Пенроузская конференция 1969 г. была исторической не только потому, что стала первой такой встречей, но и потому, что Дикинсон и его соорганизаторы собрали в одном месте почти всех пионеров тектоники плит. Незнакомые с этой областью ученые получили полное представление о проходящей период становления новой теории. Прибыли и многие старые титаны науки, обладавшие огромным опытом в некоторых областях геологии, но еще не видевшие применения тектоники плит в своих направлениях. Коллективный интеллектуальный потенциал форума впечатлял – более дюжины участников были или позже стали членами Национальной академии наук.
Дикинсон с коллегами организовали эту конференцию на курорте Асиломар в Пасифик-Гроув на полуострове Монтерей. Асиломар известен как место проведения стимулирующих, новых по повестке форумов – конференций TED[87], уик-эндов, посвященных медитации и самопомощи, и многих других встреч. Это идеальное место, чтобы расслабиться и пообщаться со Вселенной или обсудить важные идеи, сидя в джакузи с бокалом хорошего вина и захватывающим видом на Тихий океан и окружающие секвойи. Первая Пенроузская конференция, проходившая с 15 по 20 декабря 1969 г., изменила все геологическое сообщество. Участники обнаружили, что у каждого из них есть свой важный фрагмент головоломки тектоники плит, что все эти фрагменты подходят друг к другу и что коллективно составленная картина прекрасно объясняет некоторые серьезные геологические проблемы, над которыми старая гвардия билась десятилетиями. Когда конференция закончилась, участники разъехались освободившимися от прежних стереотипов и полными новых идей, а многие из них охотно вскочили в повозку победителей, встав на сторону плитно-тектонической научной революции.
Одним из ценных сувениров стала обычная обеденная тарелка, похищенная из столовой Асиломара: ее в качестве награды вручили Дикинсону участники конференции. Они написали на тарелке маркером: «Приз героя тектоники плит[88]. Пенроузская конференция в Асиломаре, декабрь 1969». И еще: «Мы верим в субдукцию». Позднее сам Дикинсон так комментировал состоявшееся событие: «Революция тектоники плит в науках о Земле произошла как раз в то время, когда я прочно стоял на земле своими профессорскими ногами, и я летал на этой ракете несколько лет… Революция плит – это было на самом деле весело. Мы постоянно спрашивали себя, как можно было так долго оставаться тупицами. Но мы также знали, что находимся в выгодном положении и можем добиться успеха, просто ломясь вперед».
Во время Пенроузской конференции в Асиломаре участники обсудили и терминологическую путаницу, связанную с попытками правильно обозначить загадочную область с погружающимися землетрясениями в зоне Вадати – Бениоффа. После изучения исторических прецедентов собравшиеся пришли к выводу, что стоит остановиться на одном из первых фигурировавших в печати названий – субдукция, использованном французским геологом Андре Амстутцем в 1951 г. для описания этого явления в Альпах. Таким образом, субдукция стала по общему решению определяться как процесс, при котором одна плита погружается под другую, и геологическое сообщество получило четкую терминологию для элементов «зоны субдукции».
Решение № 2: Комплекс зоны субдукции
К концу 1960-х гг. геофизические данные (особенно из сейсмологии, гравиметрии и палеомагнетизма) надежно установили природу океанических желобов и плит земной коры, из которых одна соскальзывает под другую. Последствия реального землетрясения, вызванного подобным погружением, были задокументированы после того самого землетрясения на Аляске в Страстную пятницу 1964 г. Но что насчет своеобразных горных пород, известных как меланж, или странных метаморфических голубых сланцев?
На протяжении 1960-х гг. морская геология продолжала делать большие успехи. Геологи тщательно изучали породы не только в глубоководных желобах, но и по обеим их сторонам. На краю плит, подходящих к желобам, обнаружили характерные гребни материала, которые иногда были настолько толстыми, что поднимались над водой и образовывали цепочку островов, идущих от желоба в сторону суши. Когда суда пробурили эти гребни и построили для них сейсмические профили, геологи увидели, что материал необычен по структуре. Взятые керны показали, что он сложен рассланцованными породами, часто без общей слоистости. Еще более примечательным оказалось то, что самые старые линзы или пластины пород находились вверху, а по направлению к нижней части породы молодели, – полная противоположность тому, что происходит, когда слои осадочных пород соскальзывают один на другой с сохранением естественной последовательности, то есть с молодыми породами, залегающими поверх более древних.
Это отступление от обычной картины было еще более очевидным на сейсмических профилях, которые показывали, что каждый гребень представляет собой стопку сложенных надвиговых пластин, часто с развитой по ним интенсивной складчатостью (рис. 22.9). В некоторых случаях десятки таких пластин были брошены, словно колода карт, по бортам этих гребней. Еще более показательно, что слои из буровых кернов в основном были деформированными морскими осадочными отложениями, такими как глубоководные глинистые сланцы, кремнистые породы и турбидиты, однако иногда исследователи находили пластины офиолитов и других специфических материалов.
Рис. 22.9 (A) Схема аккреционной призмы перед вулканической дугой. Состоит из материала, который соскребается с опускающейся плиты и прилипает к основанию плиты наползающей. Взято с изменениями из книги: Donald R. Prothero and Robert H. Dott Jr. Evolution of the Earth. 8th ed. [New York: McGraw-Hill, 2010]. (B) Сейсмический профиль через аккреционную призму, показывающий разломо– и складкообразование внутри нее. (B) Источник: Moore et al., 2007
Геологические исследования морских кернов привели ученых к выводу, что вся эта своеобразная груда пород была, так сказать, соскоблена с опускающейся плиты, когда та погружалась в желоб и уходила в мантию Земли. Отсутствие непрерывности и сильная деформация материала объясняются тем, что его в процессе соприкосновения плит интенсивно резало, сдвигало и сминало. Можно сравнить это с тем, как бульдозер загребает землю: первые породы перемещаются в верхнюю часть кучи, а новые нож бульдозера загоняет под старые. Чем дольше происходила субдукция, тем больше и выше была у желобов стопка соскобленного материала.
Почти сразу после того, как морская геология предоставила такие наблюдения, специалисты на суше поняли, что этот процесс вполне может объяснить и особенности меланжа. В серии классических статей, опубликованных между 1969 и 1971 гг., Гэри Эрнст и Билл Дикинсон (в то время трудившиеся в Стэнфорде) и Кеннет Сюй (работавший в Геологической службе США) определили эту связь и заявили, что беспорядочно видоизмененная «францисканская формация» вовсе не какое-то условное осадочное образование, а тектонический комплекс, или комплекс аккреционного клина (аккреционной призмы). Все части этой головоломки обрели смысл.
Оставался всего один фрагмент головоломки: причудливые голубые сланцы. В начале 1960-х гг. Эрнст и другие ученые показали, что эти породы образовались в ситуациях чрезвычайно высокого давления, но при низкой температуре. Где же могли существовать такие места? Тот факт, что голубые сланцы обнаруживали в меланжах и в ассоциации с древними вулканическими дугами, свидетельствует, что они также представляют собой продукты субдукции. В серии статей, вышедших в 1970–1973 гг., разные авторы, и в том числе Эрнст, показали, что зоны субдукции могут оказаться идеальным местом для таких специфических метаморфических условий. Опускающаяся пластина океанической коры (слэб) была не только холодной после миллионов лет медленного перемещения по морскому дну, она также испытала сильное воздействие выветривания и пропиталась водой. Когда этот слэб погружался в мантию, холодные влажные породы попадали в область очень высокого давления. Требовалось много времени, чтобы холодная пластина нагрелась до температуры, обычной для нижнекоровых – верхнемантийных пород. Такие условия были бы идеальными для появления голубых сланцев. Слэб не только оставался бы «холодным под давлением», но часть его могла оказаться вдавленной в подошву аккреционной призмы, а в конечном счете даже вынесенной на поверхность – по мере того как новые тектонические пластины выталкивали породы на открытый воздух.
Ныне мы можем найти во многих частях мира примеры древних зон субдукции, с их аккреционными клиньями, голубыми сланцами, меланжами и офиолитами. Однако соединение всех фрагментов этой головоломки было медленным процессом, который ускорился только после появления морской геологии и последующего зарождения тектоники плит.
23. Землетрясение! Разлом Сан-АндреасТрансформные разломы
В ясную погоду летчик мог легко пролететь эти 400 миль без радио и приборов, ориентируясь только по разлому. В лесных высокогорьях след то тут, то там исчезает, однако в целом Сан-Андреас не просто ясно виден – на него стоит посмотреть, как на проторенный путь какой-нибудь великой миграции, как на хирургический шрам на животе. На юге… он прорезает две высокие выемки, в которых плиоценовые осадочные породы выглядят как скрученные журналы, отражая не одно тектоническое событие, а целую последовательность их, обнажившихся посреди действия.
Сан-Франциско, 1906
5:00 утра 18 апреля 1906 г. Тихое утро в Городе у залива[89]. На ногах только несколько патрульных полицейских и разносчиков; остальные люди еще спят. Накануне вечером было необычно жарко. Многие богачи посетили постановку «Кармен» в Большом оперном