и твердого верхнего слоя верхней части мантии, под которым находится астеносфера. Эти две оболочки – литосфера и астеносфера – представляют собой важнейшие элементы тектоники плит, поскольку твердые литосферные плиты зависят от пластичной астеносферы, которая нагревается ядром Земли.

До подтверждения теории тектоники плит частоту землетрясений, извержений вулканов и оползней не связывали ни с одним из известных земных процессов. Но после Второй мировой войны геологи нанесли на карту все известные случаи землетрясений в мире поверх участков, в то время считавшихся границами плит. Корреляция была очевидной и поразительной: землетрясения обозначали края плит. С развитием теории тектоники плит ученые осознали, что многие геологические риски напрямую связаны с напряжением на границах плит. Землетрясения порождаются движениями плит, когда происходит разрыв и энергия Земли передается на поверхность. Оползни и обвалы рыхлых осадков происходят в результате сотрясения и связаны с землетрясениями. Геологи выяснили, что вулканы образуются по краям крупных плит в результате «плавления» вещества плиты, когда плита и захваченные океанские воды затягиваются в глубоководные желоба по краям плиты. До подтверждения этой теории местоположение экономически важных залежей руд, имеющих промышленное значение рудных тел, необходимых для добычи минералов, казалось случайным. Однако теория тектоники плит предсказывает, что большинство рудных месторождений находится в зонах высокого давления и температур: вдоль границ взаимодействия плит.

Иными словами, теория тектоники плит произвела революцию в геологии за последние 60 лет. Многие из ныне работающих геологов могут вспомнить, что во времена их учебы в университете профессора геологии даже не преподавали тектонику плит, потому что это была новая теория. А история о том, как происходило преобразование идей от гипотезы дрейфа континентов до основанной на доказательствах объединяющей теории тектоники плит, сама по себе является поучительной.

Подготовка почвы для гипотез дрейфа континентов и тектоники плит

Размышления о форме Земли и происхождении и устойчивости масс суши берут начало в сочинениях досократиков[220]. Среди других концепций эти философы рассматривали также «проблему изменения». Эти идеи стали семенами мыслей, которые тысячелетия спустя привели к появлению гипотезы дрейфа континентов и в конечном итоге теории тектоники плит, когда с наступлением эпохи Великих географических открытий, в период исследования морей и создания карт, первые исследователи и ученые стали изучать очертания континентов и обнаружили, что они являются отражением друг друга. Фламандский картограф Абрахам Ортелий и другие исследователи, включая Фердинанда Магеллана, совершали кругосветные путешествия и продолжали фиксировать эту взаимосвязь[221]. Возникли вопросы о форме континентов и о том, каким образом, возможно, они были собраны вместе. Ортелий создал первый современный атлас мира, Theatrum Orbis Terrarum («Зрелище шара земного»). Например, ученые, изучавшие первые карты Атлантического океана (рис. 5.1), отмечали, что Африка как будто послушно помещается между Северной и Южной Америкой.

Французский зоолог и палеонтолог Жан Батист Ламарк на основе своих исследований ископаемых (см. главу 1) первым сделал вывод, что, вероятно, существует движение континентов. В начале XIX в. Ламарк документально оформил свои размышления о конфигурации массивов суши и океанских бассейнов и в своем труде «Гидрогеология» (Hydrogéologie), опубликованном в 1802 г., предположил, что континенты перемещались по земному шару в западном направлении под действием мировых течений. Он полагал, что распределение ископаемых морских видов выглядит более логичным, если континенты со временем медленно двигались, а океаны неоднократно покрывали участки, которые теперь являются сушей. Тем не менее Ламарк не привел никаких доказательств своей гипотезы движения континентов и не смог найти издателя для «Гидрогеологии», единственной работы (за всю его долгую карьеру), которая посвящена геологии[222]. Так же, как и современные самостоятельно публикующиеся авторы, он решил напечатать книгу сам, но удалось продать всего несколько копий. Книга была предана забвению, и лишь когда исследователи, глубоко интересующиеся историей науки, повторно открыли эту работу, то осознали, насколько она важна[223].

В середине XIX в. представления о природе континентов, похожих на кусочки головоломки, получили дальнейшее развитие в научной литературе. В 1858 г. французский географ Антонио Снайдер-Пеллегрини первым опубликовал две карты: на одной был представлен единый континент, который существовал когда-то в прошлом и состоял из Северной Америки и Африки «до разделения», а на другой карте континенты «после разделения» находились на своих нынешних местах[224]. Свои доводы он подкрепляет тем, что виды растений каменноугольного периода были одинаковыми по обе стороны Атлантики. Но и Снайдер-Пеллегрини не смог предложить приемлемый механизм, объясняющий расхождение континентов. Ученый прибегнул к объяснению из области катастрофизма – будто Всемирный потоп привел к образованию Атлантического океана, – но подобный аргумент был не в почете даже в то время.

Ряд других теорий в XIX в. касались глобальных континентальных процессов, и основное внимание было сосредоточено на представлениях о горообразовании. Существовало несколько теорий. Одни ученые связывали образование гор с расширением Земли, которое, по их мнению, было подобно увеличению воздушного шарика: по мере растяжения поверхности участки поднимались и формировались цепи гор. Другие ученые утверждали, что вся Земля вначале представляла собой расплавленный камень, а затем постепенно остывала, и в результате сжатия земного шара образовывались горы, подобно тому, как сморщивается кожура перезрелого и увядающего яблока. Эта теория известна как теория контракции, согласно которой континенты образовывались по мере опускания океанических бассейнов. Сформировались два лагеря, один в США, а другой – в Европе, которые отстаивали два противоположных варианта теории контракции.

Американский геолог Джеймс Дуайт Дана (см. главу 2) был главным сторонником теории контракции. Согласно его варианту гипотезы, минералы, охлаждавшиеся с разной скоростью, были тем, из чего сформировались массивы суши и океанические бассейны. Химические элементы более тяжелых минералов – железо и магний – сформировали более глубокие океаны, тогда как элементы более легких минералов – кремний, натрий, кальций и калий – сформировали континенты, скользящие выше в коре[225]. Дана утверждал, что после формирования континенты и бассейны океанов зафиксировались неподвижно на своем месте. Этот американский вариант теории контракции также называли теорией перманентности.

Эдуард Зюсс и тектоника

Тем временем австрийский геолог Эдуард Зюсс, ведущий последователь европейской школы в теории контракции, был специалистом по географии Альп и применил теорию контракции для объяснения формирования этой горной цепи в своем труде «О строении высокогорных массивов Центральной Европы» (Ueber den Aufbau der mitteleuropäischen Hochgebirge), опубликованном в 1873 г. Работа Джеймса Даны в Америке оказала значительное влияние на Зюсса, и он стал первым, кто использовал термин «тектоника» (от греч. τεϰτονιϰός – строительный) применительно к теории, которая объясняет движения, деформацию и изменение формы крупных блоков земной коры со временем по отношению друг к другу. Зюсс описал, как фрагменты коры «борются» за свое положение, в результате чего происходит сокращение передних сторон блоков при их