Как и почему возникла теория тектоники плит

...И как пример эта безумно увлекательная история может пригодиться в дискуссии о причинах нынешнего изменения климата. Хотя о чём тут дискутировать...

Задолго до того, как в 1912 году немецкий геофизик Альфред Вегенер высказал гипотезу континентального дрейфа, палеонтологи уже принимали идею связи между разделёнными ныне массивами суши, ибо на то указывало распространение схожих окаменелостей и пород. Геологам тоже было известно, что кусок альпийской породы можно найти за сотни километров в другом месте.

Однако аргументация в пользу того, что континенты действительно движутся, загустела только в 1960-х гг., когда стремительный прогресс геофизических исследований, подстёгнутый холодной войной, позволил обнаружить такие факты, которые открыли дискуссию вновь и в конце концов её завершили.

Важнейшая статья на эту тему увидела свет как раз 50 лет назад. Британские геологи Фредерик Вайн и Драммонд Мэтьюз истолковали полосы морского дна, у которых полярность магнитного поля не совпадала, как свидетельство спрединга, расталкивающего континенты. Вскоре мысль о движении земной коры получила всеобщее признание, и теория тектоники плит утвердилась в физической географии в качестве основополагающей.

Журнал Nature отмечает юбилей замечательной статьёй американского историка науки Наоми Орескес, которая считает, что медленное объединение идей и фактов в судьбе этой теории — хороший урок для нынешнего спора об антропогенном изменении климата. Хотя наука непрестанно развивается и наше внимание в основном приковано к спорным вопросам на переднем крае исследований, «консенсус» (то есть объём знаний, который является основой научных представлений о природе) остаётся неизменным.

Вегенер выделяется на фоне остальных учёных тем, что предложенное им объяснение фактов очень похоже на то, которое ныне считается общепринятым. Кроме того, наша индивидуалистическая культура заставляет нас искать героев и дискретные события, которые мы могли бы воспеть. Но он не был одинок в попытке интерпретировать закономерности, наблюдаемые в окаменелостях и каменных пластах. В англоязычном мире были ещё две важные фигуры: южноафриканский полевой геолог Александр дю Туа и британский геохронолог Артур Холмс.

Дю Туа сформулировал доказательства крупномасштабного движения земной коры в книге, метко названной «Наши блуждающие континенты» (1937). О его авторитете можно судить по тому, что геологи всего мира слали ему карты, образцы пород и окаменелости. А Холмс в соавторстве с ирландским геохимиком Джоном Джоли высказал предположение о том, что движение земной коры вызвано радиоактивностью и теплом, которое она выделяет, считая конвекцию в мантии средством рассеивания радиогенного тепла и причиной дрейфа материков. Многие познакомились с этой идеей благодаря учебнику Холмса «Основы физической геологии» (1944).

К дискуссии присоединился нидерландский геодезист Феликс Венинг Мейнес, который в 1930-х работал в Индонезии и — вместе с американскими геологами Гарри Гессом и Морисом Юингом — на Карибах. Мейнес пришёл к выводу, что над глубокими океанскими впадинами гравитационное поле Земли слабеет. По его мнению, это связано с прогибом участка коры, имеющего малую плотность, в мантию под действием нисходящих конвекционных течений. Этой идеей он поделился с Гессом.

Во Второй мировой Гесс сражался на Тихоокеанском фронте в рядах ВМС США. После этого он не сразу вернулся к тектонике, чего не скажешь об остальных, в том числе о группе британских геофизиков, которых возглавляли Патрик Блэкетт и Кит Ранкорн. В попытке понять истоки магнитного поля Земли они обнаружили, что магнитные минералы указывали в разном направлении в разные моменты геологической истории, словно расположение полюсов изменялось. У Гесса вновь проснулся интерес к исследованиям, как только он понял, что маршруты предполагаемого блуждания полюсов можно объяснить движением материков.

Гесс предположил, что восходящие мантийные потоки могут разрывать морское дно и тем самым как бы расталкивать в стороны континенты. Этот процесс, который его коллега Роберт Диц окрестил спредингом морского дна (от англ. spreading — распространение, расхождение, растекание и т. п.), прекрасно объяснял и старые геологические наблюдения, и новые геофизические, но не получил немедленного признания. Требовалось больше геомагнитных данных.

Блэкетт — социалист, выступавший против распространения ядерного оружия, — занялся геомагнетизмом после войны, дабы дистанцироваться от работы на военных, которой в те годы соблазнились многие учёные. Но оставаться в стороне было не так-то просто: военных интересовали вопросы подводной войны в атомную эпоху, и в центре внимания геофизиков оказалось морское дно. В конце 1950-х удалось обнаружить уже упоминавшиеся нами магнитные полосы.

Они стали большим сюрпризом. Отчитываясь об открытии, океанографы Рональд Мейсон и Артур Рафф признались, что не могут объяснить этот феномен. К счастью, далеко не всех эти полосы поставили в безвыходное положение. Вайн и Мэтьюз, а также канадский геофизик Лоуренс Морли независимо друг от друга высказали мысль о том, что дело в спрединге морского дна: породы, образовавшиеся в срединно-океанических хребтах, меняют полярность вместе с магнитным полем Земли.

Одно дело — говорить, что океаны расширяются, и совсем другое — связывать это с движением земной коры в глобальном масштабе. В последующем создании современной теории тектоники плит принимали участие два десятка учёных (были среди них и выдающиеся дамы — Таня Этуотер и Мэри Тарп). Им предстояло слить воедино объяснения дрейфа материков, вулканизма, сейсмической активности и потоков тепла в мантии.

В 1965 году канадский геолог Тузо Уилсон предложил термин «трансформный разлом» для обозначения участков, вдоль которых смещаются срединно-океанические хребты и существование которых было подтверждено американским сейсмологом Линном Сайксом. Другие сейсмологи продемонстрировали, что в глубоких впадинах океана куски коры и впрямь уходят в мантию, а геофизики решили задачу на движение участков земной коры (названных плитами) и увязали его с особенностями геологии континентов.

На самом деле работа Вайна и Мэтьюза — лишь очень небольшая часть истории развития наук о Земле в XX в., которые сделали возможным новые технологии и мощная государственная поддержка. Практически все сейсмические и морские геофизические данные того времени были получены благодаря беспокойству о национальной безопасности в годы холодной войны.

Образ учёного кардинальным образом изменился. Ещё в первой половине XX века это, как правило, был профессор-одиночка, самостоятельно решавший, чем ему заниматься, а сегодня едва ли не все крупные открытия совершаются огромными группами специалистов. Это напоминает нам о том, что жанр научной агиографии уходит в прошлое: хотя великие личности есть и сегодня, сила науки в коллективных усилиях.

Какой же урок, по мнению г-жи Орескес, могут извлечь из этой истории те, кто сегодня борется с критиками гипотезы антропогенного характера глобального потепления? Скептики считают, что консенсус, достигнутый специалистами в данной области, ничего не доказывает. Наука, говорят они, делается смелыми одиночками вроде Вегенера или Галилео Галилея, которые в одночасье меняют парадигму. Но это не более чем миф: даже Исаак Ньютон, Чарльз Дарвин и Альберт Эйнштейн не плавали в вакууме, а активно общались с коллегами, добиваясь признания своих открытий. Отрицая важность консенсуса, критики проглядели, откуда он взялся и к чему ведёт.

«Консенсус появляется, когда научное знание достигло зрелости и стабилизировалось, — пишет г-жа Орескес. — За редким исключением учёные не стремятся сознательно к договорённости. Они пытаются выработать убедительные гипотезы и получить соответствующие данные, которые затем обсуждаются на конференциях, семинарах и в рецензируемой литературе. Если эксперты приходят к выводу, что фактов собрано достаточно и что предложенное объяснение выглядит обоснованным, вопрос считается решённым. Если нет, работа продолжается. История позволяет нам судить, когда мнение учёных ещё не сформировалось и вскоре изменится, а когда оно затвердело и может стать основанием для действия».

Наука требует времени. В отличие от промышленности, политики, бизнеса она не знает дедлайнов. По свидетельству биографов, Вегенер, умирая в 1930 году, был уверен, что однажды учёные найдут ответ на вопрос, как и почему движутся континенты, и что его предположения на этот счёт близки к истине. Так оно и оказалось. Дю Туа и Холмс смотрели на вещи примерно так же.

«Спокойствие этих людей свидетельствует об их вере в науку как систему, — продолжает г-жа Орескес. — Они понимали то, что историк и философ Томас Кун выразил в книге «Структура научных революций» (1962): наука — это общее дело, а знанием можно считать только то, что признаётся всеми. Как только учёные убедились в том, что данное явление действительно существует и согласились с его объяснением, дискуссия прекратилась. Дальнейшие споры продуктивны только в том случае, кода появляются новые факты, как это произошло в случае с дрейфом материков».

Исследователи согласны в том, что текущее изменение климата вызвано человеческой деятельностью. Политиков, которые отрицают его антропогенный характер, г-жа Орескес сравнивает с деятелями католической церкви, которые отклонили доводы Галилея в пользу гелиоцентрической модели из страха перед социальными последствиями этого открытия. Но как быть с учёными, которые, находясь в здравом рассудке, не спешат присоединиться к мнению большинства?

Один из самых интересных примеров такого «отступничества» — Гарольд Джеффрис. Видный астроном Кембриджского университета, он в 1920-х отверг идею континентального дрейфа, а в 1950-х — теорию тектоники плит. Он считал Землю твёрдой или по крайней мере настолько жёсткой, что внутри неё невозможна конвекция мантии, а на поверхности — движение коры. Его точка зрения опиралась на солидную математическую базу, которая поначалу хорошо объясняла наблюдаемые явления, однако новые факты потребовали новых расчётов, но Джеффрис отказался признавать свои выкладки устаревшими.

Если бы в 1970-х в обществе развернулась массовая дискуссия по поводу движения континентов, отмечает г-жа Орескес, было бы очень глупо принимать сторону Джеффриса и игнорировать консенсус, за спиной которого стояли полвека исследований. Спорить с Вегенером в 1920-х имело смысл, ибо его гипотеза была незрелой и бытовали самые разные точки зрения на предмет, но к 1970-м работы Вайна, Мэтьюза и иже с ними привели к консенсусу.

С тех пор минуло полвека. История не оправдала Джеффриса и, скорее всего, осудит тех, кто сегодня отвергает несметное количество фактов, говорящих об антропогенной природе изменения климата.

Подготовлено по материалам Nature News.