Текст книги "Антарктида"

Автор книги: Александр Дралкин

Соавторы: Николай Грушинский
сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 14 страниц)

О механизме движения плит

В качестве механизма движения плит с самого рождения новой плитовой тектоники принималась конвекция в мантии. По мере возникновения трудностей в этом объяснении находились новые аргументы, позволяющие возродить казалось бы уже отвергнутый механизм. Первое сомнение – возможна ли конвекция в такой плотной и вязкой массе, как мантия Земли. На этот вопрос был дан положительный ответ в результате применения закона конвекции Рэлея. Согласно этому закону тепловая конвекция начинается тогда, когда безразмерная функция

R = abgh4/rn·1000,

где а – коэффициент теплового расширения; b – температурный градиент, т. е. скорость увеличения температуры с глубиной; g – ускорение свободного падения; r – температуропроводность; n – вязкость; h – толщина слоя жидкости.

Для слоя всей мантии Земли R· 106, что на три порядка больше критической величины, т. е. мантия способна к конвекции.

Учет твердого ядра усложнил задачу. Однако для такого случая теория Рэлея была развита С. Чандрасекаром, показавшим, что для этих условий общая конвекция через всю Землю заменяется ячейками конвекции. Возражение, основанное на том, что конвекция будет идти лишь в тонком слое астеносферы, а это сведет ячейки к конвективным ячейкам с размерами, равными толщине астеносферы, т. е. примерно к 100 км, кажется, снимается японскими физиками X. Такеути и М. Сакатой, построившими модель конвекции в среде с увеличивающейся с глубиной вязкостью. По их модели конвекционный поток не однороден, а ускоряется в верхних, менее вязких слоях и идет очень медленно на глубине, охватывая всю мантию. Мантийная конвекция пока принимается в качестве механизма движения плит.

Общая картина современного положения плит и скоростей их движения

В результате анализа обширных материалов, собранных при океанологических исследованиях в основном за последние 30 лет, можно построить общую схему размещения плит на земном шаре и скоростей их движения (рис. 4). Большие скорости имеют плиты, которые испытывают поддвигание под соседние плиты на значительном протяжении своих границ. Это плиты Тихоокеанская, Кокос, Наска, Филиппинская и Индийско-Австралийская. Скорость их движения 6–9 см/год. Отсюда можно заключить, что скорость не зависит от площади плиты, но зависит от отношения длины границы субдукции к периметру плиты. Это свидетельствует о том, что главной движущей силой плит является затягивание их в области субдукции. Наблюдается корреляция между площадью континентальной части плиты и скоростью движения. Плиты, несущие континенты, имеют скорость порядка 2 см/год, тогда как чисто океанические, но не испытывающие субдукции, – 4 см/год.

Рис. 4. Литосферные плиты и направление их движения:

а – дивергентная граница; б – конвергентная граница; в – характер границы не установлен; г – трансформный разлом; д – направление движения плит

Плиты: I – Филиппинская, II – Индийско-Австралийская, III – Тихоокеанская, IV – Кокос, V – Северо-Американская; VI – Наска, VII – Карибская, VIII – Южно-Американская, IX – Евразийская, X – Анатолийская, XI – Аравийская, XII – Африканская, XIII – Сомалийская, XVI – Антарктическая; поднятия: XV – Австрало-Антарктическое, XVI – Тихоокеанское; желоба: / – Алеутский, 2– Курило-Камчатский, 3 – Японский, 4 – Марианский, 5 – Яванский, 6 – Тонго, 7 – Перуано-Чилийский; хребты: 8 – Рейкьянес, 9 – Срединно-Атлантический, 10 – Аравийско-Индийский (Карлсберг), // – Центрально-Индийский, 12 – Африкано-Антарктический и Западно-Индийский

Новые технические средства высокоточной геодезии позволяют непосредственно измерить скорость и направление движения плит земной коры, если таковые существуют. Такими средствами являются интерферометры с большой базой – два или больше далеко разнесенных на земной поверхности радиотелескопа, принимающих излучение от одного и того же квазара. Разница во времени поступления сигнала на каждый телескоп позволяет с точностью до единиц сантиметров получить расстояние между телескопами. Измерения, произведенные через несколько лет, дают направление и скорость перемещения мест установки телескопов. Второй способ основан на измерении расстояния между станциями с помощью отражения лазерного сигнала от геодезического искусственного спутника Земли. В результате таких измерений, ведущихся уже более 10 лет, установлено, что Евразийская и Северо-Американская плиты медленно расходятся со скоростью 1,5 см/год. Тихоокеанская плита удаляется от Северо-Американской со скоростью 4 см/год, а Индийско-Австралийская, надвигается на Тихоокеанскую плиту со скоростью 7 см/год. Вдоль разлома Сан-Андреас в Калифорнии плиты смещаются с относительной скоростью 7 см/год. Промежуток времени этих наблюдений еще слишком мал, чтобы убедительно доказать монотонность таких перемещений, а стало быть, и реальность континентального дрейфа. Проблема будет решена в результате накопления наблюдательных данных.

Реконструкция Гондваны и место в ней Антарктиды

Теперь, когда описаны явления, приведшие к возникновению и развитию теории тектоники плит, расчету направлений и скоростей их движения, настало время сделать общий обзор эволюции лика Земли и обособления интересующего нас континента – Антарктиды.

200 млн. лет назад в конце триасового периода существовали единый материк Пангея и единый океан Панталасса – предок современного Тихого океана. С западной стороны праокеан имел глубоко вдающийся в округлые формы праматерика залив, названный морем Тетис. Это зародыш Средиземного моря.

Вероятно, в это время существовали две основные литосферные плиты: материковая и океаническая.

Под влиянием мантийных процессов, скорее всего конвекции в мантии, в наиболее слабых местах литосферы стали образовываться трещины, ограничивающие литосферные плиты, и началось раздвижение этих плит. Главный разлом отделил северную часть Пангеи от южной. В этот период образовались два праматерика: Лавразия – северный материк и Гондвана – южный. Море Тетис углубилось и из залива превратилось в открытое внутреннее море. Плита Лавразия начала поступательное движение на север и вращательное по часовой стрелке, а Гондвана – делиться на Афро-Американскую и Австрало-Антарктическую части. Возникли срединно-океанические хребты, по которым происходило раздвижение плит. К концу триаса вполне оформились три праконтинента – Гондвана распалась на два. До конца юры, т. е. ко времени, отстоящему от нас на 140 млн. лет, полностью раскрылось Средиземное море, а от Австрало-Антарктической плиты отделилась Индийско-Австралийская, которая под влиянием активного расширения океана начала быстро перемещаться на север. Между Африканской и Южно-Американской плитами окончательно оформился разлом, и начал развиваться Атлантический океан (см. рис. 4). Ко времени мелового периода (65 млн. лет) окончательно оформился Атлантический океан, активно расширяющийся в обе стороны от срединного Атлантического хребта. Средиземное море закрылось со стороны древнего Те-тиса на востоке и открылось на западе, соединившись с Атлантикой. Начался распад Лавразии.

За последние 65 млн. лет лик Земли принял современный вид. В этот период Южная Америка окончательно отошла от Антарктиды, сохранив след былого соединения: островную и мелководную дугу Скоша и вытянутые друг к другу, как бы только что разорванные, утоняющиеся к месту разрыва Антарктический полуостров и мыс Горн. Индийско-Австралийская плита столкнулась с Евразийской и в месте столкновения образовала горную страну – Гималаи. Австралия отошла в северные широты, оставив в одиночестве покрытый вечным льдом континент – Антарктиду.

Но природа сохранила на всех этих, когда-то соединенных континентах (Антарктиде, Австралии, Африке, Южной Америке, Индии) следы их былого единства – контуры древнего оледенения и схожие, переходящие с континента на континент геологические формации.

Некоторые сомнения

Мы нарисовали стройную картину эволюции Земли так, как она представляется сейчас многим геологам и геофизикам. Мы постарались дать основные доказательства такой эволюции. Но как бы ни казались все существующие доказательства убедительными, они не могут быть исчерпывающими. Остается много необъяснимых явлений и даже противоречий. Не разработан достаточно надежно механизм движения плит. Кажется натянутым объяснение образования внутриконтинентальных гор и характера расположения в этих областях осадочных пород. Наконец, неясно, почему в древнюю эпоху праокеана и праматерика дробление плит было меньшим, чем в более поздние эпохи, хотя тогда Земля была моложе и процессы шли активнее.

Существует другая теория исторического развития Земли, в основном объясняющая все вертикальными движениями. Она имеет не меньшее право на существование, не менее логична, но и не менее противоречива. Мы полагаем, что следующий этап развития науки об эволюции Земли – это синтез обеих концепций. Здесь мы изложили одну, более молодую, более принятую сейчас и уже более аргументированную.

РАЗМЫШЛЕНИЯ У КАРТЫ АНТАРКТИДЫ

Бороться и искать, найти и

не сдаваться!

А. Теннисон. «Улисс»

Открытие Антарктиды

Каждый школьник и даже многие дошкольники знают, что существует шесть континентов: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Австралия и Антарктида. Антарктида – шестой континент. Определение «шестой континент» имеет права имени собственного. Это потому, что Антарктида открыта позже всех, до сих пор еще не исследована и до последнего времени люди сомневались, правомочно ли считать ее континентом. Только недавно уверились, что Антарктида действительно континент, притом имеющий особенности, не присущие ни одному другому.

Посмотрим, как и кем она была открыта, и познакомимся с основными ее областями.

Так кто же открыл Антарктиду? Джемс Кук – говорят англичане. Бесспорно, что Кук на двух парусных кораблях: «Резолюшен» водоизмещением 462 т (капитан Д. Кук) и «Адвенчер»– 336 т (капитан Т. Фюрно) впервые совершил кругосветное плавание в период 1772–1775 гг. в предельно доступных южных широтах. Сейчас мы можем говорить – плавание вокруг Антарктиды.

Мнение о существовании южного континента существовало и основывалось на принципе равновесного количества суши в северном и южном полушариях. Эта точка зрения обосновывалась в опубликованной в 1770 г. работе англичанина А. Дальримпля.

Свое плавание Кук совершал в поисках этого Южного материка – Терра Аустралиа (Южной Земли), возможно, такого же цветущего и богатого, как Америка.

Увы! В своем дневнике Кук пишет: «Я обошел океан южного полушария на высоких широтах и совершил это таким образом, что неоспоримо отверг возможность существования материка, который если и может быть обнаружен, то лишь близ полюса, в местах, недоступных для плавания… Я не стану отрицать, что близ полюса может находиться континент или значительная земля. Напротив, я убежден, что такая земля там есть, и возможно, что мы видели часть ее. Великие холода, огромное число ледяных островов и плавающих льдов, все это доказывает, что земля на юге должна быть… Это земли, обреченные природой на вечную стужу, лишенные теплоты солнечных лучей; у меня нет слов для описания их ужасного и дикого вида. Таковы земли, которые мы открыли, но каковы же должны быть страны, расположенные еще дальше к югу» (по А. Ф. Трешникову «История открытия и исследования Антарктиды». – М: География, 1963).

Таково заключение Д. Кука. Он убежден, что существуют земли еще дальше к югу, но эти земли он не открывал, да и не видит толку в их открытии.

Не такие земли открывал он в своем предыдущем плавании по южным морям в 1769–1771 гг. На 1770 г. было предсказано два полных затмения Солнца: 25 мая и 17 ноября (по новому стилю). Полоса первого из них проходила вблизи 30° с. ш. через Тихий океан, Индонезию и Индийский океан. Полоса второго располагалась в районе 30° ю. ш. в Индийском океане. Было также предвычислено прохождение Венеры по диску Солнца. Для наблюдения этих редкостных явлений, а попутно и для поисков Южного материка (Терра Аустралиа) английским адмиралтейством была организована экспедиция под командованием капитана Кука. Он же должен был производить астрономические наблюдения. Экспедиция плавала два года. За это время кроме астрономических наблюдений на о. Таити Кук подробно обследовал восточное побережье Австралии. Исследованную землю он назвал Новый Южный Уэллс. Это название поныне носит юго-восточный штат Австралии с главным городом Сидней. Австралийцы чтут память капитана Кука как основного исследователя страны. Они купили его дом в Англии и целиком перевезли в Австралию. Этот дом, увитый плющом, стоит в городском парке Мельбурна как мемориальный музей.

Через 50 лет, в период с 5 июля 1819 г. по 5 августа 1821 г., русские мореходы под командованием Ф. Беллинсгаузена на кораблях «Восток» и «Мирный» (капитан М. П. Лазарев) совершили новое кругосветное плавание в тех же широтах, где прошли корабли Кука. Порой их маршрут проходил южнее маршрута Кука, порой – севернее. Особенно близко к Антарктиде им удалось подойти между 60 и 100° з. д. в районе Антарктического полуострова, где они открыли остров, названный именем Петра I, и Землю, названную именем Александра I. Здесь они достигли 68° 50 ю. ш. (рис. 5). Море, омывающее эту область, названо морем Беллинсгаузена. Также близко к берегам Антарктиды они подошли у 2° 10 з. д., где достигли 69°25 ю. ш., подойдя примерно на 50 км к берегу Принцессы Марты. Им также удалось подойти близко к берегу у 15° в. д. Область океана между этими долготами названа морем Лазарева. Наконец, четвертая близкая к континенту точка достигнута ими на 39° в. д. в районе Земли Эндерби, где они находились в 100 км от берега.

Рис. 5. Маршруты Д. Кука и Ф. Ф. Беллинсгаузена.

1 – открытые берега и год открытия; 2 – маршруты

Об одном из этих подходов М. П. Лазарев пишет: «16-го генваря достигли мы широты 69°23'S, где встретили матерый лед чрезвычайной высоты, и в прекрасный тогда вечер, смотря с саленгу, простирался оный так далеко, как могло только достигать зрение; но удивительным сим зрелищем наслаждались мы недолго, ибо вскоре опять запасмурило и пошел по обыкновению снег. Это было в долготе 2°35'W-ой от Гринвича. Отсюда продолжали мы путь свой к осту, покушаясь при всякой возможности к зюйду, но всегда встречали ледяной материк не доходя 70°» (по А. Трешникову).

Таким образом, русские мореходы впервые подходили так близко ко льдам, окружающим Антарктиду, что могли видеть матерый лед, лежащий на континенте. Это дает право считать Ф. Беллинсгаузена и П. Лазарева первооткрывателями Антарктиды. В дальнейшем континент был изучен в результате героических походов, каждый из которых давал описание то части береговой линии, то ледника, то отдельных участков внутренних областей. Слава раскрытия тайн этого континента принадлежит всем исследователям Антарктиды, которые с риском, а порой и ценой своей жизни, проникали в эти суровые, но манящие земли.

Любопытно, что тщательное изучение некоторых старых карт приводит отдельных историков и географов к выводу, что об Антарктиде люди знали задолго до того, как ледовый континент был открыт 16 января 1820 г. русской экспедицией, возглавлявшейся Ф. Ф. Беллинсгаузеном и М. П. Лазаревым.

Дж. Вайхаупт из университета штата Колорадо предполагает, что еще в бронзовом веке, в периоды, когда климат был значительно теплее, мореплаватели, торговавшие вдоль побережья Африки, отваживались проникать достаточно далеко к югу. Полярные льды занимали тогда меньшую площадь. Однако Вайхаупт подчеркивает, что хотя очертания Антарктиды были известны древним картографам, источник их информации – полная загадка. Ведь даже для грубых картографических съемок этого континента требуются знания навигации и геодезии, далеко выходящие за рамки того, что могло быть известно древним мореходам.

Первые предположения об открытии Антарктиды древними мореходами появились в 1956 г. после опубликования карты, которая, как предполагали, принадлежала турецкому адмиралу Пири Рейсу. Она датируется 1513 г. Правда, подлинность этой карты впоследствии была подвергнута сомнению. Однако существуют и другие карты той эпохи, безусловно, подлинные. В первую очередь это карта мира Оронтиуса Финеуса, созданная в 1531 г., и такая же карта Герхарда Меркатора, относящаяся к 1538 г. На них видны полные очертания материка в районе Южного полюса, некоторые его детали, поразительно схожие с действительными.

За жаждой знаний стояла жажда наживы. Острова Южного океана были населены тюленями. И эти умные, красивые, но неспособные к защите животные стали предметом массового истребления ради тюленьего жира и шкур, использовавшихся главным образом в кожевенном производстве. Сколько добывалось тюленей в Южном океане – никто не считал. Это был «тюлений геноцид». Большинство видов тюленей существует теперь в «Красной книге» – книге, описывающей исчезающие виды животного мира.

Но нельзя охотникам за тюленями отказать в отваге и любознательности. Это они были первопроходцами антарктических морей, они шаг за шагом уточняли очертания льдов, окружающих Антарктиду, и антарктических островов. Имена многих из них вошли в историю в названиях антарктических земель. Это Кергелен, Палмер, Биско, Уздделл, Кемп и многие другие.

К 40-м годам XIX века тюлени были в значительной мере истреблены. Риск уже не оправдывался богатой добычей, и в период с 1840 по 1870 г. упал интерес к антарктическим плаваниям. В исследованиях Антарктиды наступает тридцатилетний перерыв. Промысел китов слишком опасен и пока не получает широкого развития. Но вот в 1867 г. изобретена гарпунная пушка. Убить кита стало проще, и китовый промысел получил новый импульс в своем развитии. Вскоре количество северных китов стало уменьшаться, и отважные авантюристы направили свои пути на юг, в антарктические воды. Такие имена, как Ларсен, Кристенсен, Гальворсен, связаны с поиском и добычей китов в южном океане. На поиски китов Германия еще в 1873 г. снарядила первый в Антарктике пароход «Грейланд».

Промысел китов продолжается, к сожалению, и поныне. В результате многие виды этих удивительных животных попали в «Красную книгу».

Не только жажда наживы, но и жажда познаний влекла людей к неведомой южной земле. Не говоря уже об экспедициях Кука, Беллинсгаузена и Лазарева, всегда было стремление использовать корабли, идущие на промысел, для научных исследований и даже организовать специальные научные экспедиции. Так, в 1839 г. французский мореплаватель Ж. Дюмон-Дюрвиль отправился в антарктические воды с главной задачей найти южный магнитный полюс. В 1840–1841 гг. с большой научной программой обследовал Антарктиду Дж. Росс. В 1874 г. в антарктических водах работало океанографическое паровое судно «Челленджер».

С момента открытия Антарктиды русской экспедицией на шлюпах «Мирный» и «Восток» прошло много времени. И хотя никто уже не ставил под сомнение факт существования в Южнополярной области материка, многое еще оставалось неизвестным, загадочным, тайным. В течение более четырех веков, т. е. с 1502 г. (первая португальская антарктическая экспедиция с участием Америго Веспуччи) и по 1955 г. (австралийская экспедиция, создавшая на побережье в точке с координатами 67° 36 ю. ш. и 62° 53 в. д. основную базу исследований в Антарктиде, названную станцией Моусон), многие государства мира направили в Антарктиду в общей сложности около 220 экспедиций с различными целями.

Норвежец Л. Кристенсен производит высадку небольшой группы на материк у мыса Адэр (в море Росса) во главе с К. Борхгревинком. Эта группа впервые проводит отбор образцов гранитных пород на материке, а спустя четыре года (в 1898–1900 гг.) К. Борхгревинк, возглавляя английскую экспедицию на судне «Южный крест» в море Росса, организовал первую зимовку на материке Антарктида на Земле Виктории.

В начале нашего столетия (1901–1904 гг.) были проведены незначительные океанографические исследования одновременно в морях Росса, Дейвиса и Уэдделла шведской, германской, британской и шотландской экспедициями. Для периода с 1905 по 1912 г. характерны исследования побережья материка с отдельными попытками проникновения в его внутренние районы.

В начале века внимание всего мира приковало соревнование двух государств – Великобритании и Норвегии и двух великих полярных исследователей – Р. Скотта и Р. Амундсена за первенство в достижении Южного полюса. К этому времени контур Антарктиды вырисовывался довольно четко. Стало ясно, что Антарктида – континент, но континент, покрытый льдом, необитаемый и почти недоступный.