Пока всё это — предположения, окончательных выводов нет. И это понятно. В науке неизменно требование: явление должно быть исследовано глубоко и всесторонне, все его тёмные стороны прояснены. Без этого нельзя утверждать, что природа его раскрыта. По словам академика Б. А. Рыбакова, «до тех пор, пока не будут проведены обстоятельные исследования дна озера, отвергать былое существование Китежа, видимо, не следует». Не следует утверждать и обратное.
В 70-х годах прошлого века знаменитый русский путешественник и географ Н. М. Пржевальский, пересекая пустыню Такла-Макан, занёс на карту большое пресное озеро. Позднее в одной из своих книг он подробно описал его. И тут неожиданно среди учёных разгорелась полемика. По всем данным, речь шла об озере Лобнор, известном ещё учёным Древнего Китая, но оно должно быть солёным и, главное, находиться совсем не там, где его обозначил Пржевальский. Учёного даже обвинили в том, что он просто не был у озера.
В науке нередко бывает так, что правыми оказываются обе спорящие стороны. Да, Пржевальский видел то же самое озеро, которое знали древние учёные, но видел его совсем в другое время. А озеро это оказалось с «причудой»: оно перемещается по обширной впадине между двумя хребтами. При этом изменяются не только его очертания, но даже химический состав воды. В Лобнор впадает река Тарим со своим притоком Кончедарьей. Летом, когда в горах тает снег, многоводный Тарим размывает на своём пути песчаные грунты пустыни и делится на десятки протоков. Куда идёт основная масса воды, сказать обычно бывает трудно — путь её часто меняется. Нередко река уходит в сторону от своих проторённых путей и вообще перестаёт снабжать Лобнор водой. И оно на этом месте исчезает. А Тарим находит в пустынной котловине новое подходящее место и создаёт новое озеро. Тут мы, по существу, имеем дело примерно с той же ситуацией, которая характерна для блуждающих рек. В 1923 году Кончедарья пробила себе новое русло, оторвалась от Тарима. Воды в нём стало меньше, его низовья пересохли, и Лобнор Пржевальского исчез. Но не просто исчез, а возродился там, где он значился на древних картах. Через семь лет озеро протянулось здесь уже на сто километров в длину и на пятьдесят в ширину.
Прошло ещё два десятка лет. Побывавшие в этих краях путешественники увидели… безводную пустыню. На месте огромного водоёма белели пласты соли — в который раз Тарим со своей спутницей Кончедарьей покинул озеро на произвол судьбы. В 1952 году в Лобнорской котловине снова появилась вода. «Лобнор возродился, но надолго ли? — писал тогда географ Э. М. Мурзаев. — Вероятнее всего, он умрёт совсем. Это озеро представляет собой громадную испарительную чашу, где бесцельно расходуется ценная в условиях пустыни речная вода. Между тем… земледельцы Кашгарии могут шире использовать водные ресурсы Тарима и Кончедарьи и пустить их воды на орошение. А это скажется в низовьях рек, в пустыне, куда будет поступать всё меньше воды в результате разбора её в каналы».
В Африке постоянно изменяет свой вид озеро Чад. Одно из крупнейших на Земле, оно очень мелководно — самая большая глубина не превышает семи метров. Вода здесь испаряется интенсивно, и очертания озера всё время меняются. Когда-то Чад был в три раза больше, чем сейчас. В начале XX века озеро резко сократилось, а теперь снова увеличивается.
ПЛАНЕТАРНЫЙ МАСШТАБ
Гравитационный сепаратор
Контракционная гипотеза до поры до времени устраивала большинство учёных, исследующих земные недра. Один-единственный процесс — контракция (сжатие) — объяснял, как был сформирован многообразный лик Земли и её недра, как образовались полезные ископаемые.
Чтобы пояснить гипотезу контракции, обычно говорят о печёном яблоке. Представьте, что такое яблоко положили остывать. Оно уменьшается в размере, сморщивается…
Быстрее всего остывали поверхностные слои Земли. Когда они охладились до температуры окружающей среды, то перестали уменьшаться в объёме. Внутренние же части планеты оставались горячими и продолжали охлаждаться, а значит, и сжиматься. Земная кора оказалась слишком просторной для внутренних частей и как бы повисла над ними.
В земной коре возникли так называемые тангенциальные усилия, сжимающие земную кору в складки, вызывающие колебательные движения, подъём магмы, разрывные дислокации…
Итак, жаркая Земля скрылась за холодной коркой и напоминает о своей тепловой мощи извержениями вулканов и землетрясениями. Такова гипотеза контракции, сформулированная в XIX веке Э. де Бомоном.
Довольно долго и благополучно прожила эта гипотеза. А потом вдруг обнаружилось, что на самом деле всё было не так. Не стоит приводить многочисленные возражения против гипотезы контракции. Её отвергли, и сегодня мало кто из специалистов рискует защищать её. Но с сочувствием вспоминать эту гипотезу продолжают: она была стройной, цельной, объясняла почти все явления, с которыми сталкивались некогда геологи и геофизики. И главное — контракция связывала воедино тектонический и магматический процессы. Отвечала за стихии!
Гипотеза контракции была отвергнута, но ей сумели найти замену. Как и положено в «междуцарствие», появились претенденты на «престол». Одна партия развивала идею о том, что главные движения в земной коре и верхней мантии — это вертикальные. Их изучение поможет понять внутреннее устройство Земли и заполнить от начала до конца её биографический листок. Противная партия считала, что горизонтальные движения являются ключом к познанию глубин. Дрейфующие континенты А. Вегенера — под таким флагом объединились поначалу сторонники «неспокойной» мобилистской партии. Появились также гипотезы пульсирующей Земли, расширяющейся и т. д. Но им всем не хватает цельности, свойственной отвергнутой гипотезе де Бомона.
Один из известных тектонистов профессор Ю. Шейнманн так формулирует задачу: «На основе предложенной Е. Артюшковым гипотезы попытаться подойти к построению единой картины истории и эволюции Земли, такой картины, которая могла бы претендовать на роль, аналогичную роли гипотезы контракции, выдвинутой более 140 лет назад Э. де Бомоном».
Е. Артюшков — физик-теоретик, окончивший Московский университет в 1961 году. Его кандидатская диссертация была посвящена теории плазмы, докторскую диссертацию он защитил уже по теории геологической эволюции Земли.
Отправная идея Е. Артюшкова очень проста.
Земной шар состоит в основном из плотного жидкого ядра и более лёгкой твёрдой мантии. Между тем первоначальная Земля была однородной по составу. Во всяком случае, к этому сегодня склоняется большинство исследователей. Газопылевое облако, вращавшееся вокруг Солнца, гигантский сгусток метеоритов — нам сейчас неважно, из чего состояла «Праземля». Важно, что она была в основном однородной. Но позже появились ядро и мантия, резко различающиеся по плотности. Как и где произошло их разделение? Какие силы совершили это?
Силы гравитации! Тяжёлые вещества стремятся опуститься в поле силы тяжести вниз, лёгкие — подняться.
Могут ли подобные перемещения происходить в мантии? Расчёты показали, что могут, но уж очень медленно. Скорость частицы не превысит 10 в минус десятой сантиметра в год. Один сантиметр — за десять миллиардов лет! Слишком высока вязкость мантии, вряд ли в ней проходило гравитационное разделение.
А в ядре? Вязкость ядра намного меньше, чем мантии. Снова расчёты, и скорость получается равной сантиметру в год и более. Этого уже вполне хватает для быстрой дифференциации. И, кроме того, в ядре достаточно высока температура, чтобы вещество плавилось — переходило из твёрдого состояния в жидкое. И нужно ещё, чтобы в жидкое состояние перешла чуть ли не половина вещества.
Нижняя мантия сложена силикатными породами. Заключённое в ней ядро — также силикатное, но силикаты находятся в нём в особом состоянии: их электроны сильно сжаты, приближены к атомному ядру, как у металлов.
Есть и другая гипотеза: о полностью железном ядре и нижней силикатной мантии. В настоящее время трудно отдать предпочтение одному из этих предположений: слишком мало данных о составе и строении глубоких недр Земли. Но для наших рассуждений и неважно, как в точности обстоят дела на глубине — в любом случае это не противоречит гипотезе Е. Артюшкова.
Допустим, что ядро сложено силикатами. На границе между ним и нижней мантией температура достигает нескольких тысяч градусов, а давление 1,5 тысячи килобар! В таких условиях легко происходят фазовые переходы: твёрдые силикаты нижней мантии переходят в жидкое состояние. Более тяжёлые компоненты тонут. Они проходят разжиженный слой, попадают в ядро и опускаются в нём до тех пор, пока не встретят равное по плотности вещество. Тут пришельцы останавливаются и постепенно уравниваются с ним во всём. Возможно, что самые «весомые» из них доходят до более тяжёлого внутреннего ядра, о существовании которого говорит ряд учёных. Лёгкие компоненты тем временем всплывают. Подъём кончается у подошвы нижней мантии. Поднимающееся вещество наталкивается на неё, как вода на запруду, и здесь скапливается.
Можно сказать, что на границе раздела ядра и нижней мантии работает своеобразный гравитационный сепаратор. Его технологический цикл: перевод твёрдого материала в жидкий, а затем разделение. Так, по мнению Е. Артюшкова, была переработана (и перерабатывается сегодня) часть объёма нижней мантии.
Из всех оболочек земного шара только нижняя мантия является однородной по составу. Не она ли представляет сейчас первичное вещество нашей планеты, вернее то, что от него осталось? Гравитационная конвекция разделила это вещество в глубинах ранней Земли. Мы видим, как она создала жидкое и тяжёлое ядро и, наверное, способствовала появлению верхней мантии и земной коры; на формирование последних пошёл тот лёгкий материал, который скапливался у подошвы нижней мантии. Но как он проник сквозь нижнюю мантию и попал в верхние сферы земного шара?
В физике известен опыт: если тонкий слой жидкого вещества снизу нагревать, а сверху охлаждать, в нём появятся конвекционные ячейки, например, шестигранники. В них будет совершаться круговорот вещества: нагретое, как более лёгкое, — наверх, более холодное — вниз. Подобный процесс, возможно, происходит и в земных глубинах.