Сначала сейсмическими методами исследования был установлен ряд фактов, касающихся всей земной коры в целом. Во-первых, оказалось, что кора на океанах и континентах имеет принципиально различное строение, и что океаны нельзя считать просто опущенными континентами. Тем самым подтвердился один из основополагающих постулатов гипотезы Вегенера. Во-вторых, под верхней жесткой земной оболочкой – литосферой, на глубине порядка 100 км, был обнаружен слой, названный астеносферой, в котором вещество находится в пластичном или даже расплавленном состоянии.

Затем началось систематическое исследование океанского дна, главным образом американскими геофизиками. Последовало огромное количество новых открытий, позднее ставших основой новой теории. Главнейшим из них было открытие мировой системы срединно-океанических хребтов. Оказалось, что в центральных частях всех океанов протягиваются грандиозные горные цепи, в осевых частях которых проходят узкие долины-рифты. Особенно впечатляющая была картина в Атлантическом океане, где хребет вместе с осевым рифтом размещается точно посередине океана, повторяя контуры его противоположных берегов. В океанах было открыто множество других новых явлений: продольный грядовый рельеф склонов хребтов, поперечные долины, пояса землетрясений и вулканов в рифтовых долинах, полосовые магнитные аномалии и т.д. Оказалось, что по своим свойствам океанические хребты коренным образом отличаются от сухопутных. Если наземные горы обычно связаны с горизонтальным сжатием, то подводные хребты обнаруживают многочисленные признаки горизонтального растяжения.

В это же время неожиданно появились новые аргументы в защиту идеи дрейфа континентов, в связи с развитием новой геофизической дисциплины – палеомагнетизма. В конце 50-х годов английскими геофизиками было установлено, что некоторые горные породы содержат в себе ферромагнитные частицы, которые в момент формирования породы ведут себя как микрокомпасы, ориентируясь по направлению магнитного поля Земли. Когда порода уже сформировалась, превратившись из жидкой лавы или водной взвеси в монолитный камень, эти частицы теряют свою подвижность. Тем самым оказывается, что в пластах, сформировавшихся сотни миллионов лет назад, сегодня могло увидеть «стрелки компасов», ориентированных по направлению магнитного поля того времени. Исследования этих пород показали, что, во-первых, древние и современные магнитные полюсы Земли находятся в разных местах, и чем древнее эпоха, тем это расхождение больше; во-вторых, все одновозрастные породы с одного континента указывают на один и тот же полюс, но образцы с разных континентов дают и разные положения полюсов; в-третьих, если совместить континенты так, как это предлагал Вегенер в своей гипотезе, то полюса всех континентов в каждую геологическую эпоху сходятся в одну точку. Если относиться к палеомагнетизму серьезно, то все эти факты позволят сделать лишь один логический вывод: континенты в прошлом двигались именно так, как это предсказывал Вегенер в своей гипотезе.

Так в 60-е годы проблема дрейфа континентов вновь стала широко обсуждаться. Английские геофизики в 1965 году провели сопоставление берегов Атлантического океана, используя современные батиметрические карты и компьютеры. В результате, края Атлантики совпали почти идеально, за некоторыми, легко объяснимыми исключениями. Аналогичная работа, так же успешно, была выполнена и для Индийского океана.

Уже говорилось, что геологи южных континентов никогда не отказывались от идеи континентального дрейфа. Теперь с повышенной активностью продолжается сбор геологических фактов, показывающих былое единство ныне разделенных материков. Оказалось, что не только нынешние контуры Африки и Европы с одной стороны, и Южной и Северной Америки с другой стороны, но и их внутреннее геологическое строение удивительно хорошо соответствует друг другу. Был высказан известный аргумент о разорванной газете – можно считать случайностью, если совпадают края разрыва, но если при соединении обрывков восстанавливается единый текст, то это уже не может быть случайным.

Таким образом, классическая геологическая аргументация в пользу дрейфа континентов со времен Вегенера стала значительно убедительнее. Однако, оставалась в силе и вся классическая аргументация против дрейфа – прежде всего, физическая невозможность индивидуального плавания континентов. В 1961-62 гг. два американца – Дитц и Хесс – одновременно предложили гипотезу, совмещающую дрейф континентов и новые открытия на дне океанов. Это была гипотеза спрединга или раздвигания океанического дна. Согласно этой гипотезе, в узкой рифтовой щели в центре Атлантического океана возникает новая земная кора, а старая кора отодвигается от нее «наподобие ленты конвейера», и при этом Африка и Америка уносятся друг от друга все дальше и дальше. Первоначально рифт возник посреди единого континента, а теперь его обломки раздвинулись, и посредине образовалась широкая полоса океана. Эта гипотеза объясняла существование срединного хребта с его вулканами, землетрясениями и трещинами растяжения и снимала многие традиционные возражения против мобилизма. Однако, она была скорее изящной, чем убедительной. Независимых фактов в ее пользу было еще мало, что признавали и сами авторы.

Кроме того, красиво объясняя, например, Атлантический океан, она порождала пока противоречия в других частях земного шара, там, где требовалось прятать лишнюю кору. В попытках ликвидировать это противоречие, возникла и некоторое время существовала так называемая гипотеза расширения земного шара, предполагающая, что земля «надувается как футбольный мяч», но она влекла за собой новые противоречия, уже совершенно неразрешимые.

Новые идеи и факты опять пришли из области палеомагнетизма. Было установлено, что северный и южный полюсы магнитного поля Земли периодически меняются местами, что отражается в палеомагнитной ориентировке пород соответствующего возраста. Собственно, и периодичность поля была определена при изучении непрерывного пакета пластов, накопившихся за последние миллионы лет. Одновременно в океанах были открыты так называемые полосовые магнитные аномалии – полосы океанического дна, имеющие прямую или обратную намагниченность и протягивающиеся параллельно рифтовой долине строго симметрично по обоим склонам срединно-океанического хребта.

Области полосовых аномалий занимают значительную часть площади мирового океана и не имеют аналогов на суше. В 1963 году два англичанина – Вайн и Метьюз предложили, на мой взгляд, гениальную гипотезу происхождения полосовых аномалий, объединяющую аномалии, инверсии магнитного поля и спрединг. Они предположили, что при образовании новой коры в рифтовой долине породы приобретают прямую или обратную намагниченность, соответствующую характеру магнитного поля в это время. Затем новая полоса коры разрывается на две части, отодвигающиеся друг от друга, чтобы дать место следующей полосе. Так, в условиях инверсий поля на отодвигающейся в обе стороны от рифта океанической коре остаются как бы отметки в виде полосовых аномалий. Чем дальше аномалия от оси хребта, тем она древнее. Это открытие имело громадное значение. Морское дно стало не просто лентой конвейера, но еще и магнитофонной лентой, на которой отмечены все инверсии магнитного поля. Морское дно стало говорящим, оказалось, что на нем записана вся история спрединга, вся жизнь расширяющегося океана в понятном и легко читаемом виде, причем количественно – в километрах и миллионах лет. К 1968 году американскими геофизиками во главе с Хейртцлером расшифровка океанического дна была в основном закончена.

В дальнейшее развитие идей спрединга значительный вклад внесли сейсмологи. Были составлены карты землетрясений земного шара и оказалось, что землетрясения группируются в узкие пояса, которые наподобие замкнутой сетки оплетают земной шар. Кроме того, к 1967 году была разработана методика, позволяющая определить характер тектонических движений в очаге землетрясения. Оказалось, что большинство землетрясений связано с горизонтальными подвигами, причем в рифтах, как и ожидалось – с растяжением. Сжатие оказалось сосредоточенным в других тектонически активных поясах – в альпийских горных цепях и тихоокеанских островных дугах, т.е. там, где оно уже давно предполагалось геологами. В островных дугах сейсмологи смогли непосредственно «увидеть» изогнутые и погруженные на несколько сот километров пластины земной коры – ту «лишнюю» кору, которую нужно было куда-то деть, если быть сторонником гипотезы спрединга. Кроме того, в 1965 году канадский геолог Вильсон предложил идею о трансформных разломах – разломах сдвигового типа, являющихся боковыми ограничениями раздвигающихся пластин океанического дна. Наконец, в 1967 году Маккензи и Паркер рассмотрели вопрос о геометрии движения жестких оболочек по сфере, впервые применив теорему Эйлера для тихоокеанской области. Теперь все основные элементы будущей гипотезы уже существовали.

Переломные в развитии геологической науки годом стал 1968. В этом году была первоначально сформулирована новая тектоническая гипотеза, одновременно несколькими учеными, – французом Ле Пишоном, американцем Морганом и тремя американцами – Айзексом, Оливером, Сайксом. Первые два автора назвали гипотезу «тектоника плит», последние три – «новая глобальная тектоника», и эти два названия в течение ряда лет были синонимами. Сущность новой гипотезы вкратце состояла в следующем:

Причиной движения плит являются конвекционные течения в подстилающем плиты пластичном веществе астеносферы. В островных дугах одна из плит изгибается, ныряет вниз на глубину до 700 км и там растворяется в астеносфере, расплавляясь и давая начало вулканам; в альпийско-гималайских цепях происходит лишь механическое торошение краев плит. Геометрия движения плит по сфере описывается теоремой Эйлера в терминах полюсов вращения и угловых скоростей. В отличие от всех предыдущих тектонических гипотез тектоника плит с самого начала носила количественный характер, оперируя расчетами и математическими моделями.

Новая гипотеза произвела ошеломляющее впечатление. Уже в своем первоначальном виде она разрешила многие, если не большинство «проклятых вопросов» геологии и давала обнадеживающую перспективу для решения остающихся вопросов. Ощущение от первоначального знакомства с гипотезой напоминала ощущение от внезапно зажженного света в вечно темном подвале. Геология к 1968 году напоминала раствор, перенасыщенный фактами, и в последующие несколько лет происходит бурная теоретическая кристаллизация на базе новой гипотезы. Усилиями множества геологов и геофизиков гипотеза стремительно расширяется, вовлекая в себя накопленный к этому времени фактический материал.

По-видимому, наиболее значительным достижением этого периода является объединение тектоники плит с геосинклинальной теорией, выполненное в 1969-70 гг. английскими геологами Дьюи и Бердом. Они сопоставили все типы областей столкновения плит с давно известной структурой геосинклинальных поясов континентов, и нашли объяснения практически всем элементам геосинклинального пояса. Оказалось, что удивительное многообразие элементов, из которых построены геосинклинальные области, возникает довольно просто – при различных комбинациях взаимодействия литосферных плит друг с другом. Теперь стало ясно, какие признаки геологического объекта важны для его объяснения, какие – нет. Оказалось, что геосинклинальные области аналогичны современным островным дугам или зонам столкновения плит гималайского и андийского типов. Это позволило включить в новую гипотезу гигантское количество фактов и закономерностей, накопленных в рамках геосинклинальной теории. Было показано, что континенты возникают постепенно в результате процессов субдукции к столкновения плит, и плитная тектоника дает надежный ключ к расшифровке их строения. Стало также ясно, что движение и взаимодействия плит, в принципе такие же, как и сегодня, происходили в течение значительной части геологической истории Земли – по крайней мере, в последние 1500 миллионов лет.

Теперь появилась возможность применить новую гипотезу для интерпретации геологического строения конкретных районов. Одним из первых было чрезвычайно эффектное приложение тектоники плит к геологии североамериканских Кордильер, выполненное Этвотер, работа Дьюи и Берда по Аппалачам, затем последовали работы по южно-американским Андам, Индонезии, Средиземноморью и т.д. Были сделаны также первые попытки применить новую гипотезу для объяснения происхождения к размещения полезных ископаемых.

В 1971-72 гг. формирование основных принципов новой гипотезы, в основном, закончилась. Она выдержала ряд проверок, и ее постепенно стали называть теорией. Период бурной ломки заканчивался. Плитная тектоника продемонстрировала свою способность решать проблемы и в семидесятые годы начинает развиваться нормальная наука уже на ее основе.

С 1968 года начался стремительный переход геофизиков и геологов на новую точку зрения, привлекающую своим изяществом, простотой и эффективностью. Эти ее качества завоевали много сторонников среди неспециалистов по тектонике (среди физиков, океанологов, астрономов к других), привлекли к геологии внимание ученых всех специальностей. Психологическое воздействие тектоники плит на геологов было ошеломляющим (помню по себе). Выше говорилось, что в течение многих десятилетий тектоническая жизнь Земли представала перед геологами бесконечной цепью загадок, не оставляющих надежд на их скорое разрешение. И вдруг, появилась гипотеза, первое же знакомство с которой порождало чувство полного понимания этих загадок. Коротко говоря, до 1968 года мы ничего не знали о сути тектонических процессов, а с 1968 года знаем о них все. Неудивительно что переход на новые позиции был массовым, и с 1968 года в научной литературе происходит настоящий взрыв публикаций на эту тему:

Число подобных высказываний можно было бы продолжить. Сегодня факт тождественности тектоники плит с научной революцией почти общепризнан и не нуждается в доказательствах. Тем не менее, я приведу систематическое сопоставление изложенных событий с типовой моделью научной революции, т.к. это понадобится нам в дальнейшем.

В момент совершения своих открытий Вайн был аспирантом, Таня Этвотер – студенткой, Ле Пишону не было и 30 лет, так же как и Дьюи и т.д. Что же касается правила «людей новых в данной области», то его выполнение в нашем случае даже ставилось плитной тектонике в вину: (см. цитату Белоусова 241, стр. 95 в следующем разделе).

По Куну новая парадигма появляется не сразу в законченном виде, а постепенно, сначала в виде незрелых, уязвимых для критики вариантов. Эти первые варианты привлекают ученых сначала по эстетическим соображениям (простота, ясность, красота теории) (144. стр. 205).

Ученые, склонные к «эстетическим» оценкам, играют важную роль в обсуждении на этом этапе. Изящество новой теории перевешивает для них ее пока очевидные слабости. Эта ситуация дословно воспроизвелась, например, в развитии идеи дрейфа континентов. Хотя она до определенного момента сталкивалась с непреодолимыми трудностями физического и геометрического характера, красота самой идеи и получающихся частных результатов побуждали некоторых ученых продолжать разрабатывать ее в ситуации, казавшейся безнадежной. Уже говорилось, что в триумфальном распространении тектоники пит ее эстетическая привлекательность играла не последнюю роль. Можно вспомнить, что статья Хесса, в которой впервые излагалась гипотеза спрединга, была самохарактеризована как «опыт в геопоэзии».

В первые же годы существования тектоники плит на ее основе было выполнено несколько эффектных предсказаний. Например, концепция спрединга предполагает строго определенный возраст базальтового ложа океана в каждой точке мирового океана. Строго определенным должно быть распределение осадков в мировом океане – их толщина и возраст нижних слоев должны были закономерно увеличиваться от осей срединных хребтов к океанским берегам, при этом возраст осадков должен быть также везде строго определенным и нигде не должно быть осадков более древних, чем юрские. В момент формулировки этого прогноза о возрасте дна океанов и распределении океанических осадков не было совершенно ничего известно.

Все эти требования, предъявляемые природе, казались настолько невыполнимыми и фантастическими с точки зрения традиционной геологии, что противники тектоники плит скептически спрашивали, ну а что вы будете делать дальше, когда на дне океанов окажется докембрий? (породы, во много раз древнее юрских). С 1968 года начала осуществляться программа глубоководного океанического бурения, и за последующие несколько лет все эти предсказания полностью подтвердились даже в деталях. В работе (223, стр. 6-8) приводится ряд других успешных предсказаний: предположение Вильсона о направлении смещений по трансформным разломам; предположение ряда исследователей о толщине литосферных плит в океанах; об «обратной» фокальной сейсмической зоне в островных дугах и др. Чрезвычайно эффектным было подтверждение теоретического предположения Сорохтина и Лобковского о затягивании осадков в зону субдукции без их деформации, крайне мало правдоподобного с точки здравого смысла. Через несколько лет это удалось непосредственно увидеть на сейсмических профилях через островные дуги.

Смена парадигмы – не просто принятие некоей новой теоретической концепции. Она означает глубокие изменения во всей области, которую она захватывает:

В нашем случае простейший пример этого такой: в «геосинклинальной» геологии одним из важнейших предметов анализа служила система объектов, называемая «разрез» и означавшая последовательность пластов разного возраста, лежащих друг на друге в одном месте. В тектонике плит значение разреза гораздо меньше, поскольку пласты, относящиеся совершенно к разным событиям, могут чисто случайно лежать друг на друге. В то же время предметом внимания является совокупность объектов одного возраста, расположенных на обширной площади и образующих, например, «палеозойскую островную дугу». В одну систему входят тектонические события на одной стороне какой-либо плиты – в срединном хребте, и на другом ее конце за 10 тыс. км – в островной дуге, в систему, которая раньше не имела бы никакого смысла. Другой пример: в доплитной геологии основными подразделениями земной поверхности были материки и океаны, теперь ими стали плиты, причем в одну плиту могут входить участки разных материков и океанов и наоборот.

Еще один аспект той же проблемы: многие понятия, существовавшие в старой парадигме, сохраняются к в новой, но при этом требуется перевод со старого языка на новый язык (144, стр. 264-265). Это явление происходило и в нашем случае, например, при переводе старой геосинклинальной терминологии на новый плитный язык:

Таким образом, возникновение тектоники плит по всей совокупности признаков представляет собой типичную научную революцию. Это тем более убедительно потому, что типовая модель революции была предложена Куном задолго до описанных выше событий, совпавших с ней до малейших деталей. Более того, это очень яркий, «настоящий» пример революции, если судить по таким признакам, как глубина и длительность предшествующего кризиса, внезапность появления, быстрота, с которой геологи всего мира перешли на новые позиции. Это именно та революция, которая, по Куну, является основным способом движения науки вперед.