История нашей планеты еще полна неразгаданных тайн. Но лик Земли был достаточно хорошо известен уже к концу эпохи Великих географических открытий. За первопроходцами, а иногда и вместе с ними, шли геологи. Находки окаменевших остатков фауны и флоры древнейших эпох вели исследователей все дальше в глубь времен. Становилось ясным, что в смене этих эпох огромная роль принадлежит мощным процессам в недрах планеты, и сегодня напоминающим о себе вулканами, и землетрясениями.
К началу нашего века большой популярностью пользовалась концепция об огненно-жидком состоянии первичной Земли. Казалось естественным, что остывание и сжатие планеты должны вести к складкообразованию на ее поверхности и появлению величественных горных хребтов. Были и возражения. Основная критика этой гипотезы началась после открытия радиоактивных элементов и установления важности нагрева земных недр вследствие распада урана и тория. Однако данных, собираемых лишь на поверхности Земли, было явно недостаточно для разрешения спора.
Геодезические и гравиметрические измерения, первые шаги сейсмологии открыли эпоху геофизических исследований земного шара. Установление слоистого строения Земли, определение границ ядра и мантии, выявление разных типов коры показали мощь геофизических методов исследования. С развитием минералогии и петрологии, тонких методов химического анализа началось развитие геохимического направления. В 50-х годах совокупность накопленных данных заставила отказаться от гипотезы огненно-жидкой первичной Земли.
Большой вклад в развитие идей о холодной первичной Земле внесли наши ученые — академики В. И. Вернадский и О. Ю. Шмидт. О. Ю. Шмидт, основатель советской школы планетной космогонии, высказал ряд глубоких идей о происхождении и первичном состоянии Земли и обосновал важность комплексного подхода к изучению ее эволюции. В результате появления палеомагнитных методов исследования горных пород, измерений потоков тепла и газов из земных недр, становления океанологии и глобальной метеорологии возникла целая система наук о Земле.
С выходом в космос неизмеримо возросло количество данных о Земле и. других телах Солнечной системы. Прошлое Земли стало частью более общей проблемы происхождения и эволюции планет Солнечной системы. С развитием физико-химических методов изотопной геохронологии в науках о Земле появилась уникальная возможность проверить гипотезы о существовании и длительности отдельных эволюционных стадий как в ходе развития Земли, так и на предшествующих этапах ее формирования в газопылевом облаке, вращавшемся около молодого Солнца.
Имя автора хорошо известно специалистам в области изотопной геохимии. Многие его идеи, касающиеся проблемы происхождения земной атмосферы и гидросферы путем дегазации из сформировавшейся Земли, представляют значительный интерес. Не все из них разделяются специалистами Однако в ведущейся дискуссии к мнению М. Озимы, хорошо понимающего сложность экспериментальной работы с природными образцами, прислушиваются и его противники.
Теории эволюции Земли, то есть полного и непротиворечивого описания развития ядра и мантии Земли, океанической и континентальной коры, атмосферы, гидросферы и биосферы, пока еще не существует: Имеется несколько направлений и школ, возглавляемых ведущими специалистами в области геофизики, геохимии и геологии. Сложность возникающих проблем, неоднозначность трактовки уже добытых фактов пока не позволяют соединить в единой картине данные, полученные при различных подходах.
Книга М. Озимы «История Земли» посвящена в основном изложению позиции автора и является как бы серией очерков, объединенных общей идеей о взаимосвязи, развития отдельных оболочек Земли и о взаимодействии методов исследования их состояния и эволюции. Далеко не всем идеям и. фактам, имеющимся в распоряжении наук о Земле, уделено так много места, как наиболее близким автору методам и результатам изотопной геохронологии. Однако живой и увлекательный рассказ о них, как бы приглашающий читателя в творческую лабораторию ученого, будет, несомненно, с интересом воспринят широким кругом читателей.
Необычен и способ подачи материала. Автор отказался от исторического, хронологического изложения в описании стадий развития Земли. К некоторым вопросам М. Озима возвращается в следующих разделах, освещая их под другим углом. Встречающиеся повторы не утомительны и позволяют увидеть вопрос с новой стороны, в окружении новых факторов, последовательное перечисление которых в одном месте могло бы" иногда вызвать скуку. В ряде глав автор шел на сознательное упрощение сути вопроса.
В книге не нашлось также места многим новым фактам, волнующим сейчас специалистов. Не всегда упоминаются идеи, не разделяемые автором. Чтобы читатель мог полнее ознакомиться с такими вопросами, в конце этого предисловия перечислена дополнительная литература. К сожалению, в книге М. Озимы почти не нашли отражения многие результаты советских авторов. Не отмечена важность идей академика В. И. Вернадского, предвосхитившего многие из современных геохимических и космохимических подходов, работы академика А. П. Виноградова и его сотрудников, результаты советских космических экспедиций на Луну и Венеру.
Случай с примером земного магнетизма не единственный. Характерной особенностью магнитных объектов исследования в науках о Земле является то, что для полного понимания следует их рассматривать в процессе всей эволюции Земли. Однако эта особенность исследований в области наук о Земле не является всеобщей. Например, для определения кристаллической структуры минералов не требуется понимания процессов всей земной эволюции, а достаточно осуществлять пространственные измерения.
Изучение истории Земли не только способствует лучшему пониманию сегодняшнего состояния нашей планеты. Подобного рода исследования также дают нам и наиболее могущественное средство для предсказания будущего Земли. Конечно, прогнозы, которые можно здесь давать, относятся лишь к довольно отдаленной перспективе, порядка нескольких десятков миллионов лет, а для предсказания очень близкого будущего они не годятся. Так, например, изучение истории Земли пока не может достоверно ответить на вопрос, случится ли вскоре в каком-нибудь конкретном месте крупное землетрясение.
Однако и знание будущего развития Земли на ближайшие несколько десятков миллионов лет не только является объектом простого познавательного любопытства, но в действительности может иметь самое непосредственное отношение к нашей повседневной жизни. Далее в качестве подобного примера рассмотрим проблему захоронения радиоактивных отходов.
Со времени нефтяного кризиса 1973 года вопрос об источниках энергии завтрашнего дня почти ежедневно обсуждается в газетах и по телевидению. То, что запасы нефти ограниченны, является совершенно очевидным, и все согласны с необходимостью быстрейшего перехода к использованию альтернативных источников энергии. В качестве одного из самых многообещающих таких источников является ядерная энергия. Однако непрерывно вырабатываемые ядерными реакторами на атомных электростанциях радиоактивные отходы очень остро ставят проблему устранения их воздействия на окружающую среду. Эта задача непременно должна быть как-то решена, если мы хотим разрешить энергетическую проблему за счет ядерной энергии.
Возможны три способа захоронения радиоактивных отходов. Первый из них заключается в том, что радиоактивное вещество очень сильно «разбавляют» и возвращают в природу, захороняя в водах морей и океанов, где оно рассеивается за счет диффузии. Например, в западноевропейских странах сегодня вещество с низким уровнем радиоактивности сбрасывается в Атлантический океан. Однако этот способ сопряжен с большим риском.
С течением времени под действием химических и биологических процессов в местах сброса могут образовываться локальные повышения концентрации радиоактивных веществ. В нашей памяти еще свежа трагедия появления болезни Минамата, вызванная тем, что рассеянная в морской воде ртуть промышленных стоков стала накапливаться в организмах рыб и моллюсков.
Вторая возможность заключается в хранении радиоактивных отходов под постоянным строгим наблюдением (например, в хранилищах, находящихся под контролем правительственных организаций). Однако среди радиоактивных веществ есть и с периодом полураспада, превышающим десятки тысяч и миллионы лет. Следовательно, и мероприятия по обеспечению безопасности такого хранения должны быть рассчитаны на десятки миллионов лет. Между тем очевидно, что осуществление такого контроля даже в течение тысяч лет уже выглядит довольно несерьезно.
Последний и, видимо, единственно реальный метод — это захоронять радиоактивные вещества в отдаленных местах планеты, где исключен их контакт с человеком. Если рассматривать радиоактивные вещества с периодом полураспада в несколько десятков тысяч — несколько миллионов лет, надежными могут считаться меры безопасности, гарантирующие изоляцию этих веществ в течение нескольких миллионов — нескольких сот миллионов лет.
Появляются проекты типа того, чтобы собрать радиоактивные отходы и запустить их на ракете в сторону Солнца. Однако если принять во внимание расходы, связанные с осуществлением такого проекта, а также опасность, связанную с тем, что абсолютно нельзя исключить падение ракеты на Землю вследствие неисправности, то реальность осуществления этого варианта весьма сомнительна.
Сопоставление всех этих методов с очевидностью указывает, что наиболее реальным из них на сегодня является захоронение радиоактивных отходов в герметичных контейнерах на глубоководном океаническом дне.
Проведенные измерения показывают, что скорость течений в глубоководных областях очень мала. Ничтожна и вероятность того, что погрузившиеся в глубоководный ил контейнеры с радиоактивным веществом будут разрушены или начнут дрейфовать под действием течений или волнений морской воды.
Установлено также, что сфера деятельности животных, обитающих на этих глубинах, ограничена пределами океанического дна и они практически не вступают в контакт с рыбами и моллюсками, обитающими в остальных районах морей и океанов. И если, несмотря на все предосторожности, эта глубоководная фауна все же подвергнется радиоактивному заражению, возможность попасть в сферу жизнедеятельности человека для нее почти исключена.
Таким образом, глубоководное дно, можно сказать, с многих точек зрения является наиболее удаленным от сферы жизнедеятельности человечества и экономически достижимым местом на Земле.
В каком же месте глубоководного дна лучше всего захоронять радиоактивные отходы?
Оно должно оставаться стабильным во временном масштабе, соответствующем периоду полураспада захороняемого радиоактивного вещества. Одним из наиболее опасных для человека радиоактивных веществ, вырабатываемых в реакторах, является изотоп плутония, имеющий период полураспада 400 тысяч лет. Для того чтобы радиоактивное вещество стало безопасным, необходимо, чтобы прошло время, по крайней мере в 100 раз превышающее его период полураспада. Следовательно, чтобы захоронять радиоактивные отходы, нужно найти на глубоководном океаническом дне участки, которые оставались бы структурно устойчивыми на протяжении десятков миллионов лет.
В этом смысле очень полезными, если не единственно пригодными становятся исследования истории Земли.
Вспомним основные типы структурных образований океанического дна. Поднимающееся в виде магмы мантийное вещество выходит на поверхность в срединно-океанических хребтах и, растекаясь в разные стороны от них, образует океаническое дно. Срединно-океанические хребты являются очень активными зонами и поэтому мало подходят для захоронения радиоактивных веществ. В частности, вследствие интенсивной наблюдающейся там вулканической деятельности велика и опасность того, что контейнеры будут разрушены и радиоактивные отходы попадут в морскую воду.
Появившееся на поверхности в срединно-океанических хребтах океаническое дно начинает последовательно растекаться в обе стороны от них. Скорость такого процесса очень мала, не превышает нескольких сантиметров в год. Если ограничиться Тихим океаном, то там океаническое дно, возникшее в Восточно-Тихоокеанском поднятии, передвигаясь в течение 150 миллионов лет на северо-запад, должно достигнуть, наконец, Японского или других близких глубоководных желобов и там вторично погрузиться в мантию.