Рудольф Баландин
100 великих загадок географии
Головоломка ГТП
Ныне считается, что глобальная тектоника плит литосферы (ГТП) объясняет суть динамики Земли. Советский геолог академик В.Е. Хаин так объяснял её суть: «Литосфера, состоящая из коры и непосредственно подстилающей её верхней части мантии, разделена на крупные плиты, движущиеся в горизонтальном направлении со скоростью 20 сантиметров в год и на расстояния в тысячи километров. Плиты расходятся, сближаются, скользят относительно друг друга, и именно на их границах рождаются горы, происходят землетрясения и вулканические извержения, образуются рудные месторождения, залежи нефти и газа».
Правда, скорость плит нигде вроде бы не превышает 10 см/год, а многие горы, так же как крупные рудные месторождения и залежи горючих ископаемых, находятся вдали от предполагаемых границ плит (Западно-Сибирский нефтегазовый регион, редкие и драгоценные металлы Забайкалья, Курская магнитная аномалии и т. д.).
Но это, как говорится, детали. В общем, описана простая механическая система, которая якобы порождает не только горы и вулканы, но даже месторождения разнообразных полезных ископаемых. Хаин считал, что «произошла настоящая научная революция» (первым это провозгласил американский геолог Э. Хэллем).
Можно было бы порадоваться такому решительному прорыву научной мысли. Но возникают сомнения. Сторонники этой теории утверждают, что развивают идеи немецкого геофизика Альфреда Вегенера. Это неверно. Он создал концепцию перемещения материков и островных дуг, подчёркивая принципиальную разницу литосферы континентов и океанов. ГТП этого не учитывает. Она соединяет их в пределах плит.
Горизонтальное перемещение материков предполагал «отец геологии» Чарльз Лайель почти двести лет назад. При этом он отдал приоритет вертикальным движениям земной коры. Сотни тысяч геологов, изучившие континенты, пройдя их вдоль и поперёк, убедились в правильности его выводов. Теория Вегенера тоже учитывает вертикальные движения земной коры, определяющие строение и развитие континентов. Впрочем, она не претендовала на статус глобальной тектоники.
Геофизики Р. Дитц, Г. Хесс, Д. Мэтьюс, С. Ранкорн и некоторые другие попытались по данным морской геологии объяснить развитие основных форм рельефа. В предисловии изданного у нас в 1966 году сборника «Дрейф континентов» геолог Е.Н. Люстих отметил: «Гипотеза дрейфа стала ведущей за рубежом не столько благодаря глубоким научным исследованиям её сторонников, сколько в результате настойчивой шумной пропаганды».
С тех пор ГТП ещё более укрепила свои позиции во всём мире, вошла даже в школьные учебники, на неё постоянно ссылаются, словно она внесла луч света во тьму земных недр. И это, пожалуй, главная её загадка. Почему так популярна плитотектоника, несмотря на то что она вызывает большие сомнения и не оправдала тех ожиданий, которые с ней были связаны?
Как она объясняет то, что в океанах небольшой осадочный слой не старше 160 миллионов лет? Тем, что в некоторых зонах плиты дна океана «поддвигаются», подныривают под континент. Этот гипотетический процесс назвали субдукцией (в науке иной раз термин подменяет смысл). Но как сравнительно лёгкие осадки погружаются в более тяжёлую и плотную мантию вопреки закону Архимеда?!
Нет ответа. Не представлены никакие расчёты, подтверждающие возможность столь странного процесса.
Что должно происходить там, где одна гигантская каменная плита движется на другую и вторгается в более плотные массы под ней? Мощные силы трения и давления должны сминать и дробить осадочные слои, состругивать их с океанической коры.
В зонах «субдукции» нет этого, словно трения не существует. Если одна плита подныривает под другую, на этом месте должна увеличиться толщина земной коры и образоваться поднятие. А здесь находятся глубоководные желоба, и в них спокойно залегают осадочные породы!
Эти факты опровергают глобальную тектонику плит.
Чтобы как-то объяснить движение плит, придумана гипотеза круговоротов сверхплотного вещества мантии. Их обнаружить так и не удалось, а гипотеза, основанная на гипотезе, вдвойне сомнительна.
Схема образования гор при столкновении плит
Геофизик Н.И. Павленкова обработала данные сейсмического зондирования глубоких недр до глубины 700 км, полученные по результатам землетрясений и ядерных подземных взрывов. Не подтвердилось чёткое деление на монолитную каменную оболочку и нижележащую пластичную или текучую астеносферу. Видны сложные структуры, не похожие на плиты, плавающие на полужидком субстрате.
Под континентами прослеживаются «корни», уходящие на глубину до 400 км, чего нет под океанами. По словам Н.И. Павленковой: «Не обнаружено признаков конвективных круговоротов в мантии, предполагаемых плитотектоникой. Вместо них – слоистая структура».
В науке практика обычно является критерием истины. Но тогда поклонники ГТП должны были бы испытать глубокое разочарование: за полвека её господства не улучшились прогнозы землетрясений и цунами, не открыты месторождения полезных ископаемых.
Странно, что академик Хаин утверждал, будто горы возникают из-за столкновения плит. Как геолог, он должен был знать, что это не отвечает реальности. Однако, приняв как истину ГТП, он увлёкся её пропагандой, пренебрегая критическим анализом.
Горные страны нередко занимают огромные территории, достигая в поперечнике сотен километров. У них сложное, но вполне закономерное геологическое строение, а растут они в зонах преимущественного растяжения земной коры. Поэтому там залегают мощные осадочные и метаморфические толщи, нередки вулканы, а в центральных зонах обнажаются наиболее древние породы.
При лобовом столкновении гигантских каменных плит образовался бы хаос раздробленных скал, «перемолотых» чудовищным сжатием. Ничего подобного в горных странах нет. Достаточно не полениться и взглянуть на геологические карты и профили. (Мне довелось работать в Сванетии; там в горных породах Кавказского хребта преобладали силы растяжения.)
Схема субдукции. На месте столкновения плит не горы, а впадина
…Теории в науках о Земле – не просто упражнения для ума. Они тесно связаны с практикой. Можно случайно обнаружить месторождение полезного ископаемого. Но за недолгий срок обнаружить и разведать крупные месторождения в сложных природных условиях можно только на основе науки. Наша страна в прошлом веке показала непревзойдённые примеры успешного сочетания мысли и дела.
До Гражданской войны большинство полезных ископаемых в Россию ввозили из-за рубежа. Затем страна оказалась в блокаде и вынуждена была обходиться в основном своими природными и интеллектуальными ресурсами. В кратчайшие сроки наши геологи обследовали огромные, преимущественно труднодоступные территории. Были открыты тысячи месторождений разнообразных полезных ископаемых.
Нелепо думать, будто эти достижения сделали бродяги-романтики, которые едут «за туманом и за запахом тайги». Всё, что лежит на поверхности, давно учтено. Да и мало только обнаружить месторождение. Требуется разведать его, подсчитать запасы руды, выяснить её качество, условия залегания и разработки.
В СССР геологическими поисками руководили выдающиеся учёные, и достижения были грандиозными: Курская магнитная аномалия, золото Колымы, алмазы Якутии, редкие металлы Забайкалья, урановые Средней Азии, калийные соли Белоруссии, нефть Татарии, газ и нефть Западной Сибири… Нигде в мире не было сделано ошеломляюще быстро столько крупных открытий!
В 60-х годах энтузиасты глобальной плитотектоники уверяли, что их разработки дадут большой практический эффект. Результат нулевой. Нет ни открытых месторождений, ни успешных прогнозов землетрясений и цунами, наносящих колоссальный урон.
…Во второй половине ХХ века учёные продемонстрировали печальное единомыслие в разных областях знаний. Они предпочитают проторённые пути научной мысли, умозрительные схемы, избегая творческих исканий и пренебрегая реалиями удивительного мира, создавшего и пронизывающего нас.
Глобальная тектоника плит направила мысли и дела многих представителей наук о Земле по ложному пути. Она оказалась бесплодной. То, что придумана такая теория, – нормально. На то и наука, чтобы выдвигать и разрабатывать разные идеи. Но ещё требуются убедительные доказательства, сомнения, проверки и перепроверки на фактах.
Почему же ГТП приобрела такую популярность? Ответ на этот вопрос важен не только для развития наук о Земле, но и для понимания современного господствующего мировоззрения.
Очевидна сила и влияние электронных средств массовой рекламы, агитации, пропаганды (СМРАП). Оказывается, успешная реклама важна не только в торговле. Критиковали глобальную тектонику плит главным образом советские специалисты (хотя первыми критиками были американские геологи), а с развалом СССР их стали считать ретроградами.
Отказаться от ГТП не так-то просто после того, как ей были посвящены тысячи научных работ, прочитаны миллионы лекций. У немногих учёных хватает мужества признать свои заблуждения. Чем больше рекламируют эту концепцию, тем меньше желающих её критиковать.
Привлекательность глобальной тектоники литосферных плит в том, что она предлагает простую и наглядную модель динамики литосферы. Многих учёных завораживает эта наглядность и простота.
Понять их можно. В науках о Земле бесчисленное множество самых разнообразных фактов и сведений, связанных с биологическими, астрономическими, химическими и физическими науками. Если уподобить факты кирпичам и блокам разной формы, станет ясно, как трудно выстроить из них добротное прочное здание научной теории. Проще всего выбрать кирпичи-факты более или менее одинаковой формы и без особых забот и головоломок выстроить «теоретическое сооружение» красивое, но имеющее лишь косвенное отношение к сложной и противоречивой реальности. В таких случаях наиболее эффектно выглядят механические наглядные модели.
Такова разгадка необычайной популярности глобальной тектоники плит литосферы. Какая от неё польза? Она обобщила сведения, добытые исследователями морского дна, пробудила интерес к моделированию динамики литосферы. К сожалению, при этом не учитываются достижения исследователей континентов и не осуществлён синтез знаний.
Интересную мысль высказали английские географы П. Хаггет и Р. Дж. Чорли: «Все модели приходится улучшать по мере поступления новых данных или с открытием новых перспектив. И чем удачнее была построена первоначальная модель, тем более вероятно, что подобные улучшения приведут к появлению совсем новой модели».
Какая новая модель может сменить ГТП? Мне кажется, наиболее перспективна разработка идеи А. Вегенера о движении материков (не плит, включающих материковую и океаническую литосферы!). Это приводит к моделям круговоротов литосферы (не мантии!), а также изодинамики.
При этом, конечно, не следует идти по стопам легендарного злодея Полипемона по прозвищу Прокруст. Древнегреческая легенда гласит, что он изготовил два ложа. Предлагая путникам ночлег, он низких укладывал на длинное ложе и растягивал их, разрывая. Высоким предлагал короткое ложе и отрубал им ноги или головы по мерке.
Научная модель, как бы ни была она хороша, не может полностью отражать реальность. Пользоваться такими моделями удобно. Но всегда есть риск, попав под их обаяние, начать мысленно «урезать» реальные сложнейшие природные объекты, чтобы они укладывались в данную схему. Подгонка под готовый ответ даёт лишь иллюзию решения задачи.
Модель для Земли
Научная модель (от латинского «модулюс» – «образец, подобие») служит для упрощения реальности. Моделью может быть система формул, схема, график, карта, механическая конструкция, макет. Для доказательства теории относительности А. Эйнштейн придумывал мысленные опыты-модели, в действительности невозможные.
С появлением компьютеров учёные стали активно разрабатывать математические модели географических объектов. Научные модели обрели наглядность и популярность.
Английские географы П. Хаггет и Р. Дж. Чорли поясняют: «Модели призваны быть тем мостом, который перебрасывается над пропастью между наблюдениями и теорией. Сфера их действий – упрощение, упорядочение, конкретизация, экспериментирование, облегчение практической деятельности, обобщение вплоть до глобального масштаба, разработка теории и объяснение явлений реального мира. Одной из главных функций модели следует признать её психологическое воздействие, поскольку она позволяет вообразить или постичь целую группу явлений, которые иначе остались бы для нас непостижимыми из-за их огромных масштабов или сложности».
Однако увлечение моделированием природных объектов и явлений таит серьёзную опасность: потерю реальности. На примере ГТП (глобальной тектоники плит литосферы) видно, как привлекательная своей простотой и элегантностью модель способна вводить в заблуждение учёных. В таких случаях моделирование становится чем-то вроде интеллектуальной компьютерной игры.
П. Хаггет и Р. Дж. Чорли пришли к выводу: «Успешное применение моделей в географии отнюдь не приблизит нас к метафизической цели полного понимания, ибо развитие науки не только не уменьшает число проблем, подлежащих решению, а, напротив, увеличивает его».
Надо, чтобы наше понимание природы и самих себя прояснялось, а не затуманивалось нагромождением всё новых проблем.
Самое главное и сложное – понять, в каких случаях и какие модели полезны, а в каких вредны. По-видимому, наиболее простое их разделение – на механические и органические. Первые сравнительно легко перевести в математическую форму. Вторые подобны литературному сравнению.
Механические модели превосходно показали себя при изучении движения крупных небесных тел по закону гравитации, всемирного тяготения. Это породило мнение, будто язык математики – универсален для мироздания вообще и в частностях. Внедрение в Биосферу машин укрепило такое мнение.
Столетие назад Максимилиан Волошин выразил демоническую завораживающую и опасную суть такого мировоззрения:
Я дух механики. Я вещества
Во тьме блюду слепые равновесья.
Я полюс сфер – небес и поднебесья.
Я гений числ, я счётчик, я глава.
Мне нужны формулы, а не слова.
Я всюду и нигде. Но кликни – здесь я!
В сердцах машин клокочет злоба бесья.
Я князь земли! Мне знаки и права!
Я враг свобод. Создатель педагогик.
Я – инженер, теолог, физик, логик.
Я призрак истин сплавил в стройный бред.
Я в соке конопли, я в зёрнах мака.
Я тот, кто кинул шарики планет
В огромную рулетку Зодиака.
В виде механической модели можно представить что угодно, вплоть до живого организма или духовной структуры личности. Таков логичный инженерный или физико-математический подход к решению задач. Всё зависит от сути задачи и цели решения. Можно создать физико-математическую модель человека. Получится робот. Можно создать художественную (образную) модель робота. Получится подобие человека.
Испанский философ Х. Ортега-и-Гассет отметил: «Человеческое ускользает от физико-математического разума, подобно воде, вытекающей из решета».
Часто используют моделирование в экономической географии. Например, для оптимального размещения промышленности, рациональной планировки городов и т. д. Для теоретических изысканий это полезно. На практике в условиях частной собственности на средства производства, на землю ситуация становится тупиковой. Не исключено, что географическое моделирование на практике чаще и успешнее всего используется для военных целей.
В СССР один из первых опытов локального географического моделирования с помощью компьютера провела в 1961 году группа учёных под руководством Н.Н. Моисеева (впоследствии академика). Они разработали программу оптимального следования грузовых машин одной из автобаз Москвы. За три месяца работы по научной модели одни плановые показатели у автобазы улучшились, другие ухудшились, а в целом, как признался Н.Н. Моисеев, «наша автобаза очутилась в глубочайшем прорыве».
Теоретически всё было сделано корректно. Вмешались факторы, которые трудно или невозможно учесть: дорожные происшествия, психология и личные интересы водителей, скорость загрузки и разгрузки материалов, погодные условия… Короче говоря, даже на таком узкоограниченном пространстве и с одним предприятием реальная ситуация оказалась слишком сложной.
Математические модели наиболее успешно применяются в технике и физике. От них принципиально отличается география как естественная наука. Приходится учитывать конкретные условия на данной территории, в данной стране.
Может показаться, что применение моделей наиболее сложно в экономической географии, где большое значение имеют не только экономические, но и политические, демографические факторы, народные традиции, природные условия. Хотя в действительности именно географы-экономисты успешно пользуются физико-математическими моделями.
Вверху – схема движения плит литосферы, внизу – схема эскалатора.
Механика эскалатора понятна, а плит – сомнительна
В этом случае главными ориентирами являются общество и техника. Поэтому можно оперировать более или менее точными статистическими и техническими показателями. Но и в таком случае, как показывает пример группы Н.Н. Моисеева, могут быть серьёзные проблемы.
Для наук о Земле первое и главное – изучить объект. Что это значит?
Вот река. Можно жить возле неё годами, купаться в ней, плавать на лодке, ловить рыбу. Означает ли это, что эту знакомую нам реку (озеро, а тем более море) мы изучили? Нет, конечно. Требуется ещё очень многое узнать о ней. Химический состав и свойства воды, которые со временем могут меняться. Характер её дна и берегов; скорость течения – на разных участках реки и в её поперечном разрезе; общий объём речной воды и его изменения.
Надо бы выяснить, где истоки реки, какие у неё притоки, куда она впадает. Как происходит её питание поверхностными и подземными водами – по сезонам? Кто обитает в реке – от мельчайших микробов до крупных водорослей, беспозвоночных, рыб и млекопитающих? Как меняется режим реки в течение года и за многолетний период? Какие отложения залегают в её русле и в берегах? Как используют люди эту реку? Не загрязняют ли её промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы? Какая у неё история и как она менялась за многие тысячи лет геологической истории?..
Вопросов много, и на них надо найти убедительные ответы. Справится ли один человек с такой задачей? Если и справится, то с большим трудом и за долгие годы. Ему придётся использовать работы других исследователей.
Целесообразно объединить усилия многих специалистов. Одни будут определять минералы, изучать горные породы, речные отложения и строение земной коры, восстанавливать геологическую историю данной территории. Другие будут исследовать поверхностные воды, третьи – подземные, четвертые – речных обитателей, пятые составят карты речной долины, шестые проведут химические анализы, седьмые произведут промеры глубин… Нужны приборы, лабораторные анализы, отборы проб воды (наземной и подземной) и атмосферных осадков, исследования берегов, составление таблиц, графиков и карт…
А ведь речь идёт лишь об одном из великого множества природных объектов. Они обычно состоят из других сложных объектов, а также взаимодействуют между собой.
Собранные сведения требуется тщательно проверить. Надёжные проверенные сведения называются фактами. Предположение, основанное на фактах, но не имеющее веских доказательств, называется гипотезой (в переводе с греческого – «предположение»). Можно придумать небылицы про реку: про бездонные омуты, страшных речных чудовищ, утопленников и русалок. Всё это будут фантазии, а не наука.
Приходится писать об этом, потому что за последние десятилетия даже учёные порой стали забывать о требованиях научного метода и его отличиях от религиозного и философского познания.
Чётко сформулированная, убедительно доказанная, не противоречащая фактам научная идея называется теорией (от греческого «исследую»). Теорий значительно меньше, чем гипотез. В «точных» науках, когда речь идёт о сравнительно простых взаимосвязях относительно простых объектов, теории надёжно обоснованы. Хотя новые факты или идеи могут их уточнить или опровергнуть.
В науках о природе гипотез и теорий особенно много из-за обилия фактов и чрезвычайной сложности объектов. Здесь теории более зыбки, менее долговечны и нередко противоречивы. Со временем их уточняют, проверяют, изменяют до тех пор, пока не обозначится самая убедительная, чётко выраженная и надёжно доказанная концепция. Но и она со временем может не устоять под напором новых идей и фактов.
Не всегда широкую популярность обретают наиболее верные теории. С распространением электронных средств массовой рекламы, пропаганды и агитации (СМРАП) судьба научных концепций во многом зависит от активности популяризации. При современной узкой специализации учёных они вынуждены склоняться к мнению, поддержанному авторитетными личностями.
А ещё существуют идеи, обобщающие известные факты и не имеющие ни одного (на данный момент) опровергающего факта. Это эмпирическими обобщениями (от греческого «эмпирия» – «опыт»). Например, таблица Менделеева – это эмпирическое обобщение. Понятие о сферах Земли – тоже обобщение, так же как принцип «живое рождается от живого».
…Когда речь идёт об океане, в нашем воображении появляются образы бескрайнего водного пространства, свирепых штормов, огромных волн, мощных течений. В наше время учёные стремятся изобразить его в виде математических моделей. Одну из них разрабатывает группа российских специалистов под руководством академика А.С. Саркисяна.
Не всегда совпадают реальные данные на конкретный момент с теми, которые получены на модели. Так мощное течение Гольфстрим на модели имеет относительно постоянную скорость, а в реальности может порой меняться из-за вихревых потоков. Это сказывается на погоде, особенно в Европе. В то же время компьютерная модель помогает понять общие закономерности взаимодействия геосфер.
Модель Мирового океана даёт возможность уточнять среднесрочные прогнозы погоды в связи с взаимным влиянием атмосферы и океана. Для рыболовства важен прогноз смены течений и участков подъёма холодных вод (зон апвелинга), где повышается количество кислорода и планктона, а потому скапливаются морские животные.
Существуют глобальные модели, с помощью которых дают прогноз изменения климата в разных регионах земного шара.
Польза глобальных моделей очевидна. Невозможно представить себе целиком Биосферу или хотя бы природную зону. Когда размеры объекта велики, ни у кого не хватит воображения, чтобы воспроизвести его в своих мыслях. К тому же Биосфера, природная зона, ландшафт имеют невидимые глазом части (почвы, горные породы, подземные воды).
Исследования огромных природных тел и обобщение полученных сведений проводятся с использованием моделей. Среди них есть не только формальные, но и естественные модели, когда конкретный ландшафт принимают как подобие природной зоны, а остров в океане сопоставляют с Биосферой.
Проще всего, пожалуй, создавать глобальные модели. Они оперируют немногими огромными обобщёнными категориями: человечество, все живые организмы, техника, природные ресурсы.
В 1968 году в городе Риме итальянский промышленник, политик и учёный Аурелио Печчеи создал организацию, целью которой было изучение путей развития технической цивилизации в Биосфере – «Римский клуб». Выполнялись научные исследования и создавались математические модели изменений, происходящих с Биосферой под влиянием технической деятельности человека. С помощью таких моделей прогнозировали то, что может произойти в будущем. Общие результаты работы «Римского клуба» помогли прояснить печальную истину: техногенез на планете вытесняет живые организмы, разрушает естественные ландшафты, загрязняет область жизни отходами техники, истощает природные ресурсы. И это не просто общие слова и предположения, а результаты подсчётов, хотя и приблизительных, но весьма убедительных, основанных на фактах.
Учёные испробовали разные модели, и во всех случаях получалось, что продолжая так же относиться к окружающей природе, как теперь, нещадно расходуя её богатства ради удовлетворения главным образом необязательных потребностей в роскоши, а также нагнетая гонку вооружений, люди в ближайшие десятилетия или столетия истощат и загрязнят Биосферу. В конфликте с окружающей средой люди будут деградировать и вымирать.
Но никакие модели не дают ответа на главные вопросы: почему так происходит и как спасти Биосферу и род человеческий? Ведь самые важные вещи недоступны научным подсчётам: человеческий разум, совесть, милосердие, справедливость, добро (а также глупость и жадность, бессовестность и равнодушие). От них-то и зависит более всего судьба обитателей Земли. К таким выводам пришёл к концу жизни Аурелио Печчеи:
«Именно эти качества являются самым важным ресурсом человечества, сравнимым разве что с тем теплом, той энергией, которую так щедро посылает нам Солнце. И научиться использовать их на благо всех вместе и каждого в отдельности – вот тот новый важный рубеж, который предстоит преодолеть нашему поколению».
Это было написано в 1977 году. С той поры много воды утекло (а сколько загрязнилось!). А глобальные проблемы остаются и всё больше усложняются. Решить их не удаётся ещё и потому, что науки о Земле, в частности география, оттеснены на задний план физико- и химико-техническими науками. Люди перестают понимать природу. А без понимания её законов и безоговорочного их исполнения нельзя наладить с ней хорошие отношения.
Итак, глобальные модели показывают:
• Ресурсы Биосферы ограничены. Они уменьшаются в результате техногенеза, а добывать их становится всё трудней и дороже.
• Количество населения на Земле и человеческие потребности постоянно увеличиваются. Через некоторое время продуктов питания и других ресурсов Биосферы не хватит на всех.
• В результате техногенеза образуются отходы, загрязняющие природные воды, почву, атмосферу. Вредные последствия техногенеза постоянно растут, накапливаются и наносят всё больший урон Биосфере и здоровью людей.
• Восстанавливаются естественные богатства и земная природа значительно медленнее, чем их расхищают и загрязняют. Из-за этого ситуация в области жизни делается безнадёжной.
Может ли всё измениться к лучшему? В принципе, да. Для этого требуется первое условие простое, но трудновыполнимое: люди должны больше заботиться о состоянии Биосферы, чем о своих прихотях, чтобы они (не прихоти, а люди, в особенности занимающие высокие посты и владеющие большими капиталами) были умней, честней, справедливей и добрей. Какие мы, таков и окружающий мир.
Главный вопрос не в том, сколько людей на Земле, а в том, какие это люди, какие у них потребности, как они живут между собой и в природе.
