Океан совсем рядом

У меня было такое впечатление, что в геологическом мире все перепуталось. Институт океанологии АН СССР посылает крупные экспедиции... в центральные районы евразийской суши, а в Геленджик весной этого года на встречу морских геологов съехались ученые из 33 городов страны. Причем в большинстве из городов, где соленым бризом, как говорится, и не пахнет. Встреча эта называлась Всесоюзной школой морской геологии, но предназначалась отнюдь не для начинающих: около половины ее участников были доктора и кандидаты наук.

 

 

Мне захотелось побывать на всех докладах. Увы, пришлось умерить аппетит. Докладов оказалось более двухсот.
Я расскажу лишь о двух. Думаю, они помогут понять, почему современные океанологи стали неравнодушны к материкам, а сухопутные геологи начали проявлять повышенный интерес к делам сугубо морским.

По берегу реки Шулдак...

Реку Шулдак, что на Южном Урале, можно было бы демонстрировать всем намеревающимся посвятить себя науке как назидательный пример: чего можно добиться упорным трудом. При более чем скромных возможностях (сильный поток здесь бывает лишь в пору весеннего паводка) река умудрилась проточить настоящий каньон. Вскрыла массу кремнистых слоев, крепчайший базальт и даже добралась до еще более плотных подстилающих горизонтов. Так на крутом берегу обнажились горные постройки, сооруженные природой сотни миллионов лет назад.

Зрелище это удивительное. В одних местах всю толщу крутого берега занимали застывшие потоки базальтовой лавы самых причудливых форм. То в виде оплывшего на свечах воска. То похожие на перестоявшее тесто, забытое нерасторопной хозяйкой и убежавшее из квашни. Но больше всего попадалось «труб» — гигантских пачек ровных «макарон». Поперечный разрез каждой такой «трубы» напоминал подушку. Наверное, поэтому такие лавы называли подушечными.

В другом месте все наслоения пронизывало множество нешироких пластин — так называемых даек. Тоже базальтовых. Края у них зазубрились, верхушки оголились, и оттого сооружение, вскрытое Шулдаком, издали стало походить на полуразрушенный готический замок с вытянутыми остроконечными башнями.

Казалось бы, московскому геологу, руководителю экспедиции Льву Павловичу Зоненшайну, как и геохимику из Иркутска Михаилу Ивановичу Кузьмину, вся эта базальтовая экзотика должна была уже порядком наскучить — их маршруты в этом полевом сезоне изо дня в день пролегали по шулдакскому каньону,— но каждый раз в уникальном береговом обнажении, протянувшемся на полтора десятка километров, они открывали для себя что-то новое. Вот и на этот раз в образовавшемся разрыве сидела дайка, которая как бы заполнила собой готовую неширокую трещину.
— Это же настоящий гъяр! — восхитился Лев Павлович.— Совсем как в Красноморском рифте.

Гъяры вошли в лексикон морских геологов недавно, с той поры, как акванавты впервые заглянули в рифты — осевые долины срединных океанических хребтов. Больше того, гъяры — эти неширокие продольные трещины — стали прямым доказательством, что глубоководное дно разрастается, разрываясь под напором вещества верхней мантии Земли, отчего и совершается великий акт сотворения новых участков земной коры. Так происходит и в Красном море, претендующем, по-видимому, на роль будущего океана. И вот то же, судя по всему, когда-то происходило и здесь. Иными словами, на Южном Урале выходила на поверхность океаническая кора. Ее можно было изучать, не прибегая ни к морскому бурению, ни к батискафам, а просто с обычным геологическим молотком в руке.

Впрочем, о том, что вдоль Уральского хребта местами встречаются фрагменты океанической коры, было известно и раньше. Вопрос заключался в том, как она сюда попала. Вот это и намеревалась выяснить очередная экспедиция.

Ученые сделали предположение, что весь шулдакский береговой массив — это часть древних вулканических островов, заложенных на глубоководной коре, и что в принципе они аналогичны, скажем, современной Курильской гряде.
Требовались образцы.
— Посмотрим, посмотрим,— приговаривал Кузьмин, сноровисто работая геологическим молотком.— Были бы хорошие образцы, а уж выяснить, какого они роду-племени,— дело техники.

...По вечерам, когда группы возвращались из маршрутов, палаточный лагерь на берегу Шулдака становился похожим на муравейник. Впечатления прошедшего дня требовали выхода. Их сопоставляли с тем, что было выявлено раньше,— здесь собрались в большинстве своем люди, немало походившие по Уралу.

Но, как известно, два геолога — три мнения. Однако главного — того, что океан здесь все-таки существовал, уже не отрицал никто. Каким он был — вот о чем дискутировали.

Много говорили о событиях раннего рифея. Что же произошло тогда — полтора миллиарда лет назад? Очень знаменательное событие: западнее нынешнего Урала континент распороли глубочайшие трещины, две материковые глыбы разошлись в разные стороны. Следы той давней катастрофы обнаружены в Башкирии — и на поверхности, и когда бурили на большой глубине.

Потом вдоль всего места разрыва (вплоть до современного острова Вайгач) тянулась береговая окраина Восточно-Европейского континента. Это установила М. Клюжина из Свердловска — приливы, отливы, богатое жизнью широкое шельфовое мелководье.

А почти миллиард лет спустя, как выяснили ученые из Уфы М. Камалетдинов, Т. и Ю. Казанцевы, сюда начали надвигаться (уже с востока) протяженные пластины океанической коры — целые полосы глубоководного дна. Взгромоздившись на край материка, они сминали его в складки. Так повторялось трижды: надвиг, пауза в десятки миллионов лет, и вот строго «в затылок» первому сооружению наползает из вод морских следующий горный пояс. Они, эти пояса, четко различимы и сегодня — чем восточнее, тем моложе.

— Там же типичное лавовое озеро!..— вдруг доносится до Зоненшайна обрывок чьей-то реплики. Лев Павлович тоже видел здесь это каменное озеро среди подушечных лав, подивился его сохранности и запомнил как характерную примету сравнительно быстрого раскрытия океанского дна.

«Так каким же все-таки был этот Уральский палеокеан? — спрашивал себя ученый.— Несостоявшимся, не шире современного Красного моря, или настоящим — просторным?»

...О результатах химических анализов он узнал уже по возвращении в Москву. Цифры, комментарии — все в стиле Кузьмина: обстоятельно и точно.

Итак, шулдакские «подушки» — аналоги красноморских базальтов. Это несомненно. А те образцы, что собрали в стороне от скопления даек, идентичны по составу с вулканическими лавами тихоокеанского «огненного кольца».

Выходит, в Мугоджарах и вправду вышла на поверхность древняя островная дуга, поднявшаяся в свое время на океанической коре.

И еще. В «подушках» с Шулдака повышенное содержание титана. Так же, как у базальтов с Восточно-Тихоокеанского поднятия. А ведь там довольно высокая скорость раздвигания дна — пять сантиметров в год. вдвое больше, чем в Атлантике. Значит, это все-таки верная примета быстрого «раскрытия» океана.

И еще одно. Характерной особенностью мугоджарских базальтов была «слабая пузыристость». То есть у них совсем немного мелких пор — гораздо меньше, чем у «подушек» из рифта Красного моря. А там до дна километра полтора-два. Поры — это следы пузырьков газа: чем выше давление океанской толщи в момент излияния лавы, тем их меньше. В общем, шулдакские «подушки» появились под водой на большой глубине — примерно 3 тысячи метров.

Итак, сам по себе напрашивался вывод: к середине палеозоя океан распахнулся полностью. Если судить по скорости и продолжительности раскрытия, то был он все же довольно широким — что-то вроде нынешней Северной Атлантики. Высокие приливы, набеги штормовых волн затопляли пока что еще безжизненные берега. Около 400 миллионов лет назад—новое событие: сжатие коры. Она треснула. Да как! Края плит стали налезать друг на друга — над водой поднялся архипелаг островов. Неспокойных. На них уже вовсю громыхали вулканы.

Если не вязнуть в деталях, а только выделять в них характерные черты общего хода больших событий, то движущиеся картины далекого геологического прошлого становятся более зримы.

Что же дальше? По гипотезе выходило, что плита, на которой «сидел» Восточно-Европейский материк, начала пододвигаться под молодую островную дугу и в конце концов та наползла на него всей своей громадой. И вот тут движение застопорилось. «Легкую» материковую кору не так-то просто затолкать под «тяжелую» океаническую. А сжатие продолжалось.

И тогда новая трещина распорола глубоководное дно. На этот раз позади островной дуги. Теперь расколовшаяся плита пододвигалась с востока на запад — со стороны океана. И погружалась она под континент. Опять заговорили вулканы, извергая лаву и тучи горячего пепла. Но, увы, Уральский океан уже терял последние свои наделы. К окраине Восточно-Европейского материка приближался Казахстанский.

Это произошло где-то 300 миллионов лет назад. Они столкнулись. Океан захлопнулся. Хотя еще долго оба гиганта продолжали давить друг на друга, сминая, скручивая горные породы. Наконец затихли, оставив на поверхности планеты шрам — Уральский хребет.

Впоследствии, когда Лев Павлович вместе с коллегами представил свою версию истории Уральского палеокеана на суд геологической общественности, ее признали убедительной. Но при одном условии: если справедлива ее основа — современная концепция мобилизма, то есть гипотезы дрейфа континентов, или, как ее еще называют, глобальная тектоника плит. Ибо никакая иная геологическая концепция пока не дает разумного объяснения присутствию на поверхности материков (в частности, на Урале) фрагментов коры океанского глубоководья.

Цунами на кончике пера

В начале рейса им не очень-то везло. Октябрьское небо было словно бы поделено на две части — голубую и почти черную, откуда постоянно грозила непогода. Она обрушивалась сильным штормом, и тогда «Дмитрий Менделеев» бежал под защиту Курильских островов. Теперь Тихий океан успокоился. Вот уже несколько дней идет нормальная работа. Можно останавливаться и брать пробы грунта.

Судно пересекает внутренний склон глубоководного Курило-Камчатского желоба — стрелка самописца плавно ползет вверх. Но вот она вздрогнула — отмечает уступ, дальше начинается терраса. Линия на бумажной ленте выравнивается и тянется почти горизонтально. Удивительно, до чего же одинаково строение «козырька» повсюду, где есть глубоководные желоба. Об этом уже много писали. И сейчас Леопольд Лобковский убеждается в том собственными глазами. За террасой — снова подъем склона, переходящего в подводную невулканическую гряду (хребет «Витязя»), а дальше — продольный разлом, как бы отсекающий весь «козырек» от Курильской дуги.

«Козырьками» эти места стали называть с легкой руки доктора физико-математических наук Олега Георгиевича Сорохтина — научного руководителя Лобковского. Согласно современной гипотезе глобальной тектоники в глубоководных желобах, окаймляющих островные дуги со стороны океана, происходит пододвигание плит земной коры друг под друга. О том говорят многочисленные очаги землетрясений — почти все они приходятся на плоскость, уходящую наклонно под островную дугу вплоть до самой мантии Земли. Суть гипотезы Сорохтина состояла в следующем. Передний край верхней плиты должен от трения о нижнюю как бы затачиваться, уподобляясь нависающему козырьку. Длина его равна всей протяженности желоба, а ширина и толщина у основания достигают десятков километров. Однако и он, стираясь, со временем становится тоньше. Давление пододвигаемой пластины в конце концов раскалывает его у основания. Вот тогда и появляется протяженный разлом (с наклоном в сторону океана) между «козырьком» и островной дугой. Подхваченный транспортерным движением нижней плиты, «козырек» может начать наползать своим толстым краем на существующую в тылу сушу — по плоскости нового разлома.

Курилы — сравнительно молодые острова. «Козырек» здесь еще не вздыбился. Но то, что он уже откололся, четко прослеживалось по записям на бумажных лентах эхолота.

Тогда, во время плавания 1976 года, Лобковского интересовало только совпадение теоретической модели Сорохтина с реальным рельефом океанского дна у Курил. Его собственная диссертация тоже касалась механизма поддвига плит. Однако ему и в голову не приходило, что такое строение «козырька» может иметь прямое отношение... к прогнозу цунами.

...Толчок был сильнейший. Шикотан тряхнуло так, как не трясло уже многие годы. Примерно полчаса спустя вода начала уходить от берега, словно вдруг начался отлив. А еще минут через пятнадцать волна, поднявшаяся высокой стеной, со всей мощью обрушилась на остров.

Это землетрясение, породившее цунами, произошло 12 августа 1969 года. Да, оно было очень сильным. Но не уникальным. И все-таки именно оно стало научной сенсацией.

Дело в том, что еще загодя, года за четыре, его предсказал молодой советский сейсмолог Сергей Александрович Федотов. Нет, не о дне и часе катастрофы говорил в свое время ученый. Опубликованный им прогноз был долгосрочным и указывал те участки тихоокеанской полосы вдоль Курило-Камчатского побережья, где в ближайшее пятилетие могут произойти сильные землетрясения. Первый из участков (у японского острова Хоккайдо) «сработал» 16 мая 1968 года. Сейсмологи посчитали это случайным совпадением. Когда же спустя год с небольшим затрясло и Шикотан (тоже имевшийся в грозном «реестре» Федотова), о его прогнозах заговорили.

В 1971 году С. А. Федотов (ныне член-корреспондент АН СССР) дал новую уточненную сводку тех участков Курило-Камчатской дуги, которые отнес к особо опасным в сейсмическом отношении. И тоже мало в чем ошибся.
На чем же были основаны фетодовские прогнозы? В чем заключался секрет их надежности?

Изучая многолетние данные по всем крупным дальневосточным землетрясениям, ученый подметил интересные закономерности. Многие очаги были приурочены к внутреннему склону океанских желобов и располагались сравнительно неглубоко. Кроме того, группировались в локальных зонах, которые не перекрывали друг друга. Иными словами, всю полосу вдоль Курило-Камчатской дуги можно было поделить на участки, живущие в сейсмическом отношении вполне самостоятельной жизнью, почти независимой от соседних.

Федотов также обнаружил, что эти участки земной коры трясет отнюдь не беспорядочно. Они приходят в состояние «крайней возбужденности» примерно раз в сто лет. Но не все вместе, а порознь — как бы в порядке очередности. Причем после особо сильных толчков следует длительный период более слабых землетрясений, затем наступает относительное затишье, сменяющееся серией толчков-предвестников.

Сравнительно спокойные участки назвали «сейсмическими брешами». Они были особо опасны. В них нарастало напряжение. Чем дольше они молчали, тем большей становилась угроза «взрыва». Надежность прогнозов Федотова как раз и основывалась на пристальном наблюдении за состоянием «брешей».

Однако что за механизм приводит в действие все эти участки океанского дна? Почему именно раз в сто лет наступает роковой пик их сейсмичности? Этого ученому установить не удалось.
— ...Нам брошен вызов. Мы не можем отмолчаться,— сказал однажды Сорохтин Лобковскому.— Займитесь тихоокеанскими цунами. Лучше вместе с Борисом Барановым — он готовит диссертацию по тому району.

«Вызов» заключался вот в чем. Долгое время ученые по-разному отвечали на вопрос: что порождает цунами? Тут фигурировали извержения подводных вулканов, оползни, резкие перепады атмосферного давления над океаном и, конечно, землетрясения. Наконец согласились считать главным виновником такие землетрясения, когда часть океанского дна мгновенно смешается на несколько метров вверх, то есть словно бы подскакивает. Подскакивает? Но тогда ситуация вроде бы приходит в противоречие с гипотезой поддвига плит. Ведь в ней предусматриваются в основном горизонтальные движения дна, причем отнюдь не скачкообразные.

А тут еще «бреши» Федотова с их странной периодичностью! Почему «возбуждаются» только локальные участки? Плита-то погружается в желобе на всем его протяжении, следовательно, и трясти должно бы сразу всю примыкающую к нему островную дугу. Так будто бы частный вопрос — откуда берутся цунами? — стал весьма принципиальным для гипотезы мобилизма.

Баранов с Лобковским начали с изучения материалов всех сильных землетрясений, случившихся на Курилах в давнем и недавнем прошлом.

Вскоре Баранов с его редкой памятью уже знал наизусть не только время и место, но и важнейшие обстоятельства чуть ли не всех подводных толчков, порождавших цунами. Чем, например, были характерны толчки у острова Итуруп в 1958 году? Оказывается, тем, что поверхность разрыва падала под островную дугу, но при этом отмечалось поднятие дна; то же происходило и пятнадцатью годами позже близ Северо-Курильска. А каковы особенности Урупского землетрясения 1963 года? Память Бориса Баранова срабатывала мгновенно: разрыв по двум плоскостям — по круто падающей в сторону океана и по уходящей под островную дугу.

В общем, подвижки, как выяснилось, были и по вертикали, и по горизонтали. Существенно еще то, что все главные толчки оставались в пределах «козырька».

Тогда они занялись подробным изучением его рельефа. Вспомнилось, конечно, собственное плавание на «Дмитрии Менделееве» в 1976 году. Но важнее оказались те рейсы, во время которых картировали дно продольными галсами. Тут на записях хорошо прослеживались поперечные разломы. Местами они даже выходили на острова. Прежде на них как-то мало обращали внимания. А между тем они словно бы нарезали весь курильский «козырек» на отдельные блоки.
— Как клавиши! — поразился Лобковский.

И вдруг эта «клавиатура» в их руках заиграла самым чудесным образом. Когда ее наложили на участки Федотова, обе схемы почти совпали, то есть каждый блок «козырька», отчлененный с обеих сторон поперечными разломами, довольно точно улегся в границы тех федотовских локальных зон, которые жили самостоятельной сейсмической жизнью. Причем толчки максимальной силы приходились как раз на поперечные разломы. Так не по ним ли и шло главное вспарывание?

Однако это все равно не объясняло федотовских «брешей». Неужели прав Андерсон?
— Ну, нет,— решительно возразил Баранов.

Дон Андерсон, известный американский геофизик из Массачусетского технологического института, первым попытался дать мобилистское объяснение «сейсмическим брешам». Смещение самих плит, утверждал он, как бы пульсирующее: подвижка — пауза — подвижка.

Нет, эта идея совершенно не устраивала Баранова и Лобковского. Немыслимо, говорили они, чтобы огромные, в несколько тысяч километров плиты — хотя бы та же Тихоокеанская — пульсировали со столь короткими периодами — 100 лет. И потом, двигайся плита скачками, очаги крупных землетрясений охватывали бы одновременно всю островную дугу (или даже несколько дуг). Но ведь этого нет.
В общем, идея Андерсона не годилась. Ничего лучше ее, однако, тоже не приходило в голову.

Но должна же была существовать разгадка федотовских «брешей»! Мысль об этом теперь буквально преследовала обоих. Ясно же пока одно: разломы, отсекающие с трех сторон каждую «клавишу», обеспечивают ей автономную подвижность.

И вот однажды Лобковскому пришла в голову на удивление простая идея: «клавиши» отскакивают в сторону океана.

Вот как это могло происходить. Транспортерное движение нижней плиты с более или менее равной силой прижимает все блоки «козырька» к островной дуге. Напряжение в них растет. Будто сжимается пружина. Но вот оно достигло предела. И если в это время какая-то из «клавиш» оказывается менее прочно сцепленной с соседними, пружина «распрямляется» — «клавиша» отскакивает в обратную сторону, мгновенно отодвигается на несколько метров.

И масса ее, и протяженность достаточно велики, поэтому смещение передается огромной толще воды. Рождается волна с колоссальным зарядом энергии.

«Выстреливший» блок становится более пассивным, пододвигаемая плита «везет» его на прежнее место. Это и есть относительно спокойный период «сейсмической бреши».
Со временем клавиша снова «упрется» в островную дугу и в ее сейсмической жизни начнется очередной цикл.

Баранову идея понравилась. Он только дополнил ее своими соображениями. Когда блок «упрется», напряжение наверняка передастся на тыловую область островной дуги, и там, со стороны Охотского моря (речь по-прежнему шла о Курилах), тоже будут возникать несильные землетрясения.
— Это же землетрясения-предвестники, которые постоянно встречаются в записях; по ним, я думаю, возможен прогноз приближающихся главных толчков.

Так и родилась мобилистская модель землетрясений, порождающих цунами. Она, разумеется, еще схематична, требует уточнения, привязки к условиям конкретных сейсмических зон. Однако когда авторы снова обратились к материалам сильнейших курильских землетрясений, то в записях по крайней мере двух из них нашли очень важное подтверждение своей схемы: «клавиши», несомненно, смещались именно в сторону океана, после чего и возникало цунами.

Завершилась геленджикская встреча по морской геологии. Полемические шпаги вложены в ножны. На время, конечно. Кажется, тут удалось объять необъятное. Тепловой режим планеты. Вероятность глобальных течений в мантии Земли. Живые организмы строители осадочных горных пород на глубоководном дне. «Частная жизнь» исчезнувших океанов. Происхождение нефти, газа, железо-марганцевых конкреций, других рудных залежей... Все это далеко не полный перечень только главных из обсуждавшихся проблем. И многое из обсуждавшегося пересекалось на той мысли, что для современных людей, даже живущих в самых глубинах континентов, океан все больше становится чем-то таким, что лежит совсем рядом.