Наука Плоского мира

Пратчетт Терри Дэвид Джон

Как утверждают физики, движущаяся жидкость может создать магнитное поле, если выполнены три условия. Во-первых, жидкость должна проводить электричество — железо с этим отлично справляется. Во-вторых, хотя бы небольшое магнитное поле должно присутствовать изначально — и у нас есть довольно веские основания полагать, что у ранней Земли уже было собственное магнитное поле. В-третьих, некое воздействие должно деформировать жидкость, искажая исходное магнитное поле — в случае Земли такая деформация возникает благодаря силе Кориолиса, которая, как и центробежная сила, вызвана вращением Земли вокруг своей оси, но менее заметна. Проще говоря, деформация запутывает изначальное слабое поле, как спагетти, намотанные на вилку. Затем, благодаря восходящим потокам в железном ядре, магнитное поле «всплывает» наверх. В результате этих движений происходит значительное усиление исходного магнитного поля.

Так что да, Земля действительно ведет

себя так, будто у нее внутри спрятан огромный магнитный стержень, хотя на самом деле все намного сложнее. Если углубиться в подробности, то можно обнаружить по меньшей мере семь дополнительных факторов, которые вносят вклад в магнитное поле Земли. Некоторые вещества в земной коре могут образовывать постоянные магниты. Подобно стрелке компаса, указывающей на север, они выстраивают свое поле вдоль более сильного поля Земли и тем самым еще больше увеличивают его. В верхних слоях атмосферы находится ионизированный газ, который обладает электрическим зарядом. До изобретения спутников эта «ионосфера» играла важную роль в радиосвязи, поскольку радиоволны отражаются от заряженного газа и не уходят в космическое пространство. Ионосфера находится в движении, а движущийся электрический заряд создает магнитное поле. На высоте примерно 15 000 миль (24 000 км) находится кольцевой ток — разреженное скопление ионизированных частиц в форме огромного тора. Этот ток немного ослабляет собственное магнитное поле планеты. Еще две составляющих, магнитопауза и магнитный хвост, связаны с взаимодействием магнитного поля Земли и солнечного ветра — непрерывного потока частиц, испускаемых нашим сверхактивным Солнцем. Магнитопауза представляет собой «головную волну» магнитного поля при его столкновении с солнечным ветром, а магнитный хвост — это вихревой след на противоположной стороне планеты, где собственное поле Земли «утекает» в окружающее пространство и еще больше рассеивается после контакта с солнечным ветром. Кроме того, солнечный ветер смещает линии магнитного поля вдоль Земной орбиты и создает так называемые «продольный ток магнитосферы». Наконец, свой вклад вносят и авроральные течения. «Северные сияния» (лат. aurora borealis) — впечатляюще сверхъестественные переливы и мерцания тусклого света, которые можно увидеть в небе вблизи полярных широт. Вокруг южного полюса можно наблюдать похожие «южные сияния» (лат. aurora australis). Полярные сияния возникают благодаря двум слоям заряженных частиц, находящимся между магнитопаузой и магнитным хвостом. В свою очередь, они образуют западное и восточное авроральные течения со своими магнитными полями.

Да, это очень похоже на простой магнит — если считать океан похожим на чашу с водой.

Магнитные вещества, обнаруженные в древних горных породах, свидетельствуют о том, что примерно раз в полмиллиона лет (но без четкой закономерности) происходит смена полярности магнитного поля Земли: северный магнитный полюс становится южным и наоборот. Мы не можем с уверенностью назвать причины этого явления, однако математические модели показывают, что магнитное поле может находиться в одном из этих состояний, и в любом случае равновесие будет неустойчивым. То любое из двух состояний рано или поздно становится нестабильным и переходит в другое. Процесс перехода происходит довольно быстро и около 5000 лет; промежутки между самими переходами примерно в 100 раз больше.

У многих планет есть собственное магнитное поле, которое может быть еще более сложным и труднообъяснимым, чем магнитное поле Земли. О планетарном магнетизме нам еще многое предстоит узнать.

Одна из наиболее впечатляющих особенностей нашей планеты была открыта в 1912, но официально принята научным сообществом только в 1960-х годах. Одним из наиболее важных доказательств в ее пользу послужила та самая смена магнитной полярности. Основная идея состояла в том, что материки не стоят на одном месте, а медленно перемещаются по поверхности планеты. Согласно немецкому ученому Альфреду Вегенеру, который первым ее опубликовал, все современные материки изначально были фрагментами единого суперконтинента — Вегенер назвал его Пангеей (букв. «Вся Земля»). Этот суперконтинент существовал примерно 300 миллионов лет назад.

Конечно же, Вегенер не был первым, кому в голову пришла подобная мысль, поскольку опирался он — по крайней мере, частично — на примечательное сходство в форме береговых линий Африки и Южной Америки. Особенно это заметно, если взглянуть на карту. Но гипотеза Вегенера была основана и на других фактах. На самом деле он был не геологом, а метеорологом и специализировался на изучении древнего климата. Он задался вопросом: почему в регионах с холодным климатом мы находим горные породы, которые очевидно возникли в теплом климате? И наоборот: почему в регионах с теплым климатом мы находим горные породы,

которые очевидно возникли в холодном климате? Например, в пустыне Сахара можно обнаружить остатки ледников возрастом 420 миллионов лет, а в Антарктиде — окаменевшие папоротники. Большинство ученых было уверено в смене климата, однако Вегенер пришел к выводу, что климат по большей части остался без изменений — с поправкой на ледниковый период, — просто положение материков изменилось. Возможно, они разделились из-за конвекции а слоях мантии — насчет этого он не было уверен.

Гипотезу Вегенера восприняли как какую-то безумную идею: во-первых, ее предложил не геолог, во-вторых, она просто игнорировала все неудобные факты, в-третьих, предполагаемое сходство между Южной Америкой и Африкой было не таким уж близким, а кроме того, не существовало никакого вразумительного объяснения материкового дрейфа. Конвекция здесь точно не причем — она слишком слаба, чтобы вызвать движение материков. Может, Великий А'Туин и способен нести на своей спине целую планету, но все же гигантская черепаха — плод фантазии: в реальном мире подобную силу невозможно было вообразить.

Мы говорим «вообразить», так как множество талантливых и авторитетных ученых навязчиво совершали самую большую, но в то же время самую распространенную, ошибку в своей области. Они путали два утверждения: «Я не понимаю, как такое может быть» и «Этого не может быть». Один из них был выдающимся математиком (одного из нас это очень расстроило), но когда в результате расчетов он обнаружил, что движение Земной мантии не способно перемещать континенты, то не подумал о том, что теории, на которых эти расчеты основаны, могут быть ошибочными. Сэру Гарольду Джеффрису (так его звали) стоило бы мыслить пошире, поскольку совпадение формы оказалось не единственным сходством материков по обе стороны Атлантики. Совпадало и их геологическое строение, и состав обнаруженных ископаемых. К ним, например, относятся окаменелые останки так называемого мезозавра. Эти животные обитали на Земле 270 миллионов лет назад, и их останки можно найти только в Южной Америке и Африке. Переплыть через Атлантический океан они не могли, однако могли эволюционировать на Пангее и расселиться по двум материкам до того, как они отделились.

Тем не менее, к 1960-м идеи Вегенера стали общепринятыми, а теория «материкового дрейфа» получила научное признание. На встрече ведущих геологов один похожий на Думминга Тупса молодой ученый по имени Эдвард Баллард вместе с двумя своими коллегами продемонстрировали новый геологический инструмент — компьютер. Они поставили машине задачу найти наилучшее соответствие между формой Африки, Южной Америки и Европы с поправкой на возможные небольшие отклонения. В своем исследовании они не опирались на современную береговую линию — это с самого начала было не слишком разумной идеей, но зато позволяло противникам теории дрейфа утверждать, что сходство береговых линий недостаточно точное. Баллард с коллегами использовали очертания материков на глубине 3200 футов (1000 м) ниже уровня моря, поскольку их форма в меньшей степени подвержена эрозии. Совпадение формы оказалось хорошим, а геологические строение по обе стороны разлома — удивительно похожим. И хотя участники конференции не смогли выработать общего мнения, теория материкового дрейфа получила всеобщее одобрение.

Теперь мы располагаем намного большим числом фактов в пользу материкового дрейфа и можем представить механизм движения материков. В Атлантическом океане примерно посередине между Южной Америкой и Африкой с севера на юг проходит срединный хребет — похожие можно обнаружить и в других океанах. Вдоль этого хребта вещества вулканического происхождения поднимаются вверх и затем рассеиваются в обе стороны. Это процесс протекает уже 200 миллионов лет и продолжается до сих пор: мы можем наблюдать за ним с помощью глубоководных аппаратов. Заметить это невооруженным глазом нельзя: например, Америка отдаляется от Африки со скоростью примерно 3/4 дюйма (2 см) в год (с той же скоростью растут наши ногти), однако для современных приборов это не составляет труда.

Наиболее убедительным доказательством материкового дрейфа является магнитное поле: на каждой стороне разлома в горных породах можно обнаружить любопытный узор из магнитных полос, меняющих полярность с севера на юг и обратно, причем узоры по разные стороны хребта симметричны друг другу. Это означает, что когда Земля остывала, полоски застыли в ее магнитном поле. Время от времени Земное динамо меняет полярность, но каждый раз, когда происходила эта смена, горные породы, примыкающие к срединному хребту намагничивались одинаково. Когда же они разделились, их магнитные узоры оказались по разные стороны хребта.