Во время холодной войны начались международные переговоры о запрете испытаний ядерного оружия, и почти с самого начала в них участвовали ученые. Оба основных действующих лица этих переговоров, США и СССР, не хотели, чтобы по их территории перемещались группы специалистов, инспектирующих засекреченные объекты. При этом советские ученые утверждали, что могут легко идентифицировать ядерные взрывы даже на больших расстояниях, в то время как их американские коллеги настаивали, что существующих возможностей сейсмологии недостаточно для обнаружения даже довольно мощных взрывов — если только не размещать сейсмографы рядом с полигонами. Такие противоречивые заявления вызвали подозрения обеих сторон, что тут дело уже не в науке, а в политике. В результате в Соединенных Штатах появилась масштабная государственная программа, направленная на улучшение сейсмического обнаружения ядерных взрывов. Эта работа, начатая в 1960-е годы, во многих отношениях оказалась очень успешной. Поскольку сейсмологам предоставили свободу исследований, то эта программа не только усовершенствовала способы обнаружения ядерных испытаний, но и сыграла большую роль в развитии теории тектоники плит и улучшении понимания землетрясений и внутреннего строения Земли. Интересно, что первоначальное расхождение между советскими и американскими возможностями обнаружения оказалось не фикцией — обе стороны предоставили истинные данные. Несоответствие было вызвано тем, что сейсмические волны распространялись по-разному из-за разных геологических условий на советских и американских полигонах.
Хотя в основе методов обнаружения лежит сейсмология, используются и другие методы, основанные на геонауках. Гидрофоны, барографы, приборы для регистрации волн давления в океане и атмосфере могут улавливать сигналы от далеких взрывов — вне зависимости от того, исходят они от подводных вулканов, влетевших в атмосферу метеоритов или испытаний ядерного оружия. Кроме того, поскольку ядерные взрывы выделяют в окружающую среду характерные радиоактивные изотопы (это происходит, даже если проводить испытания под землей), то обнаружение даже очень малых количеств таких изотопов будет недвусмысленно свидетельствовать о проведенном ядерном взрыве. Таким образом, средства, разработанные геонауками для совершенно других целей, оказываются крайне важны для продвижения Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, принятом Организацией Объединенных Наций в 1996 году. После его полного претворения в жизнь все ядерные испытания будут запрещены, а с помощью тех же самых геонаук (и координирования наблюдений через одно из подразделений ООН в Вене) можно будет гарантировать соблюдение этого запрета. Президент США Барак Обама пообещал двигаться к миру без ядерного оружия. Во многом благодаря сообществу ученых сейчас существует возможность проверить, когда такая цель будет достигнута.
Надеюсь, в один прекрасный день мы сможем вычеркнуть ядерное оружие из списка угроз будущему человечества. Однако даже если не обращать внимания на ранее обсуждавшиеся риски, которые могут потенциально уничтожить цивилизацию, например, супервулканы и удары крупных астероидов, поскольку вероятность таких событий в ближайшем будущем крайне мала, — существуют и другие проблемы. Далее я хочу затронуть некоторые такие проблемы, включенные в список, приведенный в начале этой главы.
Начнем с энергетики и минеральных ресурсов. В целом недра Земли дают нам полезные ископаемые и топливо и тем самым обеспечивают основную часть вещей, необходимых для функционирования современного общества. Количество этих ресурсов ограничено — фраза совершенно шаблонная, но от этого она не перестает быть истинной. В СМИ много обсуждают ситуацию с нефтью и газом, и, несмотря на то, что пик добычи нефти (момент, когда добыча достигнет максимума, а затем начнется необратимое снижение) продолжает отодвигаться в будущее из-за открытия новых месторождений и разработки новых технологий добычи, рано или поздно он все равно наступит. Есть разумные шансы, что к тому времени появятся возобновляемые источники энергии для удовлетворения потребностей общества. Но еще есть и менее широко обсуждаемая проблема: исчерпание минеральных ресурсов.
Все минералы, которые мы используем, берутся из земной коры — единственной легкодоступной для нас части планеты (в основном это континентальная кора). Однако 99 % массы коры приходится всего на 8 элементов из 92. В эту восьмерку входят алюминий и железо, которые, несомненно, крайне важны для современной цивилизации, однако большинство других важных элементов, от сурьмы до цинка, — это лишь крохотные доли от общего количества. Впрочем, даже крошечные доли в абсолютных числах выглядят весьма впечатляюще. В XIX — начале XX веков предприимчивые аферисты использовали эти знания, чтобы убедить людей в том, что можно разбогатеть, добывая золото из морской воды. В океанах действительно растворено огромное количество этого драгоценного металла: по современным оценкам, там его от 3 до 30 миллионов тонн, а это эквивалентно объемам золотодобычи на месторождениях за тысячу лет с лишним при современном уровне добычи. Однако беда в том, что слишком мала концентрация — а этот параметр является ключевым для определения рентабельности получения любого вещества. Одна тонна морской воды содержит всего несколько миллиардных долей грамма золота. Чтобы разбогатеть, придется обработать колоссальное количество воды. Излишне говорить, что инвесторы, вкладывавшиеся в эти программы, не вернули свои деньги.
Континентальная кора содержит в среднем гораздо больше золота, чем морская вода, но все же слишком мало, чтобы его было целесообразно извлекать из любой старой породы — иначе наш ландшафт усеивали бы золотые рудники. То же самое справедливо для всех минеральных ресурсов: чтобы добыча была рентабельной, должен существовать какой-то механизм их концентрации. К счастью для нас, за огромное геологическое время различные процессы отделяли химические элементы и распределяли минералы по месторождениям, и теперь добывать их стало экономически выгодно. Насколько мы знаем, такие процессы уникальны для Земли: геологический состав и история Луны и других планет земной группы делают маловероятной возможность обнаружить там такие же залежи, как на Земле.
Какие процессы выделяют редкие химические элементы из больших объемов вещества планеты и концентрируют их в определенных месторождениях? Они многочисленны и разнообразны, но во многих случаях важно наличие воды.
Вода — активный растворитель: в ней может содержаться множество различных элементов и соединений. В большинстве случаев чем выше температура и давление, тем больше растворенных веществ она может удерживать. Когда вода проходит по горячим частям земной коры, она вымывает из окружающих пород большие количества различных химических элементов и переносит их на большие расстояния. Способность этих так называемых гидротермальных растворов переносить растворенные металлы усиливается присутствием других элементов, которые образуют с металлами химические комплексы — например, хлора и серы. Сегодня растворы с таким составом бьют из горячих источников, расположенных вдоль океанических хребтов. Эти источники, известные как «черные курильщики», возникают в местах разделения плит — там, где магма поднимается вверх и создает новую океаническую кору. Морская вода просачивается в породы, нагревается до очень высоких температур и в итоге снова изливается горячей всплывающей струей. У некоторых черных курильщиков температура воды намного превосходит 300 градусов Цельсия (при этом сокрушительное давление океана не позволяет воде закипать даже при таких повышенных температурах). Но как только эти перегретые кристально прозрачные гидротермальные растворы смешиваются с холодной морской водой, они уже не могут удерживать растворенные металлы. Образуются мелкие черные частицы сульфидов этих элементов, что придает таким источникам вид заводских труб, извергающих черный дым. Выпадающие в виде осадков крошечные зерна, богатые медью, цинком, свинцом, никелем, железом и некоторыми другими металлами, создают на морском дне залежи высокосортной руды.
Черные курильщики были обнаружены случайно в 1979 году, когда геологи использовали подводный аппарат «Алвин» для изучения системы океанических хребтов, а с тех пор их находили в самых разных местах. Предпринимались попытки вести рядом с ними добычу, собирая мелкий рыхлый осадок, однако морская разработка полезных ископаемых — дело грязное, дорогое и вредное для окружающей среды, а во многих местах черные курильщики слишком разбросаны, чтобы разрабатывать их отложения было экономически целесообразно. Однако наблюдение за этим современным процессом образования руд стало своеобразным отражением принципа первых геологов: «Настоящее — ключ к прошлому»; теперь мы понимаем, как изначально формировались древние наземные месторождения, а это облегчает их разведку.
Конечно же, не все месторождения полезных ископаемых создаются черными курильщиками. Повысить концентрацию ценных веществ могут самые разные процессы: гравитация заставляет оседать тяжелые полезные минералы на дно резервуаров магмы, возникающих в земной коре; дождевые воды вымывают легко растворимые минералы, оставляя нерастворимые, но ценные; тепло в вулканически активных регионах (особенно над зонами субдукции) приводит к своеобразной дистилляции различных полезных элементов, которые откладываются слоями или жилами в окружающих более холодных породах.
Рудные тела, созданные такими процессами, случайно обнаруживались еще тысячи лет назад, но наблюдательные люди быстро поняли, что существуют заметные связи: определенные руды всегда встречаются вместе с определенными типами горных пород. Такие наблюдения облегчили поиск новых месторождений. Однако в некоторых случаях самые явные месторождения полезных ископаемых на Земле уже выработаны. Искать новые становится все труднее, и многие страны создали геологические службы, призванные нанести на карту имеющиеся минеральные и энергетические ресурсы и оценить их запасы. В странах, где полезных ископаемых много — США, России, Канаде, Австралии и некоторых друг