«Гломар Челленджер» – путешествие к сердцу Земли

«Многим из того, что сейчас известно о дне океана, ученые обязаны экспедициям одного-единственного судна — “Гломар Челленджер”. С 1968 по 1983 г. корабль работал во многих районах открытого океана, в Средиземном и Красном морях. За эти годы “Челленджером” было пробурено 624 скважины в океаническом дне и поднято на поверхность более 19 тыс. кернов горных пород. Благодаря этим образцам… существенно изменились представления о земной коре и истории планеты» (Элвин Сильверстайн и др. Тектоника плит).

Все, что находится под землей, всегда окружала тайна: бесконечные лабиринты-пещеры, ведущие в пугающую неизвестность, несметные сокровища, их хранители гномы и другие подземные жители, встреча с которыми не сулит ничего хорошего… Древние греки полагали, что под землей находится царство мертвых, темный Аид. «Нижний мир» был неразрешимой загадкой и источником многих суеверий. Самое любопытное, что и сейчас, несмотря на развитие науки и техники, мы знаем о внутреннем строении Земли совсем мало — лишь немногим больше, чем древние люди. А суеверия даже умножаются в числе Состав и строение «твердой» Земли хорошо известны только для самой приповерхностной ее части, охваченной непосредственными исследованиями. Слои, расположенные глубже 1,5 км, доступны для изучения достаточно редко — в рудниках и скважинах. Делать выводы о составе и строении недр ученые вынуждены по косвенным данным.

Во время землетрясений и сильных взрывов возникают сейсмические волны, которые расходятся во все стороны от эпицентра и вызывают колебания поверхности, затухающие по мере удаления от него. Однако эти волны могут достигать даже противоположной стороны планеты, преодолев все земные оболочки! На своем пути волны пробегают множество слоев пород с разными свойствами — плотностью, способностью сопротивляться изменению формы и объема при внешнем воздействии и др. При переходе из слоя в слой волны могут преломляться, подобно лучу света на границе воздуха и воды, либо даже отражаться, как луч от поверхности зеркала. Зная, какова скорость прохождения волн через различные горные породы, геофизики определяют состав и свойства пройденных волнами внутренних слоев Земли, т. е. ее строение. Арсенал сейсмологических методов сегодня очень богат. К применявшимся ранее прибавилась сейсмическая томография, позволяющая после компьютерной обработки получать объемные изображения объектов на больших глубинах, включая всю толщу мантии.

Согласно господствовавшей долгое время сейсмической модели, материковая кора двухслойна (если не принимать в расчет осадочный слой): «гранитный» слой подстилается «базальтовым». Граница между ними, где скорость сейсмических волн скачкообразно увеличивается, в честь первооткрывателя была названа разделом Конрада. «Базальтовый» слой получил свое имя благодаря широко распространенной изверженной породе: скорость распространения сейсмических волн в нем соответствует именно базальтам.

В конце ХХ в. раздел Конрада, самую близкую к поверхности границу, удалось пройти бурением. В 1970-х гг. в Советском Союзе начали бурить две сверхглубокие скважины: Кольскую и Саатлинскую. Геофизики намеревались достичь «базальтового» слоя земной коры, отчетливо выделявшегося по сейсмическим данным. Скважины были заложены именно в тех местах, где, по расчетам, «базальтовый» слой располагался на небольшой глубине. И когда Кольская сверхглубокая достигла отметки 6 842 м, на которой, по сейсмическим данным, начинались базальты, здесь действительно обнаружили границу. Однако базальты оказались выше раздела, а под ним лежали гранитогнейсы. Саатлинская скважина на границе Конрада вместо базальтов вскрыла породы, близкие по составу к гранитам. Оказалось, что двухслойная модель материковой коры отнюдь не универсальна, а сейсмология не всесильна, и в действительности все намного сложнее, чем в построениях, основанных на расшифровке сейсмограмм.

Казалось бы, чего проще — надо бурить глубже. Но вот беда — технические возможности человека небеспредельны: Кольская скважина, самая глубокая из сверхглубоких, достигла отметки лишь в 12 262 м. Сравните с величиной радиуса Земли (6371 км): просто комариный укус, и то не «до крови». Увы, невозможно воплотить в жизнь идею А. Н. Толстого о гиперболоиде, способном прожечь толщу Земли на огромную глубину. Какие перспективы открылись бы тогда перед поисковой геологией! А ведь недра скрывают и другие сокровища — вполне возможно, и такие, о которых мы даже не подозреваем. Однако главное из них — секрет происхождения Земли: раскрыв его, человек получит ключ к разгадке других, еще более глубоких тайн. Хотя, конечно, все это утопия — и совсем не потому, что создать гиперболоид или что-то подобное невозможно. Но, появись такой прибор, он бы наверняка попал в руки военных, а только потом к геологам — если, конечно, они к тому времени выживут…

Первая программа сверхглубокого бурения появилась еще в 1957 г. не в СССР, а в США. По геофизическим данным, океаническая кора значительно тоньше материковой, и американцы решили достичь верхней мантии в море. По проекту «Мохол» предполагалось спустить трубы на 3—4 км в воду, пробурить еще несколько километров дна и дойти до мантии. В апреле 1961 г. (когда состоялся первый в истории полет человека в космос) в Карибском море у острова Гваделупа пробурили пять скважин. Самая глубокая из них вошла в дно всего на 183 м. Геологи были уверены, что под осадочным слоем залегают граниты, однако в поднятом керне оказались базальты. Выяснилось, что океаническая кора не просто тоньше континентальной: она принципиально другая по составу и строению.

«Мохол» в 1966 г. был закрыт, и американцы подготовили новую программу — Проект глубоководного бурения. Построенное специально для него судно «Гломар Челленджер» (Glomar — сокращенное Global Marine) за 15 лет совершило 96 рейсов, пройдя более 375 тыс. морских миль, и пробурило в океанском дне более 600 скважин. Самая глубокая из них достигла отметки 1741 м ниже дна океана. Названное в честь знаменитого британского корвета XIX в., американское судно превзошло его, как, пожалуй, и все прочие исследовательские суда, с точки зрения влияния на развитие мировой науки. В результате обработки материалов, собранных в ходе экспедиций «Гломар Челленджера», выяснилось, что возраст базальтов закономерно уведичивается по мере удаления от осевой зоны срединно-океанических хребтов, а океанское дно удивительно молодо: в его пределах не удалось найти осадочные породы старше 200 млн лет, тогда как история Земли насчитывает 4,5 млрд лет. Эти обобщения легли в основу революционной геологической концепции, известной как тектоника плит.

Основные ее положения сводятся к следующему. Литосфера разделена на несколько плит, границы которых совпадают с полосами сгущения эпицентров землетрясений. Жесткие и монолитные литосферные плиты движутся по менее вязкому подстилающему слою, астеносфере. Срединно-океанические хребты — это своеобразные швы, где на поверхность планеты выходят восходящие конвекционные потоки, подобные наблюдаемым в кастрюле, где варится каша; материки же — нечто вроде пенки на поверхности этой каши. Поскольку объем Земли считается постоянным, рождение новой океанической коры и расширение ложа океанов должно компенсироваться поглощением «излишков». Это, по мнению сторонников концепции, происходит в зонах поддвига плит — глубоководных желобах.

Начиная с 1975 г. в экспедициях на «Гломар Челленджере» активное участие принимали ученые из Германии, Великобритании, Франции, Японии, а также Советского Союза. Вскоре после этого тектоника плит, уже завоевавшая умы и сердца большинства геологов и неспециалистов во всем мире, начала свое триумфальное шествие по научным институтам и учебным заведениям нашей страны. Секрет ее громкого успеха лежал скорее не в сфере убеждений, а в области вкусов. Концепция и вправду была очень привлекательна — уверенная в себе, стройная и внешне непротиворечивая, свободная от многих недостатков и предрассудков, присущих старым гипотезам. На ее недостатки и недомолвки восторженные неофиты старались не обращать внимания.

В 1983 г. «Гломар Челленджер» вернулся из своего последнего рейса. Когда в 1985 г. были развернуты работы по новой программе бурения океанического дна, его сменило новое судно, «ДЖОИДЕС Резолюшн», более крупное и оснащенное самым современным бурильным оборудованием. JOIDES — сокращенное Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling, или Объединение океанографических институтов для глубинного бурения, а «Резолюшн» — дань памяти великому Джеймсу Куку и его кораблю. В цели нового проекта, в котором участвовали специалисты более чем из 20 стран, входило изучение еще неисследованных районов океана, главным образом переходных зон от океанов к континентам, и уточнение основных положений тектоники плит. За 18 лет «ДЖОИДЕС Резолюшн» совершил 110 рейсов, пробурил около 1700 скважин, одна из которых углубилась на 2111 м ниже дна океана. Обнаружив новые свидетельства в пользу плитотектоники, ученые столкнулись также с фактами, не находящими объяснения в рамках этой концепции. Кроме того, исследовались перспективы разработки подводных месторождений газогидратов, изменения климата и жизнь, обнаруженная глубоко под дном океана.

Согласно подсчетам ученых, масса микроорганизмов, обитающих под землей в условиях огромного давления, экстремально высоких температур и отсутствия кислорода, может превышать биомассу на поверхности Земли! В 2003 г. этот проект плавно перешел в следующий, продолжающийся и сейчас. В нем принимают участие американцы со своим проверенным «ДЖОИДЕС Резолюшн», консорциум европейских научных институтов и японцы с новейшим исследовательским судном «Тикю» (яп. «Земля»). На последнее возлагаются особые надежды. Это гигантская плавающая буровая установка, способная бурить твердые породы на глубину 7 км. Главная задача судна, приступившего к работе в сентябре 2007 г., — пробурить океаническую кору насквозь и достичь верхней мантии. Вот только не получится ли так же, как с Кольской сверхглубокой скважиной, которая опровергла все казавшиеся незыблемыми теоретические построения?

ЦИФРЫ И ФАКТЫ

Действующие лица

Геологи и океанографы Гарри Хесс, Уильям Морган, Брюс Хизен, Мэри Тарп, Морис Юинг и др.

Время действия

С 1968 г. до наших дней

Маршруты

Весь Мировой океан

Цели

Изучение морского дна, картографирование, сбор образцов пород океанического дна

Значение

Составлены детальные карты океанического дна, разведаны месторождения полезных ископаемых, перевернуты представления о геологическом строении океанов и геологической истории Земли