Геологические тайны и люди, их разгадавшие: отрывок из книги «История Земли в 25 камнях»

В издательстве «Альпина нон-фикшн» вышла книга «История Земли в 25 камнях». Ее автор Дональд Протеро рассказывает о том, как ученые, в том числе палеонтологи и океанологи, исследовали Землю.

Мир юрского периода

Органические окаменелости для натуралиста — то же самое, что монеты для антиквара; это древности планеты, которые совершенно отчетливо показывают ее постепенное закономерное формирование — через различные изменения обитателей водной стихии.

Уильям Смит

Разрез земли

Абраам Готтлоб Вернер, Джеймс Хаттон и большинство натуралистов конца XVIII в. концентрировались на масштабном теоретическом понимании Земли. Они исходили из примеров обнажений в Шотландии, Германии и других местах и на основании этих ограниченных данных делали обобщения, распространяя их на всю историю Земли. Одни ошибались (Вернер), другие в целом были правы (Хаттон). Все они были состоятельными джентльменами, которым не требовалось зарабатывать на жизнь, или учеными, занимавшими солидные должности, и вполне могли проводить время по своему желанию. У них были образование, деньги и свободное время — ресурсы, необходимые для занятий геологией, которая была для них всего лишь хобби, а не профессией.

Однако взрывной рост добычи угля в конце XVIII в. породил потребность в более практическом, детальном, локальном понимании Земли. Как мы видели в главе 6, людям, ищущим уголь, требовалось составить карту распределения угольных пластов и предсказать, где их будет больше. Новаторский геологический разрез угольных месторождений Сомерсета, сделанный Джоном Стрейчи в 1719 г. стал первой попыткой изобразить поперечное сечение верхней части коры, визуализировать ее строение на небольшую глубину. Однако большинство естествоиспытателей того времени не интересовались такой кропотливой работой, как составление карт и вычерчивание разрезов; натуралисты предпочитали создавать обобщенные и масштабные умозрительные модели Земли, сидя в своих креслах, а не изучать детально реальные обнажения. Кроме того, для ландшафта Великобритании и большей части Европы характерна густая растительность, поэтому выходы пород на поверхность встречаются очень редко, и в большинстве мест трудно получить представление о той геологической структуре, что находится под вашими ногами.

Уильям Смит (1769–1839) не был богатым британским джентльменом, как большинство основоположников геологии. Его отец, кузнец Джон Смит, умер, когда Уильяму было всего 8 лет, и он не располагал преимуществами, которыми пользовался высший класс. Однако мальчик рос очень сообразительным и трудолюбивым. Он не ограничился рамками своего скромного школьного образования, проявив особые способности к математике и рисованию. В 18 лет Смит поступил в ученики к Эдварду Уэббу —геодезисту, работавшему в Глостершире. Юноша быстро стал отличным специалистом, способным справиться практически с любым проектом.

В 1791 г. его наняли для работы в поместье Саттон-Корт в Сомерсете — именно там более 70 лет назад занимался изысканиями Стрейчи. Смит познакомился с картами и разрезами Стрейчи и во многом основывался на них при выборе маршрутов по той же местности. Вместе с Уэббом они 8 лет работали над планом, обдумывая пути для прокладки каналов в Сомерсете, особенно Сомерсетского угольного канала. В то время в Англии существовало множество каналов, поскольку промышленная революция требовала дешевых методов транспортировки в крупные промышленные города угля и других товаров. У Смита появилась необычная возможность увидеть свежие обнажения коренных пород на большей части территории Англии, включая районы, которые обычно покрыты растительностью и с трудом поддаются картированию. Он также обследовал и детально изучил многие угольные шахты в этом регионе и повидал больше разрезов земной коры, чем любой британец до него.

Большинство горных пород Оксфордшира и Сомерсетшира — часть знаменитой юрской толщи, которая дала множество окаменелостей морских рептилий, аммонитов и других морских обитателей на побережье в Лайм-Риджисе. Стратиграфические элементы этой толщи знамениты не только окаменелостями, но и красочными и причудливыми названиями: Голубой лейас (основной слой с окаменелостями в Лайм-Риджисе), Сланцы с говядиной, Мергели Блэк Вена, Слои Зеленые аммониты, Корнбраш («Кукурузная каша»), Коралловая группа, Нижний оолитит, Лесной мрамор, Киммеридж и знаменитая Оксфордская глина, где были обнаружены не только окаменелости беспозвоночных, но и многие морские рептилии. Некоторые из этих названий (например, Корнбраш) были придуманы самим Уильямом Смитом и используются до сих пор. В юрском известняке Тайнтон к северо-востоку от Оксфорда обнаружили окаменелости первого получившего название динозавра — мегалозавра (Megalosaurus), хотя официально у этой окаменелости не было имени до 1824 г., да и общий термин «динозавры» появился только в 1842 г.

Фаунистическая преемственность 

Когда Смит увидел раз за разом повторяющуюся стратиграфическую последовательность юрских слоев в западной Англии, он выделил не только сами эти формации, но и характерные окаменелости, обнаруженные в каждой из них. Что еще более важно, он понял, что сходные по виду горные породы лучше всего различать по их окаменелостям. Этот принцип известен как закон фаунистической преемственности (или последовательности) и служит фундаментом для биостратиграфии и определения возраста горных пород по их специфическим окаменелостям. Со временем Смит мог понять, в каком месте геологического разреза он находится, исключительно по окаменелостям — даже не видя горных пород, которые там нашли.

Обращавшиеся к нему за консультацией состоятельные геологи поражались его способности правильно определить, откуда взяты те или иные окаменелости из их коллекций, и умению расположить эти коллекции в надлежащем стратиграфическом порядке.

Смит составил списки окаменелостей, характерных для каждой формации, и к 1799 г. они стали широко известны среди британских геологов. Однако ученый не публиковал свою работу еще свыше 10 лет — он был слишком занят созданием первых геологических карт Англии. В 1799 г. он составил карту горных пород вокруг Бата и Сомерсета, а к 1801 г. у него была готова, в черновом варианте, карта многих стратиграфических подразделений Англии. Она стала основой для самого дерзкого его проекта — полной геологической карты всей Англии и Уэльса. В течение нескольких лет он работал как независимый геолог-изыскатель, исследуя и нанося на карту все горные породы Британии, которые мог найти, а также выполняя заказы видных персон, занимавшихся изучением земель в своих крупных поместьях.

Поскольку Смит не установил собственный приоритет, другие геологи пользовались его открытием и нарабатывали на этом себе репутацию. Кроме того, Смит страдал от предрассудков состоятельных и принадлежащих к высшим сословиям господ, которые считали его простым наемным работником (к ним тогда относили инженеров и изыскателей). Для большинства из них геология была увлечением, а не «вульгарным» средством заработка. Смит стал одним из немногих людей, кого можно было считать профессиональным геологом, поскольку он трудился над решением геологических проблем за деньги.

Между тем идея фаунистической преемственности оказалась настолько ценной, что вскоре к ней пришли во Франции. Барон Жорж Кювье и Александр Броньяр нанесли на карту пласты Парижского бассейна и в конечном итоге тоже установили последовательность французских горных пород и окаменелостей. Высказываются мнения, что Броньяр мог слышать об открытиях Смита во время поездки в Англию в 1806 г., хотя французы настаивают на том, что Кювье и Броньяр пришли к тому же выводу самостоятельно. Как бы то ни было, идея преемственности фауны в то время определенно витала в воздухе.

Тюрьма и признание

Большую часть своего заработка Смит тратил на путешествия и нанесение на карту всей территории Британии. В конце концов он опубликовал первую геологическую карту Англии (1815 г.), которая настолько хороша и удобна выбранным масштабом, что ее можно использовать и сегодня. Геолог Саймон Винчестер назвал ее «картой, изменившей мир», потому что она положила начало современной геологии как науке, изучающей трехмерное расположение горных пород во времени и пространстве и то, что могут такие данные рассказать нам об истории Земли, о появлении горных поясов, перемещении древних морей и особенно о распределении важных месторождений полезных ископаемых. С тех пор каждый геолог в начале своего профессионального пути учился составлять геологические карты, потому что это один из самых важных инструментов в науке о Земле.

В 1817 г. Смит взял свою карту и начертил на ней замечательный поперечный разрез, охватив всю южную часть Англии и Уэльса. Разрез протянулся от древних пород горы Сноудон в северном Уэльсе на одном конце до совсем молодых эоценовых пород под Лондоном на другом. Впервые кто-то смог изобразить геологический разрез в таком крупном масштабе и показать, что последовательность пород по всей Англии отличается четкой закономерностью, которую легко понять и представить в виде наклонного пакета слоев горных пород. Сегодня для иллюстрации этой идеи мы указываем на места вроде Большого каньона, однако первым продемонстрировал это явление Смит, причем у него не было примеров столь хороших обнажений, которые можно увидеть с одного ракурса. Хотя сам Смит никогда не занимался философскими рассуждениями о том, что это означает, его схема послужила основой для классической стратиграфической колонки и геохронологической шкалы, которая сейчас всем нам так хорошо знакома.

Другие ученые того времени, такие как Жорж Кювье и Альсид Д’Орбиньи во Франции, пытались увязать эту сложную схему из десятков различных фаунистически охарактеризованных уровней с реальной геологической летописью без учета времени, однако идея, согласно которой все горные породы мира можно объяснить единственным актом Творения и единственным Всемирным потопом, оказалась быстро дискредитированной. Д’Орбиньи даже предположил, что в истории было 29 отдельных актов сотворения мира и потопов, не описанных в Библии, но старые представления, составлявшие вернеровскую «потопную» геологию, в любом случае были разрушены, когда геологи впервые нанесли на карту и задокументировали реальную последовательность горных пород.