. Испарение выовдет рост концентрации водяных паров в атмосфере. Поскольку водяные пары – один из самых эффективных «парниковых» факторов, рост их концентрации вызовет рост температур под этой «водяной» оболочкой. А рост температур вызовет еще больший рост испарения океанов. Это и есть тот самоускоряющийся и неостановимый процесс, о котором говорилось выше. Он закончится только после полного испарения всей воды на планете. После этого под ее атмосферой (теперь уже почти непроницаемой для солнечного света) установится некое тепловое равновесие около отметки в несколько сот градусов Цельсия, после чего эта температура будет возрастать в соответствии с ростом потока энергии от звезды. Так будет продолжаться до тех пор, пока звезда, расширяясь, не поглотит самое планету.
Такое вот жутковатое далекое будущее. Я рассказал об этом, чтобы показать, какую опасность для жизни составляют вышедшие из-под контроля климатические процессы. Конечно, есть вот такие процессы, как вышеописанный, которые неизбежны, потому что ими управляет наша звезда, наше Солнце. Но есть климатические процессы, на которые влияем мы сами, и урок рассказанной истории – в том, что за этим влиянием нам нужно следить особенно дотошно, потому что тут можно что-то изменить и крайне важно сделать это во-время.
Рафаил Нудельман
"Окна", 19.11.2015