Сейсмический метод исследований дал возможность достаточно уверенно объяснить, как образуются коралловые атоллы, и, таким образом, появилась возможность разрешить долго тянувшиеся споры между различными геологическими школами. Строение атоллов помогает также понять причину образования плосковершинных подводных гор и обнаруживает цикличную историю развития этих форм рельефа дна океана. Хотя, как мы увидим позднее, плосковершинные подводные горы и атоллы редко встречаются за пределами Тихого и Индийского океанов, они, однако, являются важным геологическим явлением, и понимание сформировавших их процессов поможет объяснить, почему их распространение ограничено определенными районами. Ото, в свою очередь, может направить по верному руслу теорию развития Земли — так же, как удачная догадка на основе, казалось бы, мелкого факта приводит к раскрытию тайны в детективном романе.
При обсуждении вопроса об образовании островов Тихого океана нельзя обойти вопрос о вулканах. В конце этой главы мы покажем, как мощные вулканические извержения сами по себе уже изменяют общую картину лика Земли. Колоссальное количество вещества было выброшено некогда из глубин Земли, и значительная часть горных хребтов образована грандиозными потоками лавы. Сами по себе вулканы действуют подобно предохранительным клапанам, высвобождающим избыточное давление магмы, возникающие в «очагах плавления» в глубинах нашей планеты, достаточно горячих, чтобы расплавить определенное количество вещества мантии. Обильные излияния лавы происходят обычно в периоды, когда Земля геологически активна, а ее лик изменяется путем образования новых складчатых горных образований.
Во время пребывания «Челленджера» в Тихом океане представились широкие возможности для ознакомления с действующими вулканами Гавайских островов, с атоллами островов Гильберта и Эллис, а также с плосковершинными подводными горами океанского ложа (по эхограммам) и, наконец, с множеством таких островов, как Фиджи, Ротума и Манус. Специальная сейсмическая съемка была произведена в лагуне атолла Фунафути для определения характера слагающих его горных пород. Этот атолл был выбран потому, что он уже и раньше интересовал английских ученых. Еще в 1901 г. Королевское общество финансировало бурение на нем скважины, чтобы разрешить противоречие, которое волнует геологов, начиная с конца XIX в.
Чтобы понять суть этого противоречия, необходимо познакомиться с тем, как идет образование коралловых островов. Чудесные цвета и причудливые формы кораллов — это по существу пышная одежда очень скромных и маленьких обитателей океана. Коралловый полип прекрасно извлекает из морской воды исходные материалы, необходимые для образования углекислого кальция, являющегося основным химическим компонентом мела и известняка, а также большого количества морских раковин. Но коралловые полипы растут только в теплой воде, и поэтому, если отметить на карте все места, где растут современные кораллы, то все эти отметки лягут примерно в пределах тропиков. Более тщательное изучение условий произрастания кораллов показывает, что температура воды коралловой зоны везде превышает 70° по Фаренгейту. Кроме того, коралловые полипы нуждаются в свете. Следовательно кораллы, образующие рифы и атоллы, могут развиваться только на глубине, не превышающей 200 футов, так как на больших глубинах животворные лучи солнечного света становятся слишком слабыми. Мощные коралловые толщи, образующие опасные для кораблей рифы, состоят из колоний коралловых полипов, которые сцементированы добавочными поступлениями углекислого кальция, выпадающего из морской воды и извлекаемого из нее мелкими морскими водорослями.
Коралловые полипы не любят ил отчасти потому, что мутная илистая вода хуже пропускает свет, но главным образом потому, что им необходимо прочное основание, на котором могут расти их дома — кораллы. Будучи существами морскими, коралловые полипы нуждаются в соленой воде, и поэтому их нельзя обнаружить в опресненной воде близ устьев рек. В тех же случаях, когда имеются все благоприятные условия для их роста, кораллы становятся мощными строителями, и тогда можно видеть массу замечательных коралловых построек — замечательных как по своим общим формам, так и по тончайшей филигранной отделке. Еще Дарвин наблюдал множество видов коралловых островов во время своего плавания в Тихом океане на «Бигле». Некоторые острова, подобно острову Ротума, состоят из центральной скалистой части, окруженной каймой коралловых рифов. На острове Бора-Бора вулканический островок поднимается из лагуны, в свою очередь окруженной узким рифом, как будто кто-то поместил гору в середину лагуны кораллового атолла. Типичный атолл — это просто кольцо коралловых островков, окружающих лагуну. Островки эти всего на несколько футов возвышаются над уровнем моря. Сама лагуна может быть глубиной до нескольких сот футов, в зависимости от ее диаметра. Дарвин считал, что все эти три вида коралловых островов по существу соответствуют лишь различным стадиям одного и того же природного процесса. Он представлял его себе следующим образом. Вначале из глубин океана появлялся остров вулканического происхождения и вокруг него вырастал коралловый риф. Затем остров начинал медленно опускаться со скоростью, которая давала возможность коралловым полипам наращивать рифы так, чтобы они слегка выступали из воды. При этом кораллы плохо разрастались близ берега из-за присутствия пресной воды и ила, который смывался дождями с вулканического острова. С другой стороны, рост внешнего края рифа был достаточно интенсивным, так что по мере того, как остров постепенно погружался и уменьшался в своих размерах, вокруг него появлялась полоса лагуны между берегом и растущим вверх внешним краем рифа. Постепенно весь вулканический остров исчезал под морскими волнами, а кораллы продолжали наращивать рифы с такой же скоростью, с которой погружался остров. Таким образом, в конечной стадии коралловые атоллы образуют своего рода надгробия над постепенно исчезающими островами. Логичность и простота дарвиновской теории образования коралловых островов являются очень привлекательными даже для тех, кто изучал острова и атоллы Тихого океана только по опубликованным картам. Однако эта теория не показалась убедительной для Мюррея и других ученых, которые провели тщательные исследования некоторых геологических формаций на островах Индонезии. В этих местах можно видеть коралловые образования поднятыми па значительную высоту над уровнем моря и покоящимися на глинистых толщах, являющихся, как показали лабораторные исследования, океанскими донными отложениями. Эти факты привели Мюррея к выводу, что образование коралловых островов происходит при совершенно иных условиях. По его теории морские осадки постепенно накапливаются на поверхности вулканического конуса, который до этого уже был срезан до глубины 200 футов ниже уровня моря благодаря действию морских волн. Наконец, наступает такой момент, когда морские отложения поднимаются до глубины около ста футов, не достигая уровня моря, и образуют удобную площадку, на которой и начинают селиться кораллы. Кораллы тянутся к поверхности океана и, наконец, выйдя на поверхность, образуют атоллы в форме кольца.
Конечно, правы были и Дарвин и Мюррей, так как в действительности существуют оба процесса образования коралловых атоллов. Однако это не помешало развитию серьезных разногласий по вопросу о причине образования коралловых атоллов на протяжении нескольких десятилетий конца девятнадцатого века, вызывавших ожесточенные споры в геологическом мире, потому что в те самоуверенные времена чувство догматической угодливости пропитывало большинство научных дискуссий. Ведь всегда существует стремление преданных учеников расширить первоначальную теорию своего учителя так, что она начинает охватывать больший круг вопросов, чем те, для которых она была создана. Во многих случаях такой ученик даже не знает или не дает себе труда разобраться в тех первоначальных положениях, которые привели автора данной теории к его основным положениям. В рассматриваемом случае ошибка заключалась в том, что об атоллах говорили в целом, не подразделяя их на различные типы. А следовало бы различать те атоллы, которые образуются далеко в центре Тихого океана, и те, которые образуются на мелководьях древних материковых областей. При этом андезитовая линия, упоминавшаяся в гл. IV, образует естественную границу между этими двумя видами коралловых островов. Возможно, что прежние разногласия относительно образования атоллов имеют и свою положительную сторону, напоминая геофизикам и океанографам о том, как важно и сегодня воздерживаться от поспешных обобщений. Сейчас собрано уже много новых фактов, но изучение геологического строения морского дна все еще обходится слишком дорого и идет очень медленно, вследствие чего морские исследования приходится сводить к минимуму. При этом существует определенная опасность стать догматиком, если утверждать, что набор фактов, собранных в определенном районе, показателен и для всех других районов океана. Противоречивые объяснения каких-либо фактов никогда не следует отвергать, если они собраны добросовестными наблюдателями, так как они могут быть полезными для объяснения какого-то вопроса с более широких позиций.
Дискуссия, разгоревшаяся в XIX в., оказалась полезной, побудив Королевское общество провести бурение скважины на атолле Фунафути. Предполагалось, что бурение скважины позволит покончить с этим вопросом. Если прав был Мюррей, то коралловая толща, образующая кольцевой остров, окружающий лагуну, должна иметь мощность менее двухсот футов и покоиться на глинистых осадках. С другой стороны, по теории Дарвина следовало ожидать значительно большую мощность коралловой толщи, поскольку погружение основания атолла должно было быть настолько значительным, чтобы исчез большой вулканический остров. И, конечно, если прав был Дарвин, коралловая толща должна была бы лежать на вулканических породах.
Бурение глубоких скважин в 1901 г., когда предпринимался этот эксперимент, было делом весьма трудоемким. Однако даже когда удалось достигнуть глубины более 1100 футов, керны, поднимаемые наверх, все еще состояли из кораллового известняка, а но из глины. Правда, скважина была заложена на краю атолла, чтобы соорудить буровую вышку на твердом основании, и поэтому сторонники гипотезы Мюррея считали, что вся пройденная в скважине 1100-футовая толща сложена обломками кораллов, сносившимися с кораллового рифа и откладывавшимися на его внешнем склоне. Отчет Королевского общества о результатах бурения был очень беспристрастным и не отдавал предпочтения ни одной из двух конкурирующих гипотез, так что вопрос остался открытым до тех пор, пока в игру не вступили сейсмические методы. Сейсмические исследования по методу преломленных волн обнаружили несколько тысяч футов породы с низкой скоростью сейсмических волн, которая могла бы быть отождествлена с коралловой толщей, простирающейся под всей лагуной Фунафути и Нукуфетау. Подобные исследования, проведенные в связи с испытаниями атомных бомб на атоллах Бикини, Эниветок и Кваджелсин, подтвердили эти результаты. Вопрос был решен окончательно, Когда буровая скважина, Доведенная до глубины 4500 футов, вышла из коралловой толщи и вошла в вулканическую породу. Скважина и на этот раз была пробурена на краю атолла, но потребовалось бы колоссальное количество обломочного кораллового материала, чтобы сформировать установленную бурением коралловую толщу мощностью около мили, и представляется невероятным, чтобы весь этот материал был снесен с мелководной коралловой банки, как предполагает гипотеза Мюррея.
Как бы то ни было, а глубина большинства крупных атолловых лагун превышает 25U футов, т. е. максимальную глубину выживания кораллов. Поэтому если коралловые рифы и были построены на срезанной волнами подводной террасе, все равно требуется допустить последующее погружение, чтобы объяснять даже такую мощность коралловых рифов. Сейчас обычно предполагается, что типичные коралловые атоллы Тихого океана образовались именно так, как предполагал Дарвин, и что имело место погружение вулканических оснований на несколько тысяч футов. В связи с этим возникает вопрос, почему же так мелководны внутренние лагуны атоллов. Ответ на это таков: лагуна непрерывно заполняется обломочным материалом, поступающим за счет разрушения рифа волнением. Тщательное изучение глубины лагун атоллов различных размеров показало, что чем больше размеры лагуны, тем больше ее глубина. Это хорошо соответствует тому, что следовало бы ожидать, если лагуна медленно заполняется обломочным материалом по мере погружения атолла. В самом деле, воздействие волн, вымывающих часть обломочного материала из лагуны, не допустило бы ее окончательного заполнения. Чем больше становятся размеры лагуны, тем мощнее становятся и волны в ней, вызываемые ветром, и тем глубже ощущается вымывающее воздействие волн. Необходимо, конечно, существование проходов в рифах, окружающих лагуну, чтобы обломочный материал со дна лагуны мог выноситься в океан. Существуют атоллы с полностью замкнутым кольцом рифов, и лагуны в этом случае, как и следовало ожидать, оказываются мельче. Образование проходов в рифах само по себе также нуждается в объяснении. Они могут быть результатом разрывов в первичном барьерном коралловом рифе, заложившемся некогда на берегах первичного вулканического острова еще до его погружения. Можно ожидать образования проходов и там, где с берегов вулканического острова стекали в море реки. С другой стороны, некоторые геологи предполагают, что значительное понижение уровня океана в периоды оледенений, когда огромные массы вод океана были скованы в покровных ледниках, должно было привести к тому, что атоллы возвышались подобно замкам на несколько сотен футов над уровнем океана. Нормальные процессы денудации должны были при этом разрушить стены замков, а затем, когда ледники стаяли и уровень океана вновь поднялся, проходы могли сохраниться, несмотря на рост новых стен, возведенных коралловыми полипами.
Главное в предложенном Дарвином объяснении образования атоллов это постепенное опускание первоначального острова в море. Но чисто внешние признаки образования атоллов с таким же успехом могли бы подтвердить возможность образования атоллов благодаря постепенному поднятию уровня океана. Такое поднятие уровня океана могло бы произойти, например, за счет вытеснения воды донными отложениями, которые постепенно, но непрерывно накапливаются на дне океана. Однако измерения, произведенные с помощью сейсмических методов, в настоящее время свидетельствуют, что это не так. Конечно, общая мощность всего слоя накопившихся на дне океана осадков достаточна для того, чтобы вызвать поднятие уровня океана на несколько тысяч футов, которое, как теперь уже известно, и произошло. Но только небольшая часть этих отложений накопилась за время образования атоллов. Глубокое бурение показывает, что вся надстройка, образованная кораллами, была создана начиная с мелового периода, т. е. сто миллионов лет назад, что в геологических масштабах является сравнительно недавним временем. Правда, некоторые ученые предполагают, что общее поднятие уровня океана вызвано увеличением объема воды за счет поступления ее в океан при извержении вулканов. Однако подсчеты показали, что этого количества воды совершенно недостаточно, чтобы, начиная с мелового периода, поднять уровень океана на несколько тысяч футов. Следует также указать и на то, что в некоторых местах, как, например, в районе северо-восточнее Новой Зеландии, острова явно поднялись из воды, несмотря на предполагаемое поднятие уровня океана на несколько тысяч футов.
Если Всходить из предположения, что при образовании атоллов скорее всего опустились острова, а не вода поднялась вокруг них, то все же остаются еще две возможности. Первая заключается в том, что произошло региональное опускание большого района морского дна, которое могло увлечь за собой целую группу островов, и вторая, что каждый остров и по времени и по месту опускался самостоятельно. На материках наблюдаются крупные вертикальные движения суши, и, естественно, такие движения можно ожидать в зоне перехода между материками и океанами, например в изобилующем островами районе северо-восточнее Новой Зеландии. Что же касается глубоководных мест океанов, то в этом случае нет необходимости предполагать более сложные явления, чем предполагавшиеся Дарвином локальные движения отдельных островов. Эту точку зрения подтверждают сейсмические исследования, проведенные методом преломленных волн. Если большое количество вулканического вещества вылилось наружу и образовало острова и если эти острова впоследствии опустились относительно морского дна, то должна быть депрессия, вызванная прогибом коренных пород дна океана, т. е. «слоя 6,7 км/сек», который был уже описан в гл. III. В двух местах, одно — в 18 милях юго-западнее Фунафути и другое — в 15 милях от оси цепочки Гавайских островов, было обнаружено, что «слой 6,7 км/сек» сверху покрыт 2—3-километровым слоем материала, который, судя по скорости сейсмических волн, сложен породами вулканического происхождения. Образец породы, полученный во время извержения Килауэа, за год до того как «Челленджер» посетил Гавайские острова, при исследовании в лаборатории показал характерную скорость 4,5 км/сек, которая очень хорошо согласуется с результатами, полученными для пород, залегающих в обоих случаях над коренными породами океанского дна, имеющими скорость 6,7 км/сек.
Ко всему этому можно добавить, что в настоящее время существует еще одно доказательство, прекрасно подтверждающее дарвиновскую теорию образования коралловых атоллов, доказательство, которое не было известно при жизни ученого. Плосковершинные подводные горы, которые, как показывают исследования с помощью эхолотов, широко распространены в Тихом океане, образуются, видимо, путем воздействия волн на берега вулканических островов, путем постепенного их разрушения. И если все эти острова действительно опускаются, то, достигнув в один прекрасный день своими вершинами уровня моря, они в полной мере воспримут удары обрушивающихся на них морских волн. В этом случае сохранятся только те, которые создадут свои собственные волноломы, образованные коралловыми рифами. Денудация в течение многих веков вызовет образование плоских вершин у незащищенных коралловыми рифами островов, а если они будут продолжать опускаться, то вообще исчезнут без всякого следа, погрузившись постепенно на несколько тысяч футов под поверхность океана. Во время траления с плоских вершин подводных гор иногда удается получить обломки кораллов. Предположение, что эти подводные столовые горы могут быть опустившимися атоллами, полностью отвергается присутствием в том же трале пород вулканического происхождения. По-видимому, эти странные подводные горы являются атоллами более низкой стадии развития.
Возможно, что на каком-то критическом этапе только что появившаяся коралловая защита была уничтожена во время шторма, или опускание шло так быстро, что кораллы не успевали надстраивать очередной слой и компенсировать погружение. Во многих случаях вероятно также, что кораллы не могли разрастаться из-за того, что вода была слишком холодной. Больше того, можно считать, что именно сам атолл является исключением; то. что он остался, возвышаясь над уровнем моря, можно объяснить лишь исключительным усердием строящих рифы коралловых полипов. Вероятно девятнадцать из двадцати вулканических островов, которые, поднимаясь со дна океана, в течение некоторого времени возвышались над поверхностью воды, заканчивают свое существование в виде плосковершинных подводных гор, лишенных кораллового надгробия, которое указывало бы место их захоронения. Однако все они входят в одну семью атоллов, ибо сформированы из одного и того же материала вулканического происхождения, характеризующегося относительно низкой скоростью прохождения сейсмических волн, вес которого заставляет прогибаться слой 6,7 км/сек коренных пород дна океана, образуя во многих местах блюдцевидные впадины. Весь имеющийся в распоряжении ученых материал настойчиво указывает на простую схему эволюции островов океана. Все начинается с извержения вулкана на океанском дне. Вещество, которое выбрасывается вулканом, затвердевает, образуя вулканический конус. Изверженный материал имеет плотность 2,4 и скорость прохождения сейсмических волн между 4 и 4,7 км/сек. После определенного периода деятельности вулкан умирает и его последующая история зависит от того, сумел ли он достигнуть такой высоты, чтобы его вершина возвышалась над уровнем воды. Если его вершина так и не достигла поверхности океана, то вулкан становится обычной подводной! горой; при этом его высота от уровня океанского ложа будет меньше топ, которой он первоначально достиг в процессе роста, потому что все вулканы, поднявшиеся со дна, неумолимо опускаются. В других случаях вулкан может стать таким огромным, что будет возвышаться над поверхностью воды и останется в будущем островом. Может быть это и невозможно, и те острова, которые мы сейчас видим в океане, все равно обречены и погрузятся в морскую пучину. Без сомнения, исчезновение северо-западного конца цепи Гаванских островов наводит на мысль, что такая же судьба уготована и существующей! сейчас группе островов вблизи Оаху и Гавани. Средним звеном между малыми и большими вулканическими островами можно считать плосковершинные подводные горы и атоллы.
Средняя глубина, на которой встречаются плосковершинные подводные горы, около 4200 футов, и, вероятно, можно считать, что толщина коралловой постройки атоллов примерно такая же. Погружение островов, необходимое для того, чтобы сформировать указанную толщу кораллов, произошло со времени мелового периода, т. е. за последние 100 миллионов лет, что соответствует средней скорости погружения в один сантиметр за тысячу лет. Кораллы же могут расти гораздо быстрее, поэтому приведенные цифры не вызывают никаких сомнений.
Конечно, коралловые полипы — прекрасные строители, но все-таки работу гораздо большего объема производят вулканы. Вулканические острова типа Гавайских находятся в стадии роста, согласно теории происхождения атоллов, предложенной Дарвином. Каждые несколько лет здесь изливаются новые порции лавы, которые понемногу увеличивают огромную пирамиду, поднимающуюся со дна океана. Природа не устроила никаких эффектных зрелищ специально в честь прихода «Челленджера», однако некоторое представление о .масштабах современных извержений можно было получить, просматривая замечательные кинофильмы, снятые геологами Вулканологической станции. В скалах образуются огромные трещины, и кипящие струи добела нагретой жидкой лавы бьют вверх, подобно сказочным фонтанам. Лава собирается в ручьи и стекает вниз по склону, вначале в виде огромных жидких рек, а позднее, несколько застыв, крошащейся темно-красной стеной, высотой до двенадцати футов неумолимо надвигается на деревья, дома и на все, что попадается ей на пути. Вообще говоря, вулканы Тихого океана во многих отношениях не такие уж злобные существа, поскольку их извержения редко происходят со взрывом. Они скорее стремятся выпустить лаву в виде жидкого потока, а не выбрасывать удушливый газ и пепел, которые погубили Помпею. Кроме того, они заранее предупреждают о предстоящем извержении — во всяком случае тех ученых Вулканологической станции, которые сумеют заметить и понять эти признаки. Примерно за месяц до извержения чувствительные сейсмографы показывают усиление едва ощутимых колебаний земли, которые непрерывно записываются на ленту. Активность вулкана непрерывно нарастает, пока не доходит до высшей точки, когда, наконец, в скале появляется трещина, через которую выбрасывается поток жидкой лавы и дается выход огромным давлениям, образовавшимся глубоко под землей. Путем наблюдения за нарастанием шумов с помощью целого ряда сейсмографов, расставленных по всему острову, вполне возможно установить в пределах 24 часов, когда наступит очередное извержение. Эта эффективная система раннего оповещения успешно используется для спасения человеческих жизней. Однако надежного средства для отклонения потоков лавы, движущихся на жилища, пока еще не найдено. Во время войны делались попытки отвести потоки лавы, сбрасывая на их пути бомбы. Но эти попытки закончились неудачей. И бомбы и постройка специальных стен на пути потоков лавы являлись лишь жалкими потугами по сравнению с теми могучими силами, которые может выставить природа.
Информация, полученная с помощью сейсмографов, подтверждается наблюдениями за рядом наклономеров, которые показывают весьма незначительные смещения уровня земли. В то время, когда жидкая лава пробивает себе путь к поверхности Земли, она слегка вспучивает породы над собой, что очень ясно отражается на записях наклономеров. Следовательно, можно точно установить местонахождение подземного потока лавы и, основываясь на опыте прошлых извержений, предсказать направления, по которым лава потечет.
Какой-нибудь вулкан со слабой активностью, где извержения происходят в регулярные промежутки времени, может служить отличной лабораторией для подробного изучения этих грандиозных явлений природы. Дополнительно к измерениям физических параметров, которые помогают установить глубину вулканического очага, химические лаборатории дают возможность производить анализ всех тех веществ, которые выбрасываются во время извержения. Такая научно-исследовательская работа является большим шагом вперед по сравнению с теми чисто внешними наблюдениями, которые могли проводиться экспедицией на «Челленджере» в XIX в. при посещении Гавайских островов. Тогда, наблюдая кипящую лаву в огромном котлообразном провале на склоне вулкана Мауна Лоа, Спрай писал: «Там был полный хаос и смятение, так как лава подобно раскаленному металлу разламывалась с адским шумом, проходя по шероховатым отвесным скалам, и застывала, переливаясь через край в виде причудливых гирлянд». В 1951 г. это озеро лавы представляло собой пустой кратер. Вероятно наполнение и опорожнение этого кратера зависят от объема расплавленного вещества, которое собирается в подземных очагах. Путем наблюдений за движением лавы и за количествами расплавленных пород, выбрасываемых во время извержений, можно будет со временем получить довольно ясную картину расплавления вещества, происходящего внутри Земли. Тот факт, что извержения происходят за сравнительно короткий период времени, указывает на ограниченный объем карманов расплавленной лавы. Это подтверждается также изучением волн, вызываемых землетрясениями и показывающих, что на глубине 10—20 миль, где зарождается вулканическая деятельность, нет сплошного жидкого слоя. Вероятно должен существовать источник тепла, с помощью которого создаются подземные озера расплавленной лавы, но давление, которое нарастает в процессе расплавления породы, вскоре выталкивает лаву на поверхность. При этом все тепло, так тщательно накапливавшееся перед этим, выходит на поверхность вместе с жидкими потоками лавы. Тогда вновь с самого начала начинается медленный процесс расплавления новой порции породы. Процесс этот идет уже на протяжении миллионов лет и, возможно, что как раз цепь Гавайских островов и поможет найти ключ к его познанию. Интересно, что на северо-западном конце этой цепи вулканы потухли, а сами острова в некоторых случаях уже исчезли под водой, следуя закону опускания, так наглядно демонстрируемому коралловыми атоллами.
Гавайские острова лежат на пологом поднятии океанского ложа, как будто они возникли из эмбрионального горного хребта. Возможно, что эти острова как раз и появились в результате образования подводного хребта на поверхности океанского дна (независимо от того, как он сформировался). При смятии коренных пород в процессе образования хребта, вероятно, произошло выделение тепла, т. е. прибавилось дополнительное количество тепла к тому теплу, которое все время выделяется благодаря непрерывному распаду небольших порций радиоактивных веществ в горных породах. Подсчеты показывают, что при деформациях коренных пород во время образования горного хребта выделяется такое количество энергии, которое вполне покрывает весь расход энергии на расплавление всего того вулканического материала, который изливается в пределах этого хребта. С таким же основанием можно предположить, что при образовании подводного хребта на дне океана тоже произойдет местное расплавление материала. Этот процесс еще более усиливается благодаря теплоизоляционному эффекту мощной толщи пород, образующих сам хребет. Таким образом, как только на дне океана начинает образовываться подводный хребет, процесс подогрева развивается с нарастающей силой. Энергия, выделяющаяся при деформации пород земной коры, частично проявляется в виде сейсмических волн, связанных с землетрясениями. По всей вероятности энергия, выделение которой при этом зарегистрировано, является лишь небольшой долей от всей выделившейся, так как остальная часть ее остается в виде тепла, идущего на расплавление пород, находящихся глубоко под земной корой. Если механизм образования волн при землетрясениях подобен тому, который имеет место при подземных взрывах, то суммарная энергия сейсмических волн будет не больше 1/200 от всего количества выделенной энергии. Когда накапливается достаточное количество тепла, породы расплавляются, и жидкая лава выбрасывается на поверхность — происходит извержение вулкана. Поэтому там, где на ложе океана образуется подводный хребет, естественно ожидать и образования цепочки вулканических островов.
Зона плавления пород земной коры находится, вероятно, где-то вблизи раздела Мохоровичича, т. е. границы между слоем пород со скоростью сейсмических волн 6,7 км/сек и породами мантии, характеризующимися скоростью 8,1 км/сек. Можно предположить, что более тщательное исследование лавы, выбрасываемой вулканами, даст правильный ответ на вопрос, какие из этих пород являются основой для образования расплава1. Правда, выводы при этом будут не вполне однозначными по двум причинам. Во-первых, некоторое разделение материала может произойти уже в глубинном очаге, подобно тому, как шлак отделяется от стали в доменной печи. Во-вторых, большое количество нового материала прибавляется к лаве, когда она во время извержения проходит через различные слои горных пород на пути к поверхности.
Кое-какие сведения дают об этом сейсмические исследования. Было отмечено, что слой 6,7 км/сек около вулканических островов и атоллов имеет несколько большую скорость прохождения сейсмических воли, чем в местах, где вулканы отсутствуют. Возможно, что это как раз и происходит в результате смешения материала слоев 8,1 км/сек и 6,7 км/сек вблизи корней вулканов, где произошло расплавление пород. Это, в свою очередь, наводит на мысль, что очаг, откуда поступает расплавленная порода, находится где-то на стыке между этими двумя слоями. Сейсмические исследования прогибов слоя 6,7 км/сек под островами-атоллами и подводными горами подкрепляют эту гипотезу. Конфигурация кровля и подошвы частей слоя 6,7 км/сек такова, что можно было бы предположить постепенное нагромождение застывшей лавы на поверхности ложа океана, а затем постепенное оседание этого нагромождения под собственным весом с прогибанием основания ниже раздела Мохо. Но каким же путем могут прогибаться прочные коренные породы и вызвать всеобщее опускание вулканов Тихого океана?
Прежде всего надо помнить о колоссальном давлении, воздействующем на ложе океана после того, как столб воды высотой в три мили заменяется вдвое более тяжелыми вулканическими породами. Произведенные расчеты давлений показывают, что силы, сосредоточивающиеся в основании вулкана, превосходят запас прочности даже самых прочных пород, поэтому происходит некоторое снижение давления, хотя бы в начале, благодаря появлению многочисленных мелких трещин в породах океанского ложа.
В свою очередь это тоже ведет к накоплению тепла и, в конце концов, породы могут начать медленно расплываться подобно вару. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока основание вулканического конуса не осядет в более плотный материал мантии. Тогда наступит уравновешивание сил и вулкан, по существу, будет плавать в более плотном материале мантии, совсем как льдина, плавающая в воде. Кроме того, существует еще и другой процесс, ускоряющий достижение такого равновесия. Ведь после того, как вулканическая лава излилась наружу, должно остаться некоторое пустое пространство, которое, возможно, частично заполнится благодаря горизонтальному сползанию пород с обеих сторон, но в какой-то мере должно вызвать и оседание материала сверху вниз. Таким образом, появляются основательные доводы в пользу теории Дарвина, подкрепляемые, в свою очередь, современными морскими сейсмическими исследованиями. Таким образом, в настоящее время атмосфера противоречий XIX в. уже исчезла. Однако если и удалось разделаться с одной серией проблем, то возник ряд новых вопросов.
Выше мы уже упоминали о региональных движениях ложа океана. Доказательством этого является образование в Тихом океане подводных поднятий, подобных поднятию, лежащему в основании Гавайских островов. Такие движения, вероятно, связаны со сжатием земной коры. Масштабы этих движений, видимо, были недостаточно значительными, чтобы поднять структуры ложа океана до поверхности воды. Однако, судя по мощности осадочных толщ, наблюдаемых на поверхности суши, амплитуда вертикальных движений может достигать огромной величины 40000 футов.
Предполагается также, что по окраинам материков обычный характер развития океанских вулканических структур будет резко нарушен. Как раз это и было обнаружено в случае поднявшихся со дна коралловых платформ Соломоновых островов, а отсутствие резких различий между этими двумя типами коралловых образований и является, на наш взгляд, основной причиной, почему так долго существовали различные взгляды на происхождение коралловых атоллов. Не исключена возможность, что вулканические структуры вблизи материковых массивов будут формироваться по типу тех, которые находятся в океане, но, как правило, в этом случае их индивидуальные движения будут перекрываться более значительными опусканиями или поднятиями массива суши в целом.
Коралловые рифы имеются как на Сейшеллах, группе гранитных островов в западной части Индийского океана, так и на вулканическом острове Бермуда в Атлантике. Однако сейсмические измерения в обоих местах показали, что толща коралловых образований здесь достигает всего лишь нескольких сотен футов. Несмотря на то, что обе группы островов стоят изолированно и в области глубокого дна океана, они не подверглись оседанию дарвиновского типа, во всяком случае за период роста на них кораллового слоя.
Конечно, возможно, что климат, достаточно теплый для роста коралловых полипов, установился здесь сравнительно недавно, а может быть они образовались на основе, несколько отличной от той, которая характерна для Тихого океана. Позднее мы увидим, что это явное несоответствие геологических условий глубоководных областей различных океанов может быть связано с более широким вопросом — вопросом о перманентности или подвижности материковых массивов. Здесь достаточно указать лишь на наличие довольно четкой системы громадного количества разнообразных структур в одном только Тихом океане, который сам по себе уже составляет почти половину всей площади земного шара, покрытой океанами.
Техника сейсмических исследований с применением радиоакустических буев была несколько усовершенствована для работ в лагунах атоллов. Здесь необходимо было провести более тщательные измерения по сравнению с теми, которые делались в глубоководных местах. Там считалось возможным, чтобы буй свободно дрейфовал в процессе сейсмических наблюдений, так как допускалось, что на огромных просторах океана изменения геологического строения дна не могли меняться сколько-нибудь резко.
Однако в лагунах буи ставились на якорь с тем расчетом, чтобы было точно известно их местоположение по отношению к атоллу. Сама эта процедура была очень проста: буи спускались с корабля обычным путем и затем отбуксировывались с помощью мотоботов к заранее размеченным якорным стоянкам. Буи, как обычно, были связаны с кораблем по радио. Но если при исследованиях, проводимых в океане, корабль после спуска буя уходил, чтобы сбрасывать заряды, то в случае исследований на атолле запись сейсмических волн проводилась с корабля, стоящего на якоре. В этом было свое преимущество, потому что все время была особенно надежная и бесперебойная радиосвязь с буями. Подрыв зарядов производится с мотобота при помощи кабеля, соединенного с источником электроэнергии. Сами заряды были значительно меньше глубинных и менялись от нескольких унций до двадцати фунтов. В сравнительно мелких водах лагуны этих взрывов было вполне достаточно, чтобы оглушить и перебить множество рыбы. После каждого взрыва раздавались шумные восторженные возгласы, когда на поверхность всплывали серебристые рыбы. Тут же было освоено искусство быстро вытаскивать в лодку одной рукой двух- или трехфунтовых рыб. Поэтому каждый день к концу взрывных работ набиралось по нескольку ведер замечательной рыбы.
Сейсмические исследования в лагуне кораллового атолла оказались довольно приятным занятием, благодаря простоте работы с радиоакустическими буями. Применение моторного бота для производства взрывов означало возможность избежать использования корабля. Регистрирующая аппаратура устанавливалась при этом в маленьком домике на берегу. Все это в целом, конечно, весьма снижало затраты на проведение исследований. Хотя полученные данные были уже вполне достаточны, чтобы получить общее представление о строении атолла, все же желательно было бы получить еще более подробные сведения об его погруженном подводном вулканическом основании и об окружающей его депрессии. К этому можно добавить, что сейсмические исследования пригодятся в качестве предварительных данных для проведения в будущем бурения, которое позволило бы получить образцы горных пород глубоких слоев земной коры. Времени для того, чтобы продолжить сейсмические исследования за пределами лагуны, уже не оставалось, хотя технически это было возможно. Судно вполне могло выйти через один из проходов лагуны и производить взрывы зарядов во время движения по профилю на продолжении линии расположения радиоакустических буев. Такой профиль дал бы возможность установить контуры впадины, образованной в результате прогиба слоя коренных пород со скоростью сейсмических волн 6,7 км/сек. При этом можно было бы подтвердить также общую картину строения дна, полученную нами внутри атолла и при работах на станции, расположенной на расстоянии 16 миль от Фунафути.
Жители Фунафути — очень веселый народ. Каждый день они приглашали команду нашего корабля на какие-нибудь спортивные соревнования. Пока мы вели сейсмические работы, на берегу шла ожесточенная спортивная борьба. Проведенные три игры в футбол, одна в крикет, парусные гонки и короткий заезд на каноэ показали прекрасное мастерство жителей острова. Наш корабельный вельбот во время парусных гонок остался далеко позади, несмотря на то, что местные жители так нагрузили свои лодки своими семьями и друзьями, что там буквально негде было повернуться, чтобы управлять парусами.
Лодки на Фунафути были построены по одному и тому же типу, по-видимому скопированному с какого-то европейского суденышка, которое появилось на острове много лет назад. Возможно образном была одна из тех лодок, которые были привезены сюда экспедицией 1901 г. Лодки имели большую парусность, что весьма выгодно в условиях легких бризов лагуны2.
На чай, который был устроен на борту корабля, собралось почти все население острова, включая и детей, для которых были припасены конфеты и мороженое. После чая последовал просмотр кинокартины. Выбор фильма, подходящего для данного случая, вызвал много споров, так как лишь немногие жители острова имели хоть какое-то представление об английском языке. В конце концов остановились на ковбойском фильме и, как потом оказалось, попали в самую точку, но по совершенно неожиданной причине. Когда начался фильм, с носовой палубы, где устроилась публика, стали раздаваться необыкновенно громкие взрывы хохота, которые, как потом стало ясно, были вызваны отнюдь не комическими ситуациями, задуманными авторами фильма, а лошадьми, появившимися на экране. Дело в том, что жители Фунафути никогда в жизни не видели лошадей, и поэтому эти огромные четвероногие животные, вероятно, казались им такими же странными, как кенгуру или утконос первым путешественникам, посетившим Австралию.
На островах Южных морей имеется много интересного, помимо того, чем занимаются океанографические экспедиции. Это было доказано Томом и Дианой Хепворт во время их плаваний на своей яхте «Артур Роджерс», которая сейчас базируется на Голубином острове группы островов Самоа. Усталость от войны и сознание того, что жизнь весьма быстротечна, породили среди многих людей мечты об уходе от городского шума к новой, более естественной, хотя примитивной жизни на каком-нибудь удаленном острове, а у тех, кто любит море,— мечты о плаваниях на каком-нибудь корабле. Практические трудности и естественная осторожность останавливали большинство таких юных мечтателей, но только не Тома Хепворта, который успешно плавает по всему Тихому океану на «Артуре Роджерсе» вот уже десять лет. Когда «Челленджер» проходил Панамский канал, он встретился там с искусно отделанным, выкрашенным в белый цвет бриксхемским траулером Тома. Как оказалось, этот участок пути был для него самым трудным в путешествии в денежном отношении, ибо пришлось добывать деньги для оплаты за проход по каналу работой в качестве фотографа на берегу. Позднее участники экспедиции Скриппсовского института «Каприкорн» сообщили, что они видели «Артура Роджерса», покидавшего Таити уже после проведения исследований на Галапагосских островах. Конечно, Том всего лишь моряк, а не океанограф, но он один из тех редких любознательных владельцев судов, которые используют их для морских научных исследований.
Сейсмические измерения имеют давнюю связь с «Артуром Роджерсом», так как еще в 1939 г. он являлся одним из тех двух судов, которые были зафрахтованы Геофизическим отделением Кембриджского университета для проведения одной из первых экспедиций, занимавшихся изучением геологического строения дна западной части Ла-Манша. В те времена заряды взрывчатки опускались на дно и подрывались с корабля с помощью электрического тока. Корпус «Артура Роджерса» не раз испытал резкий удар взрывной волны, когда взрывы производились вблизи корабля. В Южных морях шкипер Хепворт продолжает поддерживать славные традиции исследователей старой школы, но его плавания стали более экзотичными. Так, например, одно время «Артур Роджерс» был туристическим судном, ходившим по островам Южных морей с секретаршами из Австралии, проводящими свой отпуск в поисках приключений. Позднее на корабль были наняты ныряльщики для сбора раковин Трохус. Хепворт занимался также и торговлей в самом старомодном духе, скупая копру на островах, лежащих в стороне от главных морских дорог и редко посещаемых кораблями даже в наши дни. Часть затраченных на покупку копры денег он тут же выручал продажей велосипедов, посуды и даже бус.
Кое-кому посчастливилось все же увидеть пальмы и коралловые рифы более легким путем, хотя и не надолго. Работа по сбору разведывательных данных при подготовке Соединенными Штатами десантных операций для захвата островов Тихого океана привела туда многих ученых, которые почувствовали всю прелесть этих уголков Земли. Теперь вероятно среди тех, кто посещает эти места, океанографов уже больше, чем миссионеров.
Путешествие «Челленджера» в Южных морях, продолжавшееся несколько месяцев, началось с Новой Зеландии, где мы провели счастливые шесть недель, устроив себе отдых с экскурсиями на овцеводческие фермы, на горячие источники Роторуа, и с прочими невинными удовольствиями, которые совершенно недоступны людям, бит ком набитым в маленькую железную скорлупу, движущуюся по морю. В Новой Зеландии местные ученые с энтузиазмом показывали нам свои музейные коллекции, помогая определению видов рыб и птиц, собранных нами в течение предыдущего года, и давая советы по поводу программы наших научных исследований на будущее.
В течение своего двухлетнего путешествия вокруг света «Челленджер» посетил двадцать два различных острова (если включить в число островов Англию, Японию и северный остров Новой Зеландии). Есть какое-то свое очарование в том, чтобы пристать к острову, а не просто зайти в какой-то материковый порт. Можно, конечно, возразить, что в этом рассуждении нет достаточной логики, ибо такие острова, как Цейлон и Ванкувер, сами по себе достаточно велики и по существу являются частью материка, возле которого они расположены. Однако и эти большие острова остаются все же островами, и ограниченность размеров их можно всегда ощутить, объехав их на машине, — при этом море всегда будет поблизости. Вместе с тем надо отметить, что обитатели небольших изолированных островов проявляют, видимо, в значительно меньшей степени неудовлетворенность жизнью, чем это свойственно в обществе, искушенном цивилизацией. Своеобразным наказанием за свободную и легкую жизнь островитян, без сомнения, является отсутствие той большой радости, которую приносят человеку достижения культуры. Но взамен этому жизнь на островах дает те простые и невинные радости, которые делают островитян по детски счастливыми, и тому, кто проведет свою жизнь на маленьком острове, несомненно, нет причины сожалеть об этом. Уровень жизни там, может быть, несравненно ниже, чем в западных странах. Но такое сопоставление является ошибочным, так как оно основывается на деньгах, которые необходимы лишь для покупки одежды, жилища, пищи и удовольствий. В тех же местах, где сама природа дарит пищу и где благодаря особенностям климата почти не требуется никакой одежды, бессмысленно оценивать богатство теми же критериями, которые приняты людьми в больших городах. И в самом деле, кому понадобится автомашина на коралловом атолле?
Примечания
1. Советским вулканологом Г. С. Горшковым установлено, что глубина вулканических очагов на Камчатке значительно превышает глубину раздела Мохоровичича, достигая 60 км. Глубина вулканических очагов около 60 км установлена также американскими исследователями для вулканов Гавайских островов. Таким образом, плавление магмы происходит в глубинах верхней мантии.
2. Автор явно недооценивает исключительные способности и вековой опыт жителей Океании в мореплавании и постройке мореходных судов. Их искусство строить и водить через просторы океана парусные каноэ весьма высоко, и вряд ли им пришлось учиться этому у западноевропейских моряков. Именно в Тихом океане была создана остроумнейшая конструкция катамарана — сдвоенного судна, и каноэ с вынесенным в сторону поплавком — аутригером. Оба эти типа судов обладают исключительно высокими мореходными качествами. Жители Океании отважно пускаются в плавание на значительные расстояния, не имея каких-либо навигационных приборов, но используя свой огромный опыт в ориентировке по звездам и различным природным приметам. Они — прирожденные мореходы и кораблестроители, но в последние годы старинное мастерство их в известной мере деградирует под влиянием западной цивилизации.