Почему Америка не тонет?

Как пишет Михаил Георгиади в журнале "Знание Сила": очевидно, почти вся Северная Америка давно скрылась бы в пучине двух океанов, если бы ее недра не были так сильно разогреты.

Из-за этого подземного жара весь континент разбухает, как тесто на дрожжах, и потому пока еще возвышается над волнами.

Мы изучили недра Земли хуже, чем поверхность Марса или Луны. В считанных десятках километров под нашими ногами простираются сплошные белые пятна. Конечно, основной закон геофизики нам известен давно: более плотные участки земной коры, плавая в слое верхней мантии — астеносфере, глубже погружаются в нее, чем менее плотные, подобно тому, как громадные военные корабли глубже оседают в волнах, чем рыбачьи фелюги. Это не что иное, как закон Архимеда, примененный к земной коре. Определенную роль в этом гидростатически равновесном состоянии играет и температура ее нижних слоев. Чем сильнее они разогреты, тем выше континент вздымается над уровнем моря. Однако до сих пор этот показатель почти не использовался для описания рельефа различных районов планеты.

Обычно геофизики, объясняя топографию континентов, учитывают лишь, как движутся литосферные плиты и из каких пород они сложены. Соответственно чем массивнее "подземная часть" континента, тем выше на его поверхности вздымаются горы. Измерения, проводившиеся в Альпах, подтвердили это. "Корни" Альпийских гор уходят в глубь земли в два раза дальше, чем остов других частей Европы.

Но есть немало примеров, которые не укладываются в эту простую схему. Скажем, плато Колорадо в США (его высота достигает 1800 метров) и Великие равнины, простирающиеся к востоку от Скалистых гор, сложены из одних и тех пород, но перепад высот между ними составляет около полутора тысяч метров.

Тем любопытнее работа, которую опубликовали Деррик Хэстерок и Дэвид Чепмен из Университета штата Юта на страницах Journal of Geophysical Research. Ее название — "Континентальная термальная изостазия. Часть первая: методы и чувствительность". Как правило, научная статья под таким заголовком не избалована вниманием широкой публики. И даже среди геологов немногие зачитываются такого рода теоретическими рассуждениями. Поэтому, чтобы пробудить интерес к своей работе, Чепмен и Хэстерок нашли любопытный ход. Они сопроводили сугубо научный материал увлекательным приложением под заголовком "Часть вторая: применительно к Северной Америке", где живописали картину далекого будущего. Так эта тема стала звучать намного увлекательнее.

Как оказалось, земная кора — оболочка планеты — под Северной Америкой разогрета сильнее, чем ожидали. В принципе недра Земли напоминают очень вязкую кашу, которая варится на громадном котле. Тепло, притекающее из глубины планеты, а также выделяющееся при распаде радиоактивных элементов, не дает этому "котлу" погаснуть. Благодаря конвекционным потокам его содержимое постоянно, хоть и очень медленно, перемешивается. Этот перенос тепла из недр Земли к поверхности — основной мотор тектоники плит; кроме того, данный процесс еще и определяет облик континентов.

Ученых особенно поразило, что картина температурных перепадов в недрах Северной Америки точно соответствует рельефу материка. Чем сильнее разогреты породы (прежде всего за счет распада радиоактивных элементов), тем выше рельеф в данной части Америки. Так, под Колорадо температура недр на глубине 30 километров составляет около 650 градусов Цельсия, в то время как под Великими равнинами — 500 градусов Цельсия. Поэтому плотность пород, слагающих земную кору под Колорадским плато, заметно ниже, "и она, подобно пробке, всплывает", образно поясняет Хэстерок. Слои земной коры вспучились, образовав на поверхности плоскогорье. "А вот на севере Канады ничего похожего не наблюдается. Возраст земной коры там составляет три миллиарда лет, и потому она давно остыла".

"В принципе, — как подчеркивает Хэстерок, — геологи еще несколько десятилетий назад, изучая процессы, протекающие на дне океанов, осознали, что температура верхних слоев мантии и нижней части земной коры играет важную роль в тектонике". Для литосферных плит, слагающих дно океанов, данный эффект хорошо из вестен. Ведь по дну тянутся срединноокеанические хребты, достигающие высоты 3000 метров. Однако, если обратиться к традиционной схеме тектонических процессов, подобный рельеф никак не мог возникнуть, поскольку при движении плит земная кора растягивается и горы могут образоваться лишь там, где две плиты сталкиваются друг с другом. Так что, ученым пришлось искать другое объяснение. И они нашли его, обратив внимание на то, что в районе подводных хребтов к поверхности земли поднимаются потоки раскаленной магмы, создавая новые участки земной коры. Их плотность мала; они вспучиваются, образуя подводные горы.

Однако геология континентов гораздо сложнее, и до сих пор ученые, повторимся, почти не принимали во внимание температурные эффекты, анализируя особенности рельефа. Между тем — начнем с ответа, что дается в конце статьи, — "если бы не влияние температуры, то большая часть Северной Америки скрылась бы под водой", отмечает Хэстерок. Например, Атланта находилась бы на глубине 430 метров, Чикаго — почти в семистах метрах ниже уровня моря, а Лас-Вегас опустился бы даже на глубину 1300 метров. Лишь Скалистые горы, Сьерра-Невада и Каскадные горы на северо-западном побережье США островками выглядывали бы над поверхностью океана.

Впрочем, этот мрачный сценарий с "утоплением" целого континента под водой (утопия, одним словом) не отвлекает внимания специалистов от серьезной работы, проделанной американскими геологами. Исследовать земные недра им помогли ударные волны, возникающие при взрывах и землетрясениях. Их скорость распространения меняется в зависимости от того, какие слои они проходят. Чем холоднее толща пород, тем быстрее ее пересекают волны. Эти показатели ученые сопоставили с известными характеристиками горных пород и данными о температуре, полученными при бурении очень глубоких скважин. Так выяснилось, что недра Северной Америки разогреты сильнее обычного.

В своей работе Чепмен и Хэстерок поделили США на "тектонические провинции", то есть районы, лежащие на слоях породы одинаковой толщины и одного и того же состава. "Это позволило исключить влияние этих характеристик земной коры из наших расчетов и оценить, как влияет температура нижележащих слоев породы на высоту той или иной местности", — подчеркивает Чепмен. Очевидно, плавучая сила, удерживающая континенты, лишь на 50 процентов обусловлена составом пород, слагающих земную кору, и на 50 процентов — температурой, к такому выводу пришли ученые.

Дело осталось за малым — заглядываем снова в ответ, — за прогнозом, что научнее любых катренов Нострадамуса. Чепмен и Хэстерок обратились к справочным данным — положению крупнейших городов Америки над уровнем моря — и вычли из этих цифр влияние температуры, предположив, что всюду под Северной Америкой земная кора остыла точно так же, как и на севере Канады. Сразу же географическая карта этой части мира стала выглядеть совершенно иначе. На месте третьего по величине континента Земли отныне пролегала лишь узкая полоска суши, покрытая горами, и несколько небольших островов, омываемых водами Тихого и Атлантического океанов. Где-то на дне — тайной двух океанов — упокоились Новый Йорк (434 метра ниже уровня моря) и Новый Орлеан (- 730 метров), Бостон (- 555 метров) и Лос-Анджелес (- 1145 метров), или что там от них осталось.

Но как хорошо, что Америка до сих пор не утонула! Эта обетованная земля, воспарившая на гребне незримого огня

Если же без шуток, то геологи из Юты сделали важный шаг на пути к созданию целостной картины динамических процессов, протекающих в недрах нашей планеты. Можно лишь сожалеть, что результаты, полученные ими для Северной Америки, невозможно применить к другим континентам, ведь геология каждого из них уникальна, и всякий раз ученым придется заново описывать процессы, происходящие в недрах Земли, и измерять температуру слоев, лежащих на границе мантии и земной коры.