«История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие»

Подобно тому, как криминалисты реконструируют место преступления с помощью улик, ученые изучают геологические объекты, чтобы по крупицам составить целостную картину событий далекого прошлого. В книге «История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Евгением Поникаровым, геолог Дональд Протеро рассказывает о явлениях и находках, которые изменили представление о геологических процессах и позволили расширить знание о нашей планете. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, в котором ученые проводят один из первых геологических экспериментов и доказывают, что вулканические породы образуются не в воде.

Нептунизм против плутонизма

В конце XVIII века первые натуралисты эпохи Просвещения все еще находились под сильным влиянием книги Бытия и мифа о Всемирном потопе. Такие ученые, как Джованни Ардуино (1714–1795), пытались втиснуть все имеющиеся горные породы в упрощенную последовательность. Сначала шли твердые кристаллические «первичные» породы (гранитные и метаморфические, например, сланцы или гнейсы), которые предположительно образовались при сотворении Земли. Их покрывали «вторичные» породы — осадочные слои, часто имевшие вид складок и деформированные, содержащие окаменелости. (Сегодня большинство этих пластов «вторичных» пород относят к интервалу геологического времени от девонского периода до мелового.) По мнению некоторых натуралистов, «вторичные» слои преобладали и представляли собой отложения, созданные Всемирным потопом. Над ними находились рыхлые отложения и слабо сцементированные осадочные породы, называемые «третичными» слоями — предположительно, «послепотопными»

Такие упрощенные понятия о геологической летописи могут быть занимательными, если не выбираться в реальный мир и не смотреть на реальные породы. Однако большинство геологов того времени не предпринимали дальних путешествий и не проверяли свои идеи на новых обнажениях, а подгоняли ограниченные вскрытые разрезы горных пород Северной Европы под свои заранее принятые догмы. Теория, предполагавшая, что горные породы образовались под воздействием воды (обычно подразумевается все тот же Всемирный потоп), получила название нептунизма — по имени Нептуна, римского бога морей. Нептунисты утверждали, что даже лавовые потоки некогда откладывались в воде. Их противники, однако, возражали, что потоки лавы когда-то образовались из горячей расплавленной породы, а не из воды, и потому приверженцев таких воззрений называли плутонистами, а их теорию — плутонизмом (в честь Плутона, римского бога горячего вулканического подземного мира).

Родоначальником нептунизма был немецкий естествоиспытатель, профессор минералогии во Фрайбергской горной академии Абраам Готтлоб Вернер (1749–1817). Говорили, что Вернер был завораживающим оратором и под влиянием его личности практически все, кто слушал его выступления, становились его сторонниками. Идеи Вернера были весьма популярны в Европе — в первую очередь из-за мощи аргументов и силы его индивидуальности, однако они не опирались на тщательное изучение обнажений на сколь-нибудь обширной территории. (Впрочем, сам ученый не утверждал, что слоистые осадочные породы и потоки лавы являются отложениями времен Всемирного потопа, как считали многие его современники, а просто предполагал, что они откладывались в воде.) Его учеников можно было найти во всех крупных европейских университетах, включая Эдинбургский, где непоколебимым нептунистом был Роберт Джемсон, ставший непримиримым соперником Джеймса Хаттона. Убежденным нептунистом был даже великий поэт и натуралист Гёте. В четвертом акте «Фауста» есть диалог между нептунистом и плутонистом, в котором Мефистофель явно представляет злую плутонистскую точку зрения.

Вы можете задаться вопросом: «Как кто-нибудь мог думать, что вулканическая порода формировалась в воде?» Вспомните, что химия в то время находилась в зачаточном состоянии, поэтому никто ничего не знал о температуре и давлении, необходимых для плавления горных пород. Мало кто из европейцев когда-либо видел потоки лавы. Сейчас мы можем посмотреть видеоролики, на которых раскаленная докрасна лава течет из действующих вулканов, подобных Килауэа, но во времена Хаттона лишь немногочисленные европейцы уезжали далеко от родных городов, и никто не наблюдал извержения вулкана, если только не оказывался на юге Италии в тот момент, когда проявляли активность Везувий, Стромболи или Этна, причем эти вулканы в основном порождают пепел, а не лавовые потоки. Французский геолог Никола Демаре (1725–1815) отмечал в 1774 году: потухшие вулканы исторической области Овернь на юге Франции доказывают — здесь некогда шли активные извержения, о чем говорят вулканические конусы и множество выветрившихся потоков лавы. Одно это должно было подтвердить правоту плутонизма, хотя нептунизм еще много лет оставался доминирующей теорией.

Тем не менее когда Джеймс Хаттон продумывал свою грандиозную схему гор, которые поднимаются и разрушаются, он пришел к убеждению, что граниты и базальты, сформировавшие потоки лавы, появились не в воде: их создали горячие расплавленные породы, известные как магма. Однако в Северной Европе не было действующих вулканов, и Хаттон никогда не видел, как потоки лавы движутся по территории. Из-за отсутствия таких фактов Хаттон искал места, где граниты или базальты проплавили себе дорогу сквозь ранее существовавшие породы либо вторглись в окружающие породы, прокалив их своим огромным жаром.

Долина реки Тилт и утесы Солсбери

Первые подсказки Хаттон получил, когда заметил, что в гравии реки Тилт, текущей на юг от гор Кернгорм в Хайленде севернее Эдинбурга, полно как гранитных окатышей, так и обломков более древних метаморфических пород. Поэтому он понимал, что где-то в ложе реки должны быть обнажения пород обоих этих видов и что он, возможно, увидит место, где они контактируют друг с другом. В 1785 году он проехал вверх по долине Тилта и остановился на ночь в местечке Форест-Лодж. На следующий день, исследуя обнажения в русле Тилта у моста Дэйлан-Эс возле Форест-Лодж, ученый обнаружил то, что искал: жилы кирпично-красного гранита, прорезавшие более древние метаморфические породы и пропекшие их в зонах контакта (рис. 5.1). Увиденное служило доказательством того, что граниты когда-то были расплавленной магмой, а не образовались в воде! Кроме того, эти граниты должны были быть моложе окружающих сланцев, и, следовательно, не все такие породы сформировались при первоначальном творении Земли, как описано в Бытии.

Однако Хаттону требовалось нечто еще более убедительное: потоки лавы, внедренные в сформировавшиеся в воде слоистые отложения. Когда исследователь бродил по холмам к югу от Эдинбурга со своей собакой Мисси, он понял, что возвышающаяся над городом гора Трон Артура — жерло древнего вулкана (рис. 5.2), а Утесы Солсбери в северной части горы — уступ древних вулканических пород.

Наконец, на юго-западных склонах этих утесов он нашел то, что предвидел: интрузии базальтовой лавы, которая расплавила слоистые осадочные породы и в ходе этого процесса даже деформировала их (рис. 5.3). Это знаменитое место получило название Разрез Хаттона, и его регулярно посещают студенты, изучающие геологию. В 1786 году Хаттон нашел подобный пример в области Галлоуэй, а в 1787-м — еще один на острове Арран.

Хаттон и его друзья-химики, в том числе Джозеф Блэк и сэр Джеймс Холл, также гораздо лучше, нежели другие ученые того времени, представляли себе химию горных пород, Хаттон знал, как выглядят минералы, образующиеся в результате химического осаждения из воды (например, соль), и мог видеть, что магмы не образуются в воде. Когда в 1768 году Хаттон переехал в Эдинбург, он работал с Блэком, который разделял его любовь к химии — важнейшему инструменту для понимания воздействия на горные породы высокой температуры. Блэк ввел понятие скрытой теплоты и осознал важность давления при нагревании веществ. Например, вода под давлением остается жидкой, даже если ее нагреть до температуры, которая обычно превращает воду в пар. Эти идеи, касающиеся роли тепла и давления, станут ключевыми для теории Хаттона, объясняющей, как погребенные осадочные отложения превращаются в горные породы. В 1792 году Холл провел эксперимент: он расплавил кусок базальта при температуре в диапазоне от 800 до 1200 °C; затем при медленном охлаждении расплав снова перекристаллизовался в базальт. Это был один из первых экспериментов в геологии, и он показал, как должны выглядеть расплавленные горные породы в природе.

Подробнее читайте:
Протеро Д. История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие / Дональд Протеро ; Пер. с англ. [Евгения Поникарова] — М. : Альпина нон-фикшн, 2025. — 408 с. : ил.