Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…
Сэм Кин, 2017

Что может быть важнее воздуха? Чем и как мы дышим? Новая книга Сэма Кина предлагает неожиданный взгляд на такой понятный воздух: его состав, изменения, истории открытий и многое другое. Как одним вдохом охватить весь мир? Поднесите ладонь к губам и почувствуйте свое единение со Вселенной! Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…

Оглавление

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух… предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других

I

Появление воздуха

Четыре атмосферы Земли

В данном разделе мы ответим на два главных вопроса о воздухе: как появилась наша атмосфера и каковы ее основные компоненты. За всю историю у Земли было несколько типов атмосферы, различавшихся по составу. Многие из атмосферных газов изначально появились благодаря вулканической активности Земли, причем некоторые возникли на самых ранних этапах ее существования, задолго до появления жизни. Но позднее сама жизнь в значительной степени изменила состав атмосферы, главным образом за счет выделения кислорода.

Глава первая

Первый воздух Земли

Диоксид серы (SO2) в настоящее время содержится в воздухе в концентрации 0,00001 ppm (частей на миллион); при каждом вдохе мы поглощаем примерно 120 млрд молекул этого газа

Сероводород (H2S) в настоящее время содержится в воздухе в концентрации 0,000005 ppm; при каждом вдохе мы поглощаем 60 млрд молекул этого газа

В 1926 г., опасаясь преследований, Гарри Трумэн поселился у подножия горы Сент-Хеленс. Это был не тот Гарри Трумэн. Того Трумэна наш Гарри Рендалл Трумэн называл «крепким старикашкой». «Готов поспорить, что его запомнят как одного из величайших президентов», — говорил наш Трумэн, а уж он знал, что значит быть «крепким старикашкой». Укрывшись в штате Вашингтон в возрасте 30 лет, он пережил в изоляции под сияющей вершиной горы Сент-Хеленс 54 суровые зимы. Даже когда весной 1980 г. гора начала дымиться, храпеть и рычать, он не тронулся с места и в конце концов исчез — в прямом смысле слова взлетел в атмосферу.

Трумэн происходил из семьи лесорубов. Семья перебралась в штат Вашингтон, когда он был еще ребенком. Он окончил школу, был призван в армию и во время Первой мировой служил авиамехаником. (Он был прирожденным рассказчиком и позднее описывал, как вылетал на боевые задания через океан в самолете с открытой кабиной, с трепещущим за спиной белым шарфом.) Вернувшись домой, он женился на дочери владельца пилорамы и стал автомехаником, но семейная жизнь и регулярная работа ему быстро наскучили. Он попытался заняться поисками золота, но это дело показалось ему еще более скучным и утомительным.

Поэтому после введения «сухого закона» он занялся бутлегерством — ему с его темпераментом эта работенка подходила куда больше. Игра с законом развлекала его, ему нравились легкие деньги. Кроме того, он был не прочь выпить и не любил нравоучительных проповедей о вреде виски. В конце концов он связался с гангстерами из Северной Каролины и занялся поставкой на побережье крепких напитков, а также попутно организовывал публичные дома и бары. Все шло отлично до 1926 г. Трумэн никому и никогда не объяснил, что тогда произошло. Возможно, он слишком близко сошелся с чьей-то дамой или занял чужую территорию. В любом случае, ему пришлось обзавестись автоматом. В конечном счете в один прекрасный день он подхватил жену и дочь и бежал в леса, окружавшие гору Сент-Хеленс, чтобы там спрятаться.

Разговорчивый Гарри Рендалл Трумэн со стаканом «мочи пантеры» в своем домишке на склоне горы Сент-Хеленс (Фотография любезно предоставлена Лесной службой США)

В пяти километрах к северу от вершины горы он организовал автозаправочную станцию и бакалейный магазин. Постепенно предприятие разрослось до кемпинга с домиками и лодками. Дело пошло. Дом окружали величественные ели стометровой высоты и трехметрового обхвата. На территории лагеря было озеро Спирит-Лейк — полоска воды длиной 3,5 км, — холодное и чистое, как охлажденный джин. Ввиду удаленности места Трумэн продолжил заниматься торговлей спиртным и спрятал в лесу несколько бочек с самодельным виски, которое называл «мочой пантеры».

Однако для жены Трумэна изоляция оказалась мучением. К тому же ее совсем не радовала разлука с дочерью, которая училась в школе-интернате в нескольких километрах от родителей. В начале 1930-х все закончилось разводом. В 1935 г. Трумэн вновь женился, однако вторая мисс Трумэн — столь же неуемная, как сам Трумэн, — продержалась не намного дольше (не помогло и то, что Трумэн пытался «убедить» ее, бросив в озеро; плавать она не умела). Тогда Трумэн попробовал жениться в третий раз и начал ухаживать за одной местной девушкой, но потом перекинулся на ее сестру, Эдну. Пожалуй, это не самое романтическое начало отношений, но, влюбившись в Эдди, Трумэн уже не вытащил этой занозы из своего сердца.

Вероятно, Эдди любила его не меньше, поскольку жизнь с Трумэном не назовешь легкой. По утрам, когда он собирался на работу, она вставала рано и подавала ему его любимый завтрак: жареные говяжьи мозги и стакан пахты, чтобы их протолкнуть. Он с усмешкой повторял, что такая еда делает человека мужественным. Эдди пришлось свыкнуться и с его речью. Трумэн говорил быстро, люди плохо его понимали и ориентировались по «ключевым словам». Друзей он называл «старыми ублюдками», а тех, кого знал похуже, — «тупыми сукиными детьми». Однажды он прогнал со своего участка верховного судью Уильяма Дугласа, поскольку тот имел женоподобную внешность, хотя позже они стали друзьями. Вдобавок ко всему Трумэн был всезнайкой. Когда однажды в их края приехал фотограф, чтобы сделать несколько снимков горы Сент-Хеленс, Трумэн вмешался с комментариями: «Ты должен поместить человека в эту чертову штуку. Это заинтересует чертову публику». Слушая интервью Трумэна через несколько десятилетий, когда он стал знаменит, вы бы подумали, что его любимым словом было слово «биип» (этим звуком заглушали нецензурные выражения).

За удачный день, когда лодки пользовались спросом, Трумэн выручал до 1500 долларов наличными. Он заходил к Эдди в кафе, которым они управляли вдвоем, отдавал ей деньги, наливал себе полный стакан своего любимого напитка «моча пантеры» (виски «Шенли» с кока-колой) и болтал с друзьями. Иногда они с Эдди шиковали, например купили розовый «кадиллак», который Трумэн любил лишь немногим меньше Эдди. Однако чаще они вкладывали деньги в кемпинг или в кафе или берегли на зимние месяцы, когда снега выше головы и в кошельке денег, как говорил догадайтесь кто, «как волос у телушки на…». «Смотри сюда, — говорил он, указывая на вершину горы. — Никогда в этом чертовом мире ты не увидишь ничего прекраснее, чем эта старая гора».

Чувства его были справедливы (гора Сент-Хеленс действительно прекрасна — идеал снежной горы), а вот познания в геологии — ошибочны, поскольку вершина горы Сент-Хеленс совсем не старая, она вряд ли существовала во времена Цезаря. Может показаться невероятным, что сотни метров скалы выросли всего за несколько тысяч лет, но это действующий вулкан, а действующие вулканы быстро растут вверх за счет выброшенной лавы. Хотя Огненная гора (как ее называли местные индейцы) не извергалась с 1857 г., даже несведущий человек обнаружил бы в окрестностях следы прежних извержений, такие как старая зола и вулканическая пемза — такая пористая, что всплывала, если ее бросить в озеро. И земля в этой местности частенько дрожала под ногами. Но в глазах Трумэна опасность лишь увеличивала привлекательность горы.

Трумэн прожил в тени горы почти 50 лет, но все рухнуло за один день. Однажды в сентябре 1975 г. Эдди почувствовала себя неважно и рано пошла спать. Трумэн ждал гостей из города. Он позвонил им и попросил бутылку виски для себя и что-нибудь в подарок для Эдди — какое-нибудь растение, чтобы ее утешить. Когда гости прибыли, он сразу понес цветок в комнату — и тут же в ужасе сбежал вниз по лестнице. Он кричал что-то бессвязное и еще быстрее, чем обычно. «Эдди больна! Эдди больна!» — это все, что поняли гости. На самом деле Эдди уже была мертва — она скончалась от сердечного приступа. Но еще целый час Трумэн умолял спасти ее.

Смерть Эдди подкосила Трумэна. Он теперь редко улыбался, и друзья, которые всегда посмеивались над тем, каким живым и бодрым он выглядел («крепче копченого сыча»), теперь замечали, насколько он сдал, и вид его вполне соответствовал прожитым семидесяти девяти годам. В летнее время он по-прежнему занимался кемпингом, но на протяжении шести зимних месяцев по нескольку недель кряду у него не было другого компаньона, кроме горы: две одинокие фигуры поглядывали друг на друга через километры разделявшего их леса.

Впрочем, изоляция Трумэна подходила к концу. К моменту смерти Эдди геологи, собиравшие пробы грунта у подножия горы, обнаружили неопровержимые доказательства старых извержений. В отчете, составленном в 1978 г., говорилось, что «за последние 4500 лет гора была активнее любого другого вулкана на территории Соединенных Штатов». Пророческие слова. В природе прекрасное часто оказывается смертельно опасным, и прекрасная вершина горы вполне могла оказаться пушечным жерлом.

События на горе Сент-Хеленс были самым серьезным уроком по геологии в истории Америки. Кроме того, верьте или не верьте, когда-то давно гора участвовала в создании ранней атмосферы нашей планеты. Мы редко задумываемся о том, что раньше воздуха не было.

Нам кажется, что воздух был всегда. Однако все планеты создают свою атмосферу с нуля. И какими бы вредными ни казались нам вулканические газы, именно они обеспечили Землю важнейшими элементами.

Таким образом, чтобы понять, что такое воздух, нужно понять суть вулканического извержения. И для рассказа нам не найти лучшего примера, чем самое изученное в истории извержение вулкана, и лучшего героя, способствовавшего известности этого извержения.

История горы Сент-Хеленс, хотя она не такая уж старая, все же связана с тем периодом времени, когда Земля еще только формировалась. Примерно 4,5 млрд лет назад в нашем уголке Вселенной взорвалась сверхновая звезда, распространив в космосе ударную волну. Эта ударная волна врезалась в море газообразного водорода и взбаламутила его недра, заставив закрутиться воронкой. Под действием гравитационных сил из 99,9 % этого газа образовалась новая звезда — наше Солнце. Основная часть оставшегося газа была вытолкнута на задворки зарождавшейся Солнечной системы, где из него сформировались гигантские газовые планеты, такие как Юпитер и Сатурн.

Совсем небольшая часть газового облака осталась между Солнцем и газовыми гигантами, и химические элементы из этого облака — кислород, углерод, кремний, железо и другие — стали соединяться друг с другом сначала с образованием микроскопических частиц, потом — камней и астероидов, а затем — твердых тел размером с континенты. Гравитация — эффективный дворник, быстро собравший маленькие фрагменты в большие планеты — по некоторым оценкам, это произошло всего за миллион лет. Когда соединилось достаточное количество частиц, возникли каменистые планеты, в том числе Земля. Таким образом, все, что нас окружает, — пол под ногами, книга в руках и даже наше собственное тело, — каким бы твердым ни казалось, произошло из газа. Каждый из нас — бывший газ.

Кажется странным говорить о твердых телах, таких как планета Земля, как о бывшем газе, но это совершенно оправданно, если разобраться в том, что такое газ и твердое вещество на молекулярном уровне. Молекулы твердого вещества имеют постоянную «прописку» и не могут сильно от нее отклоняться. Вот почему твердые вещества хорошо сохраняют форму. Молекулы жидкостей тоже касаются друг друга, но у них больше энергии и свободы для движения, что объясняет их текучесть и способность принимать форму емкости, в которую их помещают. Молекулы газа не соприкасаются друг с другом; они «асоциальны» и держатся на расстоянии от соседних молекул. А если они сталкиваются, то отскакивают в новых направлениях, как шарики в 3D-бильярде. В среднем при 22 °C молекула воздуха перемещается со скоростью около 1000 км/ч.

Таким образом, на определенном уровне газы, жидкости и твердые вещества сильно различаются, и поначалу ученые классифицировали такие вещества, как вода, лед и пар, как разные субстанции. Сегодня мы знаем, что это не совсем верно. Нагрейте кусок льда, и его молекулы разорвут сковывающие их цепи и начнут двигаться, как в жидкости. Добавьте еще тепла, и молекулы жидкости присоединятся к воздуху, превратившись в пар. Эти три субстанции — одно и то же вещество, только в разных обличьях. И другие соединения тоже могут претерпевать подобные превращения. Мы не привыкли думать, скажем, о железе, кремнии или уране из горных пород как о потенциальных газах, однако любое вещество из периодической таблицы можно превратить в газ, если соответствующим образом нагреть. И обратный процесс тоже имеет место. Охладите газ, и он превратится в жидкость. Охладите еще сильнее — и получите твердое вещество. Сдавливая газ, его тоже можно перевести в менее свободное состояние.

Вещества постоянно переходили из одного состояния в другое на первозданной Земле — бурлящем и расплавленном космическом теле, даже отдаленно не напоминавшем гладкую и уютную планету, на которой мы сегодня живем. Когда космические камни только начали сбиваться в общую массу, гигантские гравитационные силы расплавили большинство из них. Более плотные жидкости (такие как расплавленное железо) оказались внутри, а более легкие остались на поверхности и вновь затвердели при соприкосновении с космическим холодом. Такая Земля походила на яйцо: железный желток, вокруг вязкая мантия и тонкая оболочка камней. Однако внешняя оболочка оказалась расколота на миллионы фрагментов, и через трещины на поверхность просачивалась раскаленная лава. Тогда на Земле ночью было видно оранжевое свечение лавы, которая нередко пенилась и взлетала вверх, как фонтаны в аду.

У первозданной Земли тоже была атмосфера (атмосфера номер один), но она была столь ничтожной, что фактически не соответствовала смыслу этого слова. Она в основном состояла из водорода и гелия, заполнявших пространство между Солнцем и Юпитером. И вскоре после образования эту атмосферу смахнул солнечный ветер — исходящий из недр Солнца поток электронов и протонов; он сорвал с Земли эту оболочку и унес в космос. Но многие атомы водорода и гелия улетели по собственной воле. Один из законов физики газов гласит, что небольшие молекулы движутся с гораздо более высокими скоростями, чем крупные молекулы. Водород и гелий занимают первые ячейки периодической таблицы химических элементов, являясь самыми легкими и, следовательно, самыми подвижными элементами. Каждый день какая-то их часть достигает второй космической скорости (более 10 км в секунду) и высвобождается из гравитационного поля Земли. Триллионы этих микроскопических ракет прощались с огненной Землей и уносились в холодное спокойствие космоса.

На месте первой атмосферы вскоре появилась вторая, рожденная самой Землей. Как в крови растворен кислород, а в шампанском углекислый газ, так и в магме (подземной лаве) содержатся растворенные газы. И как из открытой бутылки шампанского вырывается пена углекислого газа, так из прорвавшейся сквозь трещины в земной коре лавы тоже выделяются газы, и давление магмы сразу падает. По-видимому, эта газовая смесь состояла в основном из водяных паров и углекислого газа (геологи пока не пришли к единому мнению), но там могли содержаться и другие газы. Если вам когда-нибудь доводилось подходить к вулкану, вы, возможно, знаете о некоторых из них, например о соединениях серы, придающих вулканическим газам запах тухлых яиц и пороха (это, соответственно, сероводород и диоксид серы). Вулканы выбрасывали также пары металлов, включая пары золота и ртути. Прекрасная смесь для дыхания!

Земля производила газы и позволяла им потихоньку выходить наружу. Но от этого среда не была более дружелюбной. Окажись мы в той атмосфере, воздух сжег бы нам кожу, серные газы разъели бы нос, а кислоты и аммиак разорвали легкие. При таком давлении человеческий череп был бы немедленно сплющен, а сам человек превратился в нечто сферическое.

Некоторые геологи считают, что все эти газы появились из-под земли единовременно — в процессе так называемой «большой отрыжки». Но, к моему великому сожалению, никакой «большой отрыжки», скорее всего, не существовало. И давление на Земле было нешуточным. Магма выбивалась на поверхность с огромной силой и содержала много газов: каждые сутки из-под земной коры в атмосферу вылетали миллиарды тонн газов. В результате давление воздуха было, вероятно, в сотни раз выше теперешнего. Легчайший бриз в воздухе такой плотности сбивал бы с ног и опрокидывал в расплавленную лаву.

Эта вторая атмосфера отличается от сегодняшнего воздушного океана по нескольким параметрам. Основной компонент той атмосферы, пар, постепенно начал конденсироваться, превращаясь в дождь, и скапливаться на поверхности в виде озер и морей. Образование водоемов вызвало эффект домино, поскольку второй важнейший компонент того воздуха, углекислый газ, легко растворяется в воде и реагирует с минеральными веществами, образуя твердый осадок. Это приводило к удалению CO2 из атмосферы.

Еще одна причина смены воздуха заключается в том, что поток астероидов и/или комет продолжал бомбардировать Землю, разрушая первичную атмосферу. Конечно, не каждое столкновение приводило к катастрофе. Небольшие астероиды могли даже привносить в нашу атмосферу другие газы — из содержавшихся внутри них паров. Но каждое столкновение с большим небесным телом являлось для нашей планеты серьезным уроком по сохранению энергии. При столкновении астероида с земной атмосферой значительная часть кинетической энергии астероида превращалась в тепло, под действием которого атмосферные газы вылетали в космическое пространство. Оставшаяся часть кинетической энергии вызывала гигантскую ударную волну, выдувавшую еще больше воздуха. Некоторые геологи считают, что подобные столкновения многократно уничтожали нашу атмосферу, полностью оголяя Землю. Если это так, следует говорить не о второй атмосфере вулканического происхождения, а об атмосферах 2a, 2b, 2c и т. д. Все они состояли примерно из одного и того же набора газов, но астероиды и кометы постоянно сдували их в космос.

Одно такое событие заслуживает особого внимания, поскольку в результате него возникла наша Луна. Вообще говоря, Луна — довольно странный небесный объект. Спутники всех других планет можно сравнить с комарами, тогда как Луна — настоящий альбатрос; размер нашего спутника лишь в четыре раза меньше размера самой планеты. В XX в. для объяснения этой аномалии астрономы выдвинули несколько теорий. Некоторые утверждали, что Луна возникла независимо, как отдельная планета, а Земля вовлекла ее в свое гравитационное поле, когда она в один прекрасный день проскальзывала мимо. Другие соглашались с предположением астронома Джорджа Дарвина (сына Чарльза Дарвина) и считали, что Луна каким-то образом отщепилась от Земли, когда та еще не затвердела, как дочерняя клетка отделяется от родительской клетки.

В 1969 г. на основании анализа лунного грунта наконец был найден ответ, объединявший обе теории. В частности, выяснилось, что лунные камни содержат меньше летучих газов, чем земные. Это означает, что лунные газы были удалены под действием какой-то силы. Однако удаление газов из столь крупного объекта, как Луна, могло произойти только из-за чрезвычайно сильного нагрева в результате сильнейшего столкновения с каким-то небесным телом. Из астрономических расчетов получается, что это гипотетическое тело (теперь его называют Тейей) по размеру было сравнимо с Марсом. По-видимому, Тейя возникла как отдельная планета в другой точке земной орбиты — на расстоянии нескольких месяцев «впереди» или «позади» Земли на ее орбите вокруг Солнца. Однако всемогущая сила гравитации не могла допустить близкого соседства двух планет на одной орбите и примерно через 50 млн лет после их образования привела к столкновению. Астрономы называют этот эпизод «Большим столкновением».

Столкновение с Тейей скорее следует сравнить со столкновением машины с лосем — структурные повреждения в таком случае гораздо серьезнее. В результате удара не только улетучилась наша атмосфера, но, возможно, вскипели океаны и испарились целые континенты.

Вспомните о столкновении Земли с астероидом, в результате которого вымерли динозавры. Этот удар, как в библейском Исходе, поднял к небу столбы огня и столько пыли, что она на несколько лет заслонила Солнце. Но Земля как единое небесное тело не пострадала: если воробей разобьет ветровое стекло, машина будет двигаться дальше. Удар затронул глубокие слои мантии и искривил планету, как будто кто-то пробил школьный глобус. Сама Тейя испарилась, и бо́льшая часть ее газообразных останков закрутилась в космосе вокруг Земли, создав наше собственное небесное кольцо. Но в отличие от колец Сатурна, состоящих по большей части из льда и камней, это горячее кольцо постепенно остыло и склеилось в единую массу, образовав Луну.

В долгосрочном плане соударение с Тейей подарило нам множество поводов для создания поэтических образов, например полнолуние, а также весну и осень, поскольку слегка сдвинуло вертикальную ось Земли и привело к тому, что вариации солнечного освещения создают смену сезонов. Однако в краткосрочном плане в результате удара наша планета оказалась еще менее гостеприимной, чем была до тех пор. В частности, атмосфера стала еще более горячей и ядовитой, чем предыдущая атмосфера вулканического происхождения. Эта новая атмосфера, продержавшаяся, по-видимому, около тысячи лет, состояла в основном из горячего кремния (представьте себе пары песка) и железных «дождей». Кроме того, пары хлорида натрия, наверное, придавали «воздуху» солоноватый привкус: как будто при каждом вдохе вы лижете соль.

Новорожденная Луна наблюдала за всеми этими событиями с высоты около 25 000 км; она сияла в небе в десятки раз сильнее, чем сегодняшнее Солнце. Это расплавленное огненное тело должно было выглядеть как темный, налитый кровью глаз. Та Луна, возможно, тоже вызывала поэтические образы, но скорее из поэзии Данте, чем Фроста.[7]

В конечном счете Солнечная система исчерпала запасы астероидов и не могла больше систематически осыпать ими Землю. В результате накапливавшиеся в атмосфере Земли газы не улетучивались в космос, а оставались у поверхности планеты. Не менее важно, что на Земле возникли «настоящие» вулканы. На ранних этапах существования Земли вулканов было немного, поскольку магма легко выбрасывала газы через трещины в полужидкой коре. Но по мере окончания бомбардировок космическими камнями планета стала остывать и обзавелась твердой корой с небольшим количеством трещин. В результате магма стала накапливаться под землей. Поскольку в ней все еще содержались растворенные газы, давление в этих подземных очагах периодически достигало критического уровня, так что лава и магматические газы вырывались наружу через слои горных пород и сметали все на своем пути. Хотя сегодня магма гораздо менее подвижна, чем раньше, этот древнейший цикл роста давления и взрыва существует до сих пор. Именно этот цикл и стал причиной событий, произошедших на горе Сент-Хеленс в 1980 г.

После смерти Эдди Трумэн сильно изменился. Дни и недели проплывали в летаргическом сне; он стал рассеянным и небрежным на работе. Как-то ему на голову упало дерево, которое он рубил. Рука попала в снегоуборочную машину. Он потерял сознание, упав с крыльца, и очнулся в снегу в одних трусах. Дела в кемпинге тоже шли неважно. Не было Эдди, стелившей гостям постели, и домики выглядели неопрятно. Трумэн отличился и по части кухни. Эдди никогда не стремилась к тому, чтобы попасть в кулинарный справочник Мишлена. Среди прочих «деликатесов» она кормила гостей хот-догами и гамбургерами с непропеченным белым хлебом. Но Трумэн довел кухню до состояния посттравматического стресса. На обед подавали сэндвичи из арахисового масла с луком, а на ужин «суп из куриной спинки», сваренный из куриных костей с 25 дольками чеснока. Поневоле задумаешься, не пытался ли Трумэн таким способом отвадить постояльцев.[8]

В то время как Трумэн все глубже погружался в уныние, гора над ним от месяца к месяцу становилась все сварливее — благодаря движению тектонических плит. В 1980-х гг. термины «тектонические плиты» и «континентальный дрейф» уже начали приживаться в лексиконе геологов, чего нельзя было предвидеть еще каких-то 15 лет назад. Теорию континентального дрейфа впервые предложил немецкий метеоролог Альфред Вегенер, который в начале XX в. обратил внимание на удивительное совпадение береговых линий Южной Америки и Африки, совмещавшихся, как черепки разбитого горшка. Кроме того, на двух континентах были обнаружены одинаковые окаменелости. Получив пулю в шею во время Первой мировой войны, Вегенер решил посвятить период выздоровления написанию книги, в которой утверждал, что континенты покоятся на гигантских плитах, которые каким-то образом медленно перемещаются.

Примерно так, как создание теории естественного отбора подстегнуло развитие биологии, теория движения тектонических плит собрала воедино разрозненные данные о землетрясениях, горах, вулканах и атмосфере и уложила их в общую схему.

Сказать, что геологи нерадостно встретили теорию Вегенера, все равно что сказать, что генералу Шерману был оказан теплый прием в Атланте. Геологи с большим удовольствием высмеивали эту теорию. Однако в 1940-х и 1950-х гг. появлялось все больше и больше новых доказательств перемещения плит, и идея уже не казалась такой нелепой. Равновесие сил изменилось в конце 1960-х гг., а к 1980 г. практически все геологи приняли идею Вегенера — вот такой удивительный поворот в истории науки. Поражение противников теории было настолько полным, что теперь нам даже трудно оценить ее значение.[9]

Порой континентальные плиты перемещаются довольно быстро, вызывая толчки земной коры, которые мы называем землетрясениями. Однако обычно плиты просто медленно сдвигаются по отношению друг к другу, не быстрее, чем растут ногти. (В следующий раз, когда будете стричь ногти, подумайте, что мы еще немного приблизились к «Большому землетрясению».) Когда одна плита продвигается под края другой плиты (этот процесс называют[10] субдукцией), в результате трения выделяется тепло, нагревающее нижнюю плиту и превращающее ее в магму. Часть магмы исчезает в недрах Земли, но более легкая фракция может вырываться наружу через трещины в коре (по этой причине пемза плавает на поверхности воды — она состоит из вещества с очень низкой плотностью). Кроме того, под действием тепла от трения из плавящейся плиты высвобождается углекислый газ, а также некоторое количество сероводорода, диоксида серы и других газов, включая следы азота.

Если лить холодную воду на горячее пламя в закрытом помещении, происходит взрыв пара, который может изжарить заживо. То же самое происходит при извержении вулкана.

Когда горячая магма прорывается вверх через трещины в коре, вниз тем же путем просачивается вода с поверхности. И ситуация становится еще более опасной. Важное свойство газов заключается в том, что они расширяются при нагревании. В соответствии с этим правилом, вещество в газовой фазе всегда занимает больший объем, чем то же количество вещества в жидкой или твердой фазе. Поэтому, когда просачивающаяся вниз вода встречается с поднимающейся магмой, она превращается в пар и расширяется с невообразимой силой, занимая объем в 1700 раз больше, чем в жидком виде. Этот феномен хорошо известен пожарникам. Мы с восторгом наблюдаем за стекающей по склонам гор огненной лавой, но наибольшей разрушительной силой обладают газы, и именно они являются причиной взрывов.

В любой момент времени на планете действует около 600 вулканов. Большинство из них локализовано в знаменитом Огненном кольце в районе Тихого океана, на поверхности нескольких подвижных тектонических плит. В частности, гора Сент-Хеленс расположена там, где плита Хуан де Фука уходит под Северо-Американскую плиту на глубине более 100 км от поверхности. По этой причине значительная часть горы находится выше уровня магматических очагов, и токсичные газы редко выходят на поверхность. Но если такой глубокий очаг прорывается, это приводит к необыкновенно сильному выбросу.

Двадцатого марта 1980 г. в районе горы Сент-Хеленс произошло землетрясение магнитудой четыре балла. В этих местах дрожание земли случается нередко, но в отличие от предыдущих землетрясений в этот раз дрожание ощущалось особенно долго. В среднем за пять лет здесь регистрируется около 40 толчков, но за неделю после 20 марта произошло около сотни.

В этой ситуации ученые оказались перед непростым выбором. Они не хотели беспокоить людей, предупреждая о землетрясении, которого, возможно, не произойдет. За пять лет до этого черное предсказание об извержении вулкана Бейкер оказалось ошибочным, и геологи попали в глупое положение. Однако гора Сент-Хеленс не утихала. Двадцать седьмого марта из вершины горы на высоту более 2000 м поднялось облако дыма, окрасившее снег в черный цвет. Вскоре после этого местные власти перекрыли все дороги и начали принудительную эвакуацию населения. Молодой геолог Дэвид Джонстон объяснил репортерам: «Представьте, что вы стоите рядом с пороховой бочкой. Запал подожжен, но вы не знаете, какой он длины».

Однако один местный житель решил, что правительство не понимает, что делает. Гарри Трумэн, живший всего в 5 км от изумительно прекрасной и смертельно опасной горы, принял первый толчок за шум лавины. И даже череда последующих толчков не заставила его признать опасности. В тени этой горы он прожил бо́льшую часть жизни, включая лучшие годы с Эдди, и поэтому заявил: «Если с горой что-то произойдет, мне лучше быть здесь».

Новость о «Человеке, не желавшем покинуть гору», распространилась быстро, особенно среди журналистов, скучавших из-за отсутствия событий. Кроме высказывания Джонстона о «пороховой бочке», репортерам не удавалось выудить из геологов никаких горячих новостей, поскольку, беспокоясь о своей репутации, они предпочитали не делать никаких прогнозов. Так что бо́льшая часть информации поступала другим путем, минуя ученых, и отражала местный колорит. Как Трумэн заявлял фотографам, чтобы удержать внимание публики, нужен яркий герой, и его образ жизни «по старинке» (иногда он даже надевал носки под сандалии!) вполне соответствовал этому требованию. Десятилетиями Трумэн избегал публичности, опасаясь, что кто-то из его бутлегерского прошлого узнает и прикончит его. Но с тех времен прошло уже полстолетия, и Трумэн обнаружил, что может пересказывать старые истории новым слушателям: например, как в одном нижнем белье отогнал медведя граблями или создал местную версию легенды о снежном человеке, оставив на снегу отпечатки больших деревянных «ног». Он припомнил несколько историй времен Первой мировой войны, а также утверждал, что однажды натянул свой старый авиационный шлем и сбросил в кратер вулкана бомбу, чтобы остановить извержение.

Трумэн не только рассказывал истории, но при каждом удобном случае крыл почем зря местное начальство: «Они говорят, что она опять задымится, но эти люди врут, как дышат». Он также утверждал, что может определить силу землетрясения по шкале Рихтера быстрее, чем это сделают геологи, просто по тому, как раскачивается на окне бара вывеска пива Rainier. Все редакции страны хотя бы раз послали к нему своих корреспондентов, и все корреспонденты знали, что в качестве подарка следует прихватить с собой бутылку виски «Шенли». Вскоре кабинет Трумэна был забит бутылками, и он радостно заявлял, что пусть теперь гора вытворяет что угодно, он может переждать.

Власти хотели арестовать Трумэна за отказ эвакуироваться и тем самым прекратить шумиху. Но что бы из этого получилось? Упечь в тюрьму старика — не лучший способ завоевать доверие общественности, да еще нужно найти судью, который сочтет его виновным. Пусть лучше пишут о нем, хоть в New York Times или National Geographic.

Каждая следующая неделя ожидания подогревала возбуждение публики. Люди вывешивали плакаты: «Сент-Хеленс, убери свой пепел с моей лужайки». Учитывая количество проделанных лесорубами дорог, практически любой человек, вооружившийся достаточно подробной картой, мог обогнуть заслоны, и люди в буквальном смысле начали устраивать на склонах пикники, дрожа от предвкушения зрелища извержения настоящей лавы. Даже управляющая штатом Вашингтон Дикси Ли Рей (которая как бывший ученый — специалист в области биологии моря — должна была лучше понимать ситуацию) поддалась всеобщему возбуждению. «Я всегда говорила, — заявляла она, — что надеюсь прожить долго, чтобы увидеть извержение одного из наших вулканов». В какой-то момент съемочная группа из Сиэтла на фоне горы снимала с вертолета рекламный ролик для производителей пива.

Тем временем внутри горы накапливался газ. С кружившихся над вершиной самолетов приходили сообщения об усилении выбросов диоксида серы (запах пороха), что означало приближение к поверхности обогащенной серой магмы. Полеты над горой были запрещены, но запрет нарушало такое множество людей, что один пилот даже сравнивал происходящее над вершиной с воздушным боем. В середине апреля геологи обнаружили на северном склоне горы гигантский каменный нарост. Никто не знал, с какой скоростью разрастается этот нарыв, так что на самолетах установили лазерное оборудование, способное регистрировать изменения в несколько миллиметров за сутки. Может показаться, что несколько миллиметров — это пустяк, если не учитывать, что речь идет о разрастании всей поверхности горы. В любом случае, такая точность измерений оказалась излишней: нарыв увеличивался на 1,5 м в день. Геологи штата уже убедились в серьезности предзнаменований и 9 мая перенесли наблюдательные вышки на 10 км назад — за пределы опасной зоны. Трумэн посмеивался над их трусостью.

По крайней мере, на публике. Внутри него напряжение тоже нарастало. Трумэн всегда утверждал, что заросшее гигантскими елями пространство между ним и вулканом послужит защитным буфером, но друзья начали замечать, что теперь его уверенность ослабевала. Он был еще более одинок, чем обычно, и хотя журналисты посмеялись, когда он рассказал, что перед сном надевает на ноги шпоры, чтобы ночью не свалиться на пол, шутил он только наполовину. По ночам на кухне непрерывно дребезжала посуда, и Трумэн нервничал. Если ему все же удавалось заснуть, утром он обнаруживал кровать в другой части комнаты. Он не хотел покидать их с Эдди дом, но это не означало, что ему нравилось переживать ночные кошмары.

Чувствуя перемену настроения, в середине мая друзья и местные власти предприняли последнюю попытку согнать вздорного старикашку с горы. Трумэн ответил отказом. Отчасти он сделал это по той причине, что получал целые мешки писем от людей, пораженных его смелостью. Также его привлекала мысль о новой женитьбе («Что может теперь заставить восемнадцатилетнего цыпленка выйти за старого “биип” вроде меня?» — рассуждал он.) Кроме того, он получил письмо от Дикси Ли Рей, восхищавшейся его мужеством, и этим письмом он буквально размахивал над головой. Трудно сказать, подкрепили ли слава и лесть уже сложившееся решение или заставили Трумэна совершить то, чего он не сделал бы при иных обстоятельствах. В любом случае, он не захотел никуда переезжать.

Учитывая ситуацию с Трумэном, власти штата решили убрать с горы всех остальных. После трехдневного перерыва в сейсмической активности горы 17 мая были сняты заграждения, и местным жителям разрешили подняться к себе и забрать стулья, столы, тостеры, фотоаппараты и все прочее, что можно было увезти. Разрешение действовало и на следующий день. Но у горы были другие планы.

Несмотря на все проведенные исследования, геологи продолжали находиться в недоумении по поводу поведения вулкана. Их не очень беспокоил вопрос о том, когда произойдет землетрясение. Точно предсказать время землетрясения невозможно, так что нет ничего зазорного в том, что в официальных документах отсутствует указание на воскресенье 18 мая, 8:32:11. Но все соглашались в том, что именно произойдет в момент землетрясения: вершина горы превратится в гигантский дымоход и выпустит в небо столбы газа и дыма.

Однако все случилось не совсем так. В реальности произошло следующее: нарыв на северном склоне лопнул, провалился внутрь, и содержимое вулкана начало извергаться наружу, произведя самый мощный оползень за всю историю человечества. Густые облака газа начали спускаться по склонам, смешиваясь с дымом и пеплом и сжигая все на своем пути.

Извержение вулкана Сент-Хеленс: воскресенье 18 мая 1980 г. (Фотография любезно предоставлена Лесной службой США)

События того дня можно описать, условно разделив пространство вокруг горы на серию концентрических кругов. В радиусе 300 км от горы был слышен грохот. В радиусе 150 км зазвенели оконные стекла и попадал с полок семейный фарфор. В Якиме, в 120 км к востоку, с неба полились потоки грязи, и небо почернело так, что в 9:30 утра автоматически зажглось уличное освещение. В радиусе 70 км температура воды в некоторых водоемах поднялась до 32 oC, отчего форель стала выпрыгивать на берег.

Удивительным образом, чем ближе к горе, тем меньше был слышен грохот. В ближайших окрестностях толстый слой песка и земли поглощал звуки. К тому же у поверхности земли звук поднимается вверх, так что рядом с эпицентром звук землетрясения не был слышен — он распространялся над головами людей (об этом явлении мы поговорим позднее). Но отсутствие грохота не означало, что ситуация была спокойной. В радиусе 25 км все деревья повалило на землю, как будто кто-то причесал гору гигантским гребнем. Многотонные лесовозы опрокинулись набок, как игрушечные машинки. На людей падали горящие камни, сжигая волосы. Мужчина и женщина, укрывшиеся в яме от вырванного с корнями дерева, решили пожениться, если выживут. Они выжили и поженились.

В радиусе 15 км погибли практически все, включая 7000 крупных млекопитающих (лосей, оленей, медведей), а также светловолосого геолога Дэвида Джонстона, сравнившего гору Сент-Хеленс с пороховой бочкой.

Этот молодой и здоровый человек (он участвовал в марафонах, что тогда было редкостью) добровольно вызвался вести наблюдение с самой близкой точки, поскольку вообразил, что у него больше шансов убежать, чем у его старших коллег. Впрочем, 18 мая он не должен был работать, а вышел на службу вместо начальника, который хотел встретиться с другом из Германии. Когда гора взорвалась, у Джонстона хватило времени лишь на то, чтобы сообщить по радиопередатчику в управление: «Началось!» Коллеги рассказали, что голос у него был радостно возбужденным.

Большинство людей погибли, захлебнувшись пеплом: попадая в рот, пепел смешивается со слюной и превращается в вязкую массу, забивающую дыхательные пути.

Тело Джонстона так и не было найдено, в отличие от десятков других тел. Уже после смерти тела зажаривались снаружи, а внутренние органы высушивались, как вяленое мясо. Некоторые тела настолько пропитались пеплом, что об них затуплялись лезвия скальпелей.

В радиусе 7 км тела даже не искали. Здесь стоял жуткий запах серы, наверное, как на первозданной Земле. И, как на первозданной Земле, поверхность была лишена каких-либо признаков жизни. Когда через несколько дней Джимми Картер пролетал над этой местностью, он заметил: «По сравнению с этим поверхность Луны выглядит как поле для гольфа». Единственной отметиной на этом фоне было возродившееся озеро Спирит-Лейк. Как и всё вокруг, поначалу озеро оказалось похороненным под десятками метров тлеющей золы. Но постепенно вода нашла выход наружу и образовала новое озеро на 50 м выше прежнего. Но если бывшее озеро было холодным, прозрачным и привлекательным, Спирит-Лейк II походило на дымящуюся выгребную яму с мутной коричневой жидкостью.

Гарри Трумэн находился в 5 км от вершины. О его судьбе ничего нельзя сказать с определенностью, за исключением того, что он погиб. Однако можно попытаться воссоздать последние моменты его жизни на основании того, что известно о жертвах других извержений и о законах химии.

Утопающие в золе почтовые ящики после извержения вулкана Сент-Хеленс (Фотография любезно предоставлена Геологической службой США)

На большинстве тел, найденных после извержения Везувия в 79 г. н. э., особенно в укрытиях в береговой зоне, не было обнаружено никаких признаков страха или борьбы; никто не закрывал лицо руками, что является обычным свидетельством агонии. Это означает, что люди погибли от теплового шока меньше чем за секунду, так что их органы чувств не успели зарегистрировать боль.

В первую очередь его одежда — джинсы, свитер, носки — должна была исчезнуть за одно мгновение, как бумага в пламени. Зубная эмаль должна была растрескаться, а влажные легкие превратиться в хрупкий кусок угля. Скорее всего, именно в этот момент он и умер практически без мучений. На большинстве тел, найденных после извержения Везувия в 79 г. н. э., особенно в укрытиях в береговой зоне, не было обнаружено никаких признаков страха или борьбы; никто не закрывал лицо руками, что является обычным свидетельством агонии. Это означает, что люди погибли от теплового шока меньше чем за секунду, так что их органы чувств не успели зарегистрировать боль.

У многих жертв Везувия мышцы сократились уже после смерти, так что пальцы ног оказались под ступней, а руки поднялись перед грудью в боксерской позе. Затем тела обуглились, а образовавшийся слой золы затвердел, как посмертная маска. После распада тел в золе осталось пустое пространство в форме тела. Заполняя это пространство гипсом, археологи смогли воспроизвести тела, которые туристы теперь разглядывают при посещении Помпеи.

Конец ознакомительного фрагмента.

Оглавление

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух… предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других

Примечания

7

Роберт Фрост (1874–1963) — известный американский поэт.

8

«Любимый» сэндвич Хемингуэя, описанный им в одной из новелл.

9

Речь идет о военных действиях в 1864 г. в ходе Гражданской войны в США; в задачу северян под руководством генерала Шермана входило в том числе взятие Атланты.

10

«Большое землетрясение» (Big One) — разрушительное землетрясение, происходящее на Западном побережье США с периодичностью около 100 лет; с вероятностью около 60 % вновь произойдет до 2032 г.

Смотрите также

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я