Каково внутреннее строение земного шара? Что находится в центре Земли

Человечество живет или правильнее сказать «арендует» планету. По самым последним научным данным срок «аренды» составляет около 4 миллионов лет, именно таким числом датируется самый древний артефакт, доказывающий присутствие homo sapiens. Возраст же самой планеты 4,54 миллиарда лет, что достаточно ничтожно для космического пространства. Но тем не менее, за все это время, человечеству так и не удалось детально изучить литосферу. Все современные данные в большинстве случаев базируются на домыслах и теоретических расчетах, в свою очередь основанных на изучении образцов добытых на максимальной глубине в 12 км и это при том, что радиус Земли около 6000 км.

Что же может находиться внутри планеты? Ведь мы до сих пор, например, не имеем представления, как работают вулканы, а лишь предпринимаем слабые попытки разработать пассивную защиту от их извержения.

Еще со школьного курса географии, нам рассказывают схему устройства земного шара. Самый верхний слой – земная кора, его толщина, колеблется в пределах 100 км, а под ней располагается мантия – вечно жидкий и горячий слой расплавленной лавы, той самой, что выходит на поверхность при извержениях вулканов. По утверждениям специалистов, земная кора все время находится в движении и как бы скользит по мантии, из-за чего и могут случаться разломы и выходы лавы на поверхность. В самом центре Земли находится ядро, хотя до сих пор о его наличии и строении ведутся споры, кто-то говорит, что оно твердое и состоит из чистого железа, другие же утверждают обратное.

Согласно же народным поверьям и библейским сказаниям, там внизу, находится ад, геенна огненная, чистилище – этому месту придумано множество определений. В том, что там действительно жарко не сомневаются и ученые, но также они уверены и в полном отсутствии условий для существования живых организмов. А есть ли ад на самом деле?

Как известно, Бог изгнал Сатану из небесного мира в подземное царство, где все время царит атмосфера хаоса, грешников мучают на огне и подвергают иным пыткам. Там же живут и помощники дьявола –различные потусторонние существа, имена которым находятся в каждой культуре. Известны случаи, когда шахтеры, находясь на больших глубинах, сталкивались с какими-то странными созданиями, присутствие которых неизменно сопровождалось едким запахом серы. Встретившись с человеком, эти пришельцы моментально исчезали в темноте бесчисленных подземных коридоров. Самое интересное, что в этот же момент любой источник освещения начинал резко мигать или вообще гас, а на телефонной линии наблюдались сильные помехи, хотя радиосвязь под землей не используется. Как только незваный гость исчезал, нормальная работа систем восстанавливалась.

Бытует мнение, что ад действительно существует и находится как раз под земной корой, кстати этот факт не раз описывали писатели-фантасты начала 20-го века. Есть и вполне реальный вход туда, через какую-то сеть подземных пещер. Вопрос только где?

На планете достаточно мест, где имеются целые подземные комплексы, круто уходящие вниз, куда даже самые отчаянные исследователи отказываются спускаться. Жители же, проживающие в таком районе нередко могут засвидетельствовать, что в пещерах, особенно если спуститься на значительно расстояние, можно услышать звуки отдаленно напоминающие человеческие крики.

Факт того что под земной корой действительно находится нечто, явно не сочетающееся с официальным учением о литосфере, подтверждается и аномальными явлениями в местах разломов или стыках тектонических плит. В таких зонах, постоянно наблюдается сбой в работе радиоэлектронной аппаратуры, магнитные компасы и механические часы перестают работать, кроме того, могут наблюдаться явления, противоречащие здравому смыслу и законам физики. Основным признаком разлома, является наличие низкочастотного ультразвука, который создает дискомфорт, вызывает чувство тревоги и головные боли, вплоть до галлюцинаций. Построенные в таких местах здания, остаются пустыми, так как жильцы не выдерживают таких нагрузок и стараются покинуть жилье, а сам процесс постройки, любых сооружений, очень затруднителен и сопровождается массой поломок.

Известный британский писатель Артур Конан Дойл, знаменит не только детективами, но и фантастическими рассказами. В повести «Когда земля вскрикнула», рассказывается о попытке группы ученых проникнуть сквозь толщу земной коры, путем бурения глубокого шурфа. Как известно, герои достигли своей цели и в итоге обнаружили слой абсолютно нового вещества, студенистого и пульсирующего, внутри которого хорошо просматривались элементы очень похожие на кровеносные сосуды. После попытки введения зонда в толщу этого слоя, все кто был на поверхности, услышали ужасающий крик, изданный самой планетой.

Несмотря на фантастичность данного произведения, версии о том, что планеты являются живыми организмами, также находят своих сторонников. Некоторые ученые предполагают, что на самом деле возраст вселенной, да и самой Земли намного старше, чем принято считать. А нынешняя биосфера, как и человеческая раса, далеко не первые, кто здесь проживает. Доказательством этому являются наиболее реальные и самые близкие к нам по времени атланты и динозавры. Присутствие первых, как и самой Атлантиды, подтверждается дошедшими до нас древнегреческими записями, где авторы упоминают этот материк, как реальную часть континентальной структуры тогдашнего земного шара. В существовании же динозавров вообще не приходится сомневаться, так как артефактов в музеях более чем достаточно и поиски продолжаются до сих пор.

В существовании параллельных миров уже наверно никто не сомневается, однако не следует путать это понятие с потусторонним миром. Ученые Стэндфордского университета подсчитали, что после большого взрыва, ставшего началом всего ныне существующего, количество образовавшихся вселенных достигло 10 в 1016-й степени. Совершенно необязательно вселенные могут располагаться, так как мы к этому привыкли, не исключен вариант, внутри одной вселенной может находиться другая, а внутри нашей планеты может скрываться еще одна.

В сохранившихся описаниях планеты у древних народов, встречается упоминание, что Земля полая внутри и населена жителями. В древнегреческой мифологии же упоминается подземный мир Тартар, очень подходящий по описанию на ад. Например, до сих пор можно услышать в обиходе выражение — «провалиться в тартарары». О полости земного шара выдвигались гипотезы и в более позднее время, такими видными учеными эпохи возрождения, как Франклин, Лихтенберг, и Галлей. В конце 18-го века, знаменитый исследователь Лесли, даже выдвинул предложение отправить экспедицию на поиски этого внутреннего мира, впрочем, дальше предложений дело не пошло.

В 1816 году ученым Кормульсом выдвинута версия, что образование впадин спровоцированное сдвигами земной коры, есть не что иное, как свидетельство пустот внутри планеты. По предположениям ученого Штейнгаузера, внутри находится еще одна планета, которая, как и наша вращается вокруг собственной оси, по своей орбите.

Выдвигали свои предположения относительно внутренней конструкции планеты и советские ученые, так, например, В. Обручев, занимался разработкой теории о гигантском метеорите, который столкнулся с землей и после мощнейшего удара пробил земную кору, в результате чего образовалась полость.

Мнений о том, что же на самом деле находится внутри земного шара, и какой силы механизм заставляет двигаться материки, достаточно много. Основанные лишь на догадках и народных сказаниях, либо имеющие под собой реальные научные наработки, они все пока что остаются лишь предположениями. Однозначно лишь можно сказать, что Земля требует от каждого человека бережного отношения, в противном случае человечество ждет незавидная судьба динозавров.

No related links found

Строение земного шара явилось результатом сложных процессов, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности. Земля имеет форму геоида (греч. ge - земля, eidos - вид), т. е. шара, несколько сплюснутого у полюсов. Полярный радиус Земли - 6357 км, экваториальный - 6378 км, т. е. разница составляет 21 км. Общая площадь Земли 510 млн. км2.
Земля состоит из нескольких оболочек - сфер. Атмосфера - газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кислорода, паров воды и углекислоты. Толщина оболочки примерно 2000 км.
Гидросфера - несплошная водная оболочка Земли, представленная морями и океанами. Средняя глубина морей и океанов 3-4 км, в некоторых частях до И км. Вода на Земле образовалась в результате геологических процессов, во время формирования и последующего развития Земли.
Биосфера - область распространения жизни на Земле, охватывающая атмосферу до 5-7 км, гидросферу - практически на всю ее глубину и литосферу - до 2-3 км.
Литосфера - каменная оболочка Земли толщиной 10-70 км, покрытая сверху осадочным слоем мощностью до 8-10 км. Мощность литосферы на материках выше, чем в океанах. Верхняя часть ее гранитная, нижняя - базальтовая. В океанах гранитная оболочка отсутствует. Толщина базальтов 8-10 км. Каменная оболочка Земли называется сиалитной (по начальным буквам наиболее распространенных элементов Si, Al). Иногда ее называют сиаль. Плотность спалитной оболочки Земли колеблется в пределах 2,6-2,7 г/см3. Масса верхних слоев на глубине 20-50 км создает давление 1,3-J5 * 103 МПа, в связи с этим температура нижней части спалитной оболочки поднимается до 900° С
Ниже литосферы находится верхняя мантия, или «сима» (название по основным элементам - Si, Mg), толщина которой около 400 км. Плотность вещества в верхней части «симы» равна 3,3-3,5, а в нижней - до 4 г/см3, давление до 1,5-105 МПа, температура 1200-1300°С. Верхняя часть мантии называется астеносферой.
Под мантией расположены промежуточная мантия, имеющая толщину 110 км, и нижняя мантия мощностью 1400 км. Плотность вещества возрастает примерно до 10 г/см3 при давлении 2-2,5-10 в 5 степени МПа и температуре около 2500° С. Вещество мантии согласно последним геофизическим данным находится в твердом, аморфном состоянии.
Центр Земли составляет ядро радиусом 3-3,5 тыс. км, с давлением около 3-105 МПа, температурой 3000° С, плотностью 11-12 г/см3. При таких условиях все вещество ядра Земли находится в металлизированном состоянии, по-видимому, обусловливая появление магнитного поля. Состав ядра точно не известен. Существует представление, что оно по составу железо-никелевое, или «нифе» (Ni, Fe), и твердое. По некоторым гипотезам, ядро Земли находится в жидком состоянии.

С незапамятных времен люди пытались изображать схемы внутреннего строения Земли. Их интересовали недра Земли как кладовые запасов воды, огня, воздуха, а также, как источник сказочных богатств. Отсюда - стремление проникнуть мыслью в глубины Земли, куда, по выражению Ломоносова,

рукам и оку возбраняет натура (т. е. природа).

Первая схема внутреннего строения Земли

Величайший мыслитель древности греческий философ , живший в IV веке до нашей эры (384-322), учил, что внутри Земли находится «центральный огонь», который вырывается наружу из «огнедышащих гор». Он полагал, что воды океанов, просачиваясь в глубь Земли, заполняют пустоты, потом по трещинам вода снова поднимается вверх, образует ключи и реки, которые впадают в моря и океаны. Так совершается круговорот воды.

Первая схема строения Земли Афанасия Кирхера (по гравюре 1664г.)

С той поры прошло более двух тысяч лет, и только во второй половине XVII века - в 1664 г появилась первая схема внутреннего строения Земли . Ее автором был Афанасий Кирхер . Она была далеко не совершенна, зато вполне благочестива, как это нетрудно заключить, взглянув на рисунок.

Земля изображалась твердым телом, внутри которого огромные пустоты соединялись между собой и поверхностью многочисленными каналами. Центральное ядро заполнялось огнем, а пустоты, что ближе к поверхности,- и огнем, и водой, и воздухом.

Составитель схемы был убежден, что внутри Земли очаги огня согревали ее и производили металлы. Материалом для подземного огня, по его представлениям, служили не только сера и каменный уголь, но также и другие минеральные вещества недр земных. Подземные потоки воды порождали ветры.

Вторая схема внутреннего строения Земли

В первой половине XVIII века появилась вторая схема внутреннего строения Земли . Ее автором был Вудворт . Внутри Земля заполнялась уже не огнем, а водой; вода создавала обширную водяную сферу, а каналы соединяли эту сферу с морями и океанами. Мощная твердая оболочка, состоящая из пластов горных пород, окружала жидкое ядро.

Пласты горных пород

О том, как образуются и располагаются пласты горных пород , впервые указал выдающийся исследователь природы датчанин Николай Стенсен (1638-1687). Ученый долго жил во Флоренции под именем Стено, занимаясь там врачебной практикой.

Горняки давно уже замечали закономерное расположение пластов осадочных пород. Стенсен не только правильно объяснил причину их образования, но и дальнейшие изменения, которым они подвергались.

Эти пласты, по его заключению, осели из воды. Первоначально осадки были мягкими, потом затвердели; сперва пласты залегали горизонтально, затем, под влиянием вулканических процессов, испытали значительные перемещения, чем и объясняется наклон их.

Но то, что было правильным по отношению к осадочным породам, нельзя, конечно, распространять на все прочие породы, слагающие земную кору. Как же они образовались? Из водных ли растворов или из огненных расплавов? Этот вопрос надолго, вплоть до 20-х годов XIX столетия, приковывал к себе внимание ученых.

Спор между нептунистами и плутонистами

Между сторонниками воды - нептунистами (Нептун - древнеримский бог морей) и сторонниками огня - плутонистами (Плутон - древнегреческий бог подземного царства) неоднократно возникали горячие споры.

Наконец, исследователи доказали вулканическое происхождение базальтовых пород, и нептунисты вынуждены были признать себя побежденными.

Базальт

Базальт - весьма распространенная вулканическая порода. Она часто выходит на поверхность земли, а на больших глубинах образует надежный фундамент земной коры . Для этой породы - тяжелой, плотной и твердой, темной окраски - характерно столбчатое сложение в виде пяти-шести-угольных отдельностей.

Базальт - прекрасный строительный материал. Он, кроме того, поддается плавке и применяется для производства базальтового литья. Изделия обладают ценными техническими качествами: тугоплавкостью и кислотоупорностью.

Из базальтового литья делаются высоковольтные изоляторы, химические баки, канализационные трубы и т. п. Базальты встречаются в Армении, на Алтае, в Забайкалье других районах.

Базальт отличается от остальных пород большим удельным весом.

Конечно, значительно труднее определить плотность Земли. А это необходимо знать для того, чтобы правильно понять строение земного шара. Первые и при этом достаточно точные определения плотности Земли были сделаны еще двести лет назад.

Плотность принималась в среднем из многих определений равной 5,51 г/см 3 .

Сейсмология

Значительную ясность в представления о внесла наука сейсмология , изучающая природу землетрясений (от древнегреческих слов: «сейсмос» - землетрясение и «логос» - наука).

В этом направлении предстоит еще большая работа. По образному выражению крупнейшего сейсмолога, академика Б. Б. Голицына (1861 -1916),

всякие землетрясения можно уподобить фонарю, который зажигается на короткое время и, освещая нам внутренности Земли, позволяет тем самым рассмотреть то, что там происходит.

С помощью очень чувствительных самопишущих приборов сейсмографов (от уже знакомого нам слова «сейсмос» и «графо» - пишу) выяснилось, что скорость распространения волн землетрясения через земной шар не одинакова: она зависит от плотности веществ, через которые распространяются волны.

Через толщу песчаника, например, они проходят в два с лишним раза медленнее, чем через гранит. Это позволило сделать важные заключения о строении Земли.

Земной шар , по современным научным воззрениям, можно представить в виде трех вложенных друг в друга шаров. Есть такая детская игрушка: цветной деревянный шар, состоящий из двух половинок. Если его раскрыть, внутри оказывается другой цветной шар, в нем - шар еще меньше и так далее.

• Первый наружный шар в нашем примере - земная кора .
• Второй - оболочка Земли, или мантия.
• Третий - внутреннее ядро .

Толщина стенок у этих «шаров» различна: у наружного - самая тонкая. Тут надо отметить, что земная кора не представляет собой однородного слоя одинаковой толщины. В частности, под территорией Евразии она изменяется в пределах 25-86 километров.

Как определяют сейсмические станции, т. е. станции, изучающие землетрясения, толщина земной коры по линии Владивосток - Иркутск- 23,6 км; между Питером и Свердловском- 31,3 км; Тбилиси и Баку - 42,5 км; Ереваном и Грозным - 50,2 км; Самаркандом и Чимкентом - 86,5 км.

Толщина оболочки Земли, наоборот, весьма внушительна - около 2900 км (в зависимости от толщины земной коры). Оболочка ядра несколько тоньше - 2200 км. Самое же внутреннее ядро имеет радиус в 1200 км. Напомним, что экваториальный радиус Земли - 6378,2 км, а полярный - 6356,9 км.

Вещество Земли на больших глубинах

Что же происходит с веществом Земли , составляющим земной шар, на больших глубинах ?
Общеизвестно, что с глубиной температура увеличивается. В каменноугольных шахтах Англии и в серебряных рудниках Мексики она настолько высока, что невозможно работать, несмотря на всякие технические приспособления: на глубине одного километра - свыше 30° жары!

Число метров, на которое нужно спуститься в глубь Земли, чтобы температура повысилась на 1°, называется геотермической ступенью . В переводе на русский язык - «степень нагревания Земли». (Слово «геотермический» сложено из двух греческих слов: «ге» - земля, а «терме» - жар. что сходно со словом «термометр».)

Величина геотермической ступени выражается в метрах и бывает различна (в пределах между 20-46). В среднем ее принимают в 33 метра. Для Москвы по данным, глубокого бурения геотермический градиент равен 39,3 метра.

Самая глубокая буровая скважины пока не превышает 12000 метров . На глубине свыше 2200 метров в некоторых скважинах уже появляется перегретый пар. Он с успехом используется в промышленности.

Однако, чтобы сделать отсюда правильные выводы, необходимо учесть еще и воздействие давления, которое тоже непрерывно повышается по мере приближения к центру Земли.
На глубине в 1 километр давление под материками достигает 270 атмосфер (под дном океана на той же глубине - 100 атмосфер) , на глубине 5 км - 1350 атмосфер, 50 км - 13 500 атмосфер и т. д. В центральных частях нашей планеты давление превышает 3 миллиона атмосфер!

Естественно, что с глубиной будет изменяться и температура плавления. Если, допустим, базальт плавится в заводских печах при 1155°, то на глубине 100 километров он начнет плавиться только при 1400°.

По предположениям ученых температура на глубине 100 километров равна 1500° и затем, медленно нарастая, только в самых центральных частях планеты достигает 2000-3000°.
Как показывают лабораторные опыты, под влиянием возраcтаюшего давления твердые тела - не только известняк или мрамор но и гранит - приобретают пластичность и обнаруживают все признаки текучести.

Такое состояние вещества характерно для второго шара нашей схемы - оболочки Земли. Очаги расплавленной массы (магма), непосредственно связанные с вулканами, имеют ограниченные размеры.

Ядро Земли

Вещество оболочки ядра Земли вязкое, а в самом ядре, в связи огромным давлением и высокой температурой, оно находится в особом физическом состоянии. Его новые свойства сходны в отношении твердости со свойствами жидких тел, а в отношении электропроводности - со свойствами металлов.

В больших глубинах Земли вещество переходит, как говорят ученые, в металлическую фазу, которую не возможно пока создать в лабораторных условиях.

Химический состав элементов земного шара

Гениальный русский химик Д. И. Менделеев (1834-1907) доказал, что химические элементы представляют стройную систему. Их качества находятся между собой в закономерных отношениях и представляют последовательные ступени единой материи, из которой построен земной шар.

• По химическому составу земную кору в основном образуют только девять элементов из более ста нам известных. Среди них прежде всего кислород, кремний и алюминий , затем, в меньшем количестве, железо, кальций, натрий, магний, калий и водород . На долю остальных приходится только два процента от общего веса всех перечисленных элементов. Земную кору в зависимости от ее химического состава называли сиаль. Это слово указывало на то, что в земной коре после кислорода преобладает кремний (по-латыни - «силициум», отсюда первый слог - «си») и алюминий (второй слог - «ал», вместе - «сиаль»).
• В подкорковой оболочке заметно увеличение магния. Поэтому ее и называют сима . Первый слог - «си» от силиция - кремния , а второй - «ма» от магния .
• Центральная часть земного шара полагали в основном образована из никелистого железа , отсюда ее название - нифе . Первый слог - «ни» указывает на присутствие никеля, а «фе» - железа (по-латыни «феррум»).

Плотность земной коры в среднем равна 2,6 г/см 3 . С глубиной наблюдается постепенное нарастание плотности. В центральных частях ядра она превышает 12г/см 3 , причем отмечаются резкие скачки, особенно на границе оболочки ядра и в самом внутреннем ядре.

Большие труды 0 строении Земли, ее составе и процессах распространения химических элементов в природе оставили нам выдающиеся советские ученые - академик В. И. Вернадский (1863-1945) и его ученик академик А. Е. Ферсман (1883- 1945)-талантливый популяризатор, автор увлекательных книг - «Занимательная минералогия» и «Занимательная геохимия».

Химический анализ метеоритов

Правильность наших представлений о составе внутренних частей Земли подтверждается также химическим анализом метеоритов . В одних метеоритах преобладает железо - они так и называются железными метеоритами , в других - те элементы, которые встречаются в горных породах земной коры, почему они и называются каменными метеоритами .

Каменные метеориты представляют обломки наружных оболочек распавшихся небесных тел, а железные - обломки их внутренних частей. Хотя по внешним признакам каменные метеориты и не похожи на наши горные породы, однако по химическому составу близки к базальтам. Химический анализ железных метеоритов подтверждает наши предположения о природе центрального ядра Земли.

Атмосфера Земли

Наши представления о строении Земли будут далеко не полными, если мы ограничимся только ее недрами: Земля окружена прежде всего воздушной оболочкой - атмосферой (от греческих слов: «атмос»- воздух и «сфайра» - шар).

Та атмосфера, которой была окружена новорожденная планета, содержала в парообразном состоянии воду будущих океанов Земли. Давление этой первичной атмосферы было поэтому выше современного.

По мере охлаждения атмосферы потоки перегретой воды изливались на Землю, давление становилось ниже. Горячие воды создали первичный океан - водную оболочку Земли, иначе гидросферу (от греческого «гидор» - вода), (подробнее: ). Водная оболочка, покрывая большую часть поверхности земного шара (около 71%), образует единый мировой океан.

Исследование глубин океана показало, что очертания его дна меняются. Те данные, которыми мы располагаем в настоящее время о морских глубинах, не могут быть отнесены к первичному океану, так как древнейшие отложения - в большинстве мелководные. Следовательно, в древнейшие эпохи развития нашей планеты преобладали мелкие водоемы, сейчас же мы наблюдаем обратное соотношение.

Что значит выяснить глубинное строение Земли? Необходимо узнать характер изменения основных характеристик вещества литосферы с глубиной: изменения структуры, энергонасыщенности и химического состава. Изучать необходимо именно вещество, потому что им сложен земной шар, а не просто отвлеченные геофизические параметры в виде скоростей сейсмических волн, различий магнитных свойств, плотности. Эти данные нужны для решения разных конкретных практических задач: сейсмическом районировании и других.

До какой глубины от поверхности литосферы можно изучать глубинное строение земного шара? Хотелось бы до центра нашей планеты. Но ограничения вызваны тем, что предстоит изучать структуру, энергонасыщенность и химический состав вещества каменной оболочки. Без получения вещества для анализа определить его структуру, энергонасыщенность и химический состав невозможно.

Следовательно, познание глубинного строения Земли возможно лишь до глубин, с которых удастся получить образцы проб для анализа. Сделать это можно до глубин видимой части литосферы, или порядка 15 км. Самые глубокие скважины так и не достигли глубины 13 км. Почти до такой глубины пробурена Кольская сверхглубокая скважина. Это реалии нашего времени.

Все, что изучается глубже интервалов возможного отбора проб вещества косвенными геофизическими методами по скорости сейсмических волн, измерениям электропроводности, силы тяжести, магнитных свойств - иными словами, снимающими физические характеристики вещества, должно обязательно заверяться образцами вещества с изучаемых глубин, т. е. интерпретироваться геологически. Если провести геологическую интерпретацию результатов геофизических исследований невозможно, нет смысла проводить эти работы для выяснения глубинного строения земного шара. Можно и нужно изучать характер изменения скоростей сейсмических волн от поверхности до центра планеты, плотностных и других особенностей, но это не будет познание глубинного строения Земли по веществу. По результатам таких измерений нельзя говорить о перидотитовой мантии, базальтовом слое земной коры, как и о земной коре, мантии и ядре в их вещественном выражении.

Глубинное строение литосферы начинается ниже ее поверхности. Геологическая карта показывает геологическое строение района на дневной поверхности. Недаром на геологической карте показывается возраст горных пород (обычно коренных), выходящих на поверхность. Чтобы выяснить геологическое строение объемное или на глубину, строятся геологические разрезы.

От дневной поверхности до нижней границы наблюдаемой части литосферы строение каменной оболочки земного шара следующее.

Основные законы сложения видимой части глубинного строения литосферы сформулированы в Главе II. Основные геологические законы. Суть их в том, что структура с глубиной делается все более крупнокристаллической, энергонасыщенность уменьшается, химический состав изменяется: уменьшается содержание с глубиной оксидов алюминия, железа, магния и кальция и увеличивается кремнезема. При образовании кварцита уменьшается до нуля присутствие не только оксидов алюминия, железа, магния и кальция, но и оксидов натрия и калия.

Следствия из этих законов. Ниже гранита и кварцита не могут быть горные породы с энергонасыщенностью большей, чем у гранита и кварцита. Ниже гранита и кварцита не могут быть горные породы с содержанием оксидов железа, магния и кальция больше, чем у гранита. Ниже гранита и тем более кварцита может быть вещество из оксида кремния.

История взглядов на глубинное строение Земли

Широкое развитие в Греции известняков, обусловивших проявление карста, привело к формированию многочисленных подземных пещер. Это позволило древним грекам говорить о наличии в Земле пустот и каналов. Такие представления о строении земного шара, распространенные на всю нашу планету, просуществовали до начала XIX в., или более двух тысяч лет.

В 1522 г. по завершению Эль Кано первого кругосветного путешествия, начатого Ф. Магелланом, была доказана сферическая форма нашей планеты.

Наблюдая в 1609 г. с помощью своего второго телескопа с увеличением в 32 раза Солнце, Г. Галилей (1564-1641) увидел на нем темные пятна. Они были приняты за свидетельства охлаждения светила, хотя протуберенцы, наоборот, указывают на активность Солнца, вспышки на нем. На основе этого умозаключения, полученного не при изучении земного вещества, Р. Декарт (1596-1650) в первой половине XVII в. предложил совершенно новое объяснение глубинного строения Земли, в основе своей сохранившегося до наших дней.

Он предположил, что Земля сначала была раскаленной звездой, как и Солнце, но небольшого размера. Поэтому остывание Земли происходило более быстрыми темпами, чем Солнца. Охлаждение привело к появлению на ее поверхности темных пятен. При дальнейшем остывании и взаимодействии частиц материи образовались другие оболочки. В центре земного шара, по Р. Декарту, находится огненное ядро, сложенное солнечным материалом. Оно окружено плотной оболочкой из вещества темных солнечных пятен. За ней расположена оболочка, в которой рождаются металлы. Выше находится водная оболочка, затем подземная полость (оболочка с многочисленными пустотами), наполненная воздухом. Самая верхняя поверхностная оболочка, окруженная воздухом.

Право на гражданство в геологии и вообще в естествознании представление Р. Декарта в виде гипотез плутонизма и Канта-Лапласа получило лишь через двести лет, так как в период своего становления резко не соответствовало религиозным представлениям о создании Земли и не было принято учеными.

К концу первой четверти XIX в. в естествознании утвердилось представление о возникновении Земли из раскаленной газообразной туманности, которое в настоящее время именуется гипотезой Канта-Лапласа. Вся внутренняя часть земного шара принималась расплавленной, сверху покрытой твердой корой охлаждения - земной корой мощностью до 10 миль (16 км). Земная кора разделялась на две части, лежащих одна на другой. Нижняя ее половина произошла из застывшего расплавленного материала, сохранившегося во внутренней части планеты. Она называлась огненной корой или плутонической. Сложена она плутоническими горными породами: гранитами, сиенитами, порфирами, гнейсами, мраморами, слюдистыми сланцами и др. Разрушение ее материала на дневной поверхности и снос возникших обломков в моря привело к формированию слоев глин, песчаников и известняков, образовавших наружную водную или нептуническую кору.

Между тем, еще полвека назад нептунисты тот же наблюдаемый разрез каменной оболочки земного шара от глин и песков на поверхности до гранита на глубине объясняли по-другому, противоположно плутонистам.

Занявший в 1775 г. кафедру минералогии в Френбергской “Горной школе” в Саксонии А.Г. Вернер (1750-1817) в место геологии - науки, заключавшейся в смелых гипотезах происхождения Земли, предложил новую науку - геогнозию, главная цель которой была в познании состава, строения и расположения минеральных толщ, составляющих видимую часть каменной оболочки земного шара. Однако отойти от общепринятой последовательности мышления: сначала происхождение Земли, потом ее строение, он не смог. Это видно по порядку перечисления задач геогнозии, указанных А.Г. Вернером.

Первоначально необходимо выяснить, какое отношение имеет Земля к другим небесным телам, и чем она является во Вселенной. Такое сравнение позволит сделать заключение о том, что произошло с нашей планетой за время ее существования с выяснением причин, происходивших с ней превращений.

Выяснить влияние органических (орудных) тел на твердую часть земного шара.

Выяснить влияние атмосферных тел на твердую часть земного шара.

Рассмотреть образующие (создающие) и разрушающие силы, действующие на земной шар, т. е. воду и огонь, и результаты действий этих сил.

Исследовать важнейшие естественные перемены, происходившие в разные времена с земным шаром, особенно в хронологическом порядке, т. е. которые из них были раньше, а какие позже.

В заключение необходимо подробно рассмотреть слагающие твердую часть земного шара горные породы. Изучение их должно вестись в том порядке, в каком они “по происхождению своему следуют”, что позволит разделить их по способу образования на различные типы.

С позиции индукции задачи естественно-научного исследования должны быть перечислены наоборот: сначала изучить состав и строение вещества литосферы, затем процессы, приведшие к формированию горных пород. Разделять же горные породы по происхождению вообще нельзя, потому что они не содержат признаков происхождения. Программа изучения каменной оболочки Земли, предложенная А.Г. Вернером, выполняется по настоящее время.

Рассматривая в природе последовательность напластования горных пород, слагающих твердую часть земного шара, нептунисты главное место в ней отводили глинистому сланцу, который вниз по разрезу постепенно превращается в слюдистый сланец, состоящий из кварца и слюды. Древнейший слюдистый сланец (лежащий ниже простого сланца) содержит уже и примесь полевого шпата. Посредством ее он переходит в гнейс, а тот в гранит полнокристаллического строения. Всем этим породам приписывалось химическое происхождение путем выпадения кристаллов из воды.

Кверху глинистый сланец постепенно переходит в сланец серой ваки - аргиллит, который и есть древнейшее из известных горных пород механического осаждения продуктов разрушения химических пород. О водном происхождении песков и глин сомневаться не приходится. Это можно наблюдать непосредственно в природе.

Делался общий вывод, что все наблюдаемые горные породы имеют водное происхождение. Отсюда и гипотеза нептунизма. Достоверно установлено, что верхняя часть известных на Земле отложений: глин, песков, песчаников, известняков, возникла из воды. Эти водноосадочные породы постепенно переходят в самые древние из известных образований, с часто наблюдаемым переслаиванием филлитов со сланцами и гнейсами. Между двумя такими толщами нет никакой границы.

Известный нептунист Д. де Вуазен писал, что ему никогда не приходилось проходить более нескольких миль по обнажению гранита, чтобы не встретить то в одном, то в другом месте перехода его в гнейс или слюдистый сланец. Почти во всех горных хребтах, продолжал Д. Де Вуазен, можно видеть как этот сланец, в свою очередь, переходит в глинистый (кровельный) сланец, в котором потом встречаются пласты каменного угля с отпечатками растений. Затем глинистый сланец начинает переслаиваться со слоями пород, содержащими остатки морских организмов. Видно желание не противоречить библейским мотивам, по которым Бог растения создал в третий день, а морских животных позже, в пятый день.

Древнейшими, или первичными нептунистами принимались граниты. Шотландский естествоиспытатель Дж. Геттон (1726-1797), занимаясь изучением прекрасно обнаженных разрезов Шотландии, усомнился в осадочном (водном) происхождении гранита. Сначала у него были теоретические рассуждения. Наблюдаемое беспорядочное расположение кварца, полевого шпата и слюды, слагающих гранит, не могло иметь место, если бы эта порода сформировалась путем кристаллизации солей из морской воды, как утверждали нептунисты. Растворимость в воде главных минералов гранита различна, поэтому в природе в этом случае должны были бы наблюдаться мономинеральные слои кварца, полевого шпата и слюды. Кристаллическая структура гранита из хаотически расположенных минералов свидетельствует об их кристаллизации из расплавленного материала. Следовательно, должны быть жилы гранита в вышележащих слоях.

Чтобы проверить свои теоретические построения, Дж. Геттон отправился в Грампианские горы исследовать “линию соединения гранитов и залегающих над ними наслоенных масс”. В Глен Тильте в 1785 г. он увидел разветвляющиеся от крупного тела красного гранита жилы, проходящие через черный слюдистый сланец и известняк. Подтверждение теоретических предположений о расплавленной изначальной природе гранита возбудило в Дж. Геттоне радость до того восторженную, что бывшие при нем проводники, по свидетельству его биографа, думали, что он открыл серебряную или золотую жилу.

Представлениям нептунистов о водном происхождении гранита был нанесен непоправимый удар. Расплавленная природа гранита проложила дорогу к следующей гипотезе геологии - плутонизму. Теоретической основой ему служила гипотеза Канта-Лапласа образования Земли из раскаленного огненного шара. По мере остывания земной шар сверху покрылся твердой корой охлаждения - земной корой мощностью около 10 миль (16 км). Находящаяся ниже внутренняя часть принималась расплавленной. Таким виделось глубинное строение Земли в первой половине XIX века.

Как видно, представления нептунистов и плутонистов на глубинное строение и происхождение слагающих земной шар горных пород были противоположными. Такое построение объяснений в науке не допустимо, нарушает одну из главных черт науки - приемлемость. Еще в 1913 г. Н. Бор сформулировал принцип соответствия, согласно которому всякая более новая (общая) гипотеза должна включать в себя старую гипотезу. Старая гипотеза получается из новой при определенных значениях определяющих ее параметров, т. е. является частным случаем новой (общей) гипотезы. Если же это не соблюдено, как видно на примере отсутствия преемственности плутонических представлений от нептунических, то новая гипотеза, в нашем случае - плутонизм, не имеет права на существование. Между прочим, естественно-научная модель геологии, рассматривающая лаву водно-силикатным раствором, а перекристаллизацию - переходом веществ в раствор, достижения им насыщения, в какой-то мере имеет общее с представлениями нептунистов.

Необходимо отметить, что гипотез в естественных науках вообще быть не должно. Об этом говорил еще И. Ньютон. Разговоры о гипотезах в естествознании являются отражением математического, дедуктивного в своей основе мышления: аксиоматические построения или эмпирические знания, затем наблюдения для поисков иллюстративного материала для их подтверждения. Нужно это для выяснения происхождения изучаемого, которое воспринимается таким, каким его видит исследователь. В принципе, это религиозные устремления.

Цель естествознания противоположная: в открытии законов строения и функционирования природных явлений и объектов, выведения следствий из них. Достигается это только индуктивным мышлением: от признаков объектов и явлений к понятиям, сравнение которых и приводит к закону. Законы не имеют исключений, а потому не допускают мнений или гипотез. Познание ведется путем создания моделей реального мира, не наблюдаемого людьми непосредственно органами чувств. Реальный мир - это абсолютная истина. Модель никогда не будет полным соответствием реальных явлений или объектов природы, поэтому вопрос о происхождении их не ставится. Нельзя выяснять генезис того, что не полностью выяснил.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что фактический (прошу запомнить, что не интерпретационный) материал таких наук как физика и сейсмология, не подтвердил геологических следствий гипотезы Канта-Лапласа, основанных на дедукции.

Прежде всего у физиков вызвала сомнение возможность образования твердой земной коры над расплавленной глубинной оболочкой. По данным С.Д. Пуассона (1781-1840), отвердевание первоначально расплавленной Земли должно было начаться с ее центра. Исходя из своих огромных размеров, Земля не могла сразу вся покрыться равномерно корой охлаждения, которая в любом случае должна была дробиться бурлящим первичным расплавом на отдельные глыбы. Появившиеся при остывании поверхности земного шара твердые глыбы, как более тяжелые, чем расплав, обязаны были опускаться вниз. На глубине они расплавлялись, понижая температуру внутренней части планеты. Постепенно последующие твердые глыбы достигали центра Земли, и оттуда процесс полного отвердевания распространялся к земной поверхности. Земная кора теоретически не могла возникнуть! Это изначально ложный, ненаучный термин, который, однако, применяется в геологии и сейчас, делая ее ненаучной. Поэтому в естественно-научной модели геологии термин “земная кора” не используется, кроме как в историческом плане.

О полностью твердом выполнении земного шара свидетельствовали данные физиков о влияние на него притяжения Луны. Выяснилось, что возникающие под воздействием Луны приливы и отливы проявляются не только в гидросфере, вызывая периодические колебания уровня моря, но и в твердой части планеты. Незначительные колебания земной поверхности от таких приливов указывали на большую упругость вещества земного шара, что было бы невозможно при жидком состоянии его недр.

Зародившаяся во второй половине XIX в. сейсмология показала, что от очагов землетрясений до глубин трех тысяч километров распространяются продольные (сжатия и растяжения) и поперечные (сдвига) волны. Поперечные деформации с нарушением сплошности среды возможны только в твердых телах. В жидкостях и газах они гасятся (с современных позиций из-за высокой энергонасыщенности газов, атомы в которых постоянно перемещаются со скоростями сотни метров в секунду, и жидкостях, в которых молекулы также не стоят на месте). Получалось, что расплавленной оболочки внутри земного шара нет, и говорить о земной коре, расплавленном ядре оснований не было. Но поступили вопреки этому.

Приняли, что Земля сначала была расплавлена, а потом остыла. Конечно, никаких оснований для такого умозаключения не было, а по современным данным (отсутствия дожизненного времени, наличия в самых древних породах возраста 4 млрд. лет остатков нитчатых водорослей, клетка от клетки, живое от живого) оно вообще ложное. Поэтому все следствия по глубинному строению нашей планеты из этого ложного представления противоречат законам физики и химии, являясь ненаучными.

Считалось, что еще на расплавленной стадии земное вещество разделилось по плотности. Вниз к центру планеты опустились тяжелые металлы, сформировав железо-никелевое ядро. Вверх, естественно, всплыли легкие элементы(кремний - силициум и алюминий - Si+Al), из которых возникла гранитная земная кора - сиаль. Промежуточное положение занимает сима (Si+Mg), представляющее собой базальтовой подкоровое вещество, из которого выплавляется базальтовая магма для извержений вулканов. Такие, используемые и сейчас термины: железо-никелевое ядро, сима и сиаль, были предложены в начале XX в. австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914). Им привлекались данные и по метеоритам.

Почему использовано слово “термин”, а не “понятия”? Применение понятия подразумевает наличие необходимых и достаточных признаков объектов, характеризующих свойства эти объекты. Приведите хотя бы один признак или свойство железо-никелевого ядра, симы или сиаля по их вещественному сложению. Их нет. Почему? Потому что в природе нет железо-никелевого ядра, симы и сиали. Действительно, уже при своем появлении термины “сима” и “сиаль” противоречили основам химии. Так как симу (базальт) поместили ниже сиали (гранита), то имели в виду, что магний тяжелее алюминия (кремний у них общий). Но плотность магния 1,7 г/см 3 , тогда как у алюминия она - 2,7 г/см 3 . Порядковый номер магния в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева 12, атомная масса 24,312, алюминия соответственно 13 и 26, 9815, кремния - 14 и 28,086. Самый тяжелый из них кремний. Его в граните 70%, а в нижележащем базальте всего 50%. Сплошные нелепицы.

Граниты были названы сиалью потому, что в них много алюминия, а в симе (базальте) его, стало быть, меньше. На самом деле все наоборот! В граните глинозема 14,30%, а в базальте на два с лишнем процента больше - 16, 48%.

В начале XX в. сима, помещенная под земной корой (сиалью), стала называться аморфным базальтовым слоем. Выделен он был в качестве источника энергии и вещества для вулканов. Считалось, что из базальтового слоя при понижении давления от трещины при землетрясении и возникает базальтовая магма. Однако, тогда же американский геолог Н.Л. Боуэн (1887-1956) показал, что трещина не может понизить давления вышележащих толщ, так как массу слоев не уменьшает. Расплав, оказывается, на глубине из энергонасыщенного базальтового слоя получить нельзя.

Второе возражение Н.Л. Боуэна против участия базальтового слоя в производстве основной (базальтовой) магмы было в том, что при частичном выплавлении вещества базальтового слоя химический состав полученного расплава был бы не базальтовым, а более кислым, например, андезитовым, с большим содержанием оксидов кремния и щелочных металлов и меньшим - тугоплавких оксидов магния, железа и кальция. Базальт можно было получить только мгновенным полным расплавлением базальтового слоя, что сделать невозможно. Поэтому, рассуждал Н.Л. Боуэн, коль базальтовая магма на глубине образуется, то ниже базальтового слоя должен лежать слой с большим, чем в базальте, содержанием оксидов магния, железа и кальция. Этому требованию отвечает перидотит - ультраосновная порода. Ниже базальтового слоя (непонятно для оставленного, потому что его выделили для получения базальтовой магмы, а получить ее из него нельзя), уже не нужного для получения базальтового расплава и потому включенного в состав земной коры (базальтовая магма поднимается ведь из-под коры), был выделен перидотитовый слой, слагающий верхнюю часть мантии.

Отчего же расплавлялся кристаллический перидотит? Ведь в нем потенциальной энергии меньше, чем в вышележащем аморфном базальтовом слое. Американский геолог Дж. Баррелл в 1914 г. ниже верхней мантии выделил астеносферу - зону высоконагретого полурасплавленного материала, т. е. полуготового расплава. Он и обеспечивал энергией возникающую базальтовую магму. Получалось, что перидотит как источник вещества и энергии для магмы по структуре кристаллический и в то же время полурасплавленный! Абсурд!

Выделение астеносферы свидетельствовало о возвращении к идее первичной природы расплавленного вещества в недрах земного шара, исповедовавшейся геологами в начале XIX в.

Таковым было становление общепринятого в настоящее время глубинного строения твердой части Земли из земной коры (гранитный и базальтовый слои), мантии, верхняя часть которой до астеносферы перидотитовая и ядра. Земная кора + верхняя мантия стали называться литосферой, т. е. каменной оболочкой, потому что ниже лежит пластичная астеносфера. Однако признаки литосферы не сообщались, потому что их нет, как нет земной коры и мантии в вещественном (геологическом) отношении. Если их выделяют по скорости сейсмических волн, то это в таком случае геофизические понятия. К геологии они отношения не имеют.

Земной шар в естествознании принято разделять на атмосферу - газовую оболочку, гидросферу - водную оболочку, биосферу - оболочку жизни и литосферу - каменную оболочку. Именно в таком понимании в естественно-научной модели геологии и используется понятие литосфера, как синоним каменной оболочки.

Но на этом абсурдные ситуации с общепринятым глубинным строением земного шара не закончились. В начале второй половины XX в. геологи, сравнив химические составы перидотита и базальта (что мешало это сделать раньше при предложении получения базальта из перидотита), увидели, что из перидотита получить базальт нельзя. В перидотите слишком мало алюминия, натрия, калия, бария, урана, тория и многих других химических элементов, чтобы при частичном его плавлении получилась базальтовая магма. В перидотите всего 4,72% Al 2 O 3 , 0,73% Na 2 O, 0,38% K 2 O, а в базальте их почти в четыре раза больше: 16,48%, 2,78% и 1,24%. Содержание же урана и тория в базальте на два порядка больше таковых в перидотите.

Исходя из представлений о выплавлении базальтовой магмы под корой, австралийский геолог А.Е. Рингвуд пришел к выводу, что перидотит является не источником базальтовой магмы, а служит остатком от выплавления ее из находящегося ниже слоя, имеющего примитивный первичный состав. Вещество этого гипотетического, никем не виденного слоя сложено пироксенами и оливином, и потому названо пиролитом.

Одним словом, чем глубже опустимся, тем меньше возникнет вопросов. Это не так, абсурдность все больше возрастает. Например, с выделением пиролита получилось нарушение физического закона: в гравитационном поле тяжелое вещество не может лежать выше более легкого. Разрез верхней мантии принимается следующим: перидотитовый слой и ниже его пиролитовый. Перидотит же является тяжелым остатком от пиролита, якобы покинутого более легким базальтом. В таком случае перидотит просто провалился бы в пиролит, и никакого перидотитового слоя верхней мантии не было бы.

Просвечивание земного шара сейсмическими волнами, возникающими при землетрясениях, подтвердило разделение каменной части нашей планеты на оболочки с разной скоростью прохождения сейсмических волн. Верхняя оболочка была идентифицирована земной корой, средняя - мантией. Центральную часть определили ядром.

Мощность земной коры на материках оказалась от 40 до 70 км, а в океанах всего 6-8 км. Нижней границей земной коры и верхней границей мантии принимается область скачкообразного возрастания скорости продольных сейсмических волн с 7,5 до 8,2 км/с. Эта область получила названия раздела Мохоровичича (Мохо, М), в честь югославского сейсмолога А. Мохоровичича (1857-1936), обнаружившего такое резкое увеличение скорости волн в 1909 г. (тогда Югославии еще не было). По скорости прохождения сейсмических волн земная кора разделяется на два слоя: нижний, со скоростями 7-7,5 км/с, и верхний, в котором значения скоростей в пределах 6-6,5 км/с.

Когда стали выяснять, в каких конкретно породах сейсмические волны имеют такие значения, оказалось, что в базальте скорость их 7-7,5 км/с, а в граните - 6-6,5 км/с. Получилось подтверждение ранее высказанного деления земной коры на нижний базальтовый и верхний гранитный слои (рис. 9). Скорость распространения сейсмических волн 8,2 км/с определена в перидотите.

Но базальт не может быть на глубинах 10-70 км. Он там перекристаллизуется в амфиболит, скорость сейсмических волн в котором большая, чем в базальте, а затем в гранит с меньшей скоростью. Не может под гранитом находиться и перидотит. Так что подтверждения сейсмологией (геофизикой) строения твердой части нашей планеты из земной коры с гранитным и базальтовым слоями на материках, базальтовым в океанах и перидотитовой верхней мантии кажущееся.

Рис. 9.

Рассмотрим, где по особенностям химического состава, структуры и энергонасыщенности в литосфере могут залегать тела аморфного базальта и мелкокристаллического перидотита? Для этого сначала приведем еще раз химический состав вещества слоистой оболочки, слагающего поверхность каменной оболочки, и гранита, наиболее глубинной, вместе с кварцитом, из непосредственно наблюдаемой горной породы.

Видно, что по мере погружения горных пород, сопровождающегося перекристаллизацией, химический состав их изменяется: уменьшается содержание оксидов алюминия, железа, магния и кальция, и увеличивается содержание оксидов кремния, натрия и калия.

Теперь сообщаю сведения по химическому составу базальта и перидотита.

Базальт с аморфной структурой и высокой энергонасыщенностью может находиться там, где в литосфере распространены аморфные горные породы, т.е. на ее поверхности. Действительно, базальт возникает и существует только на поверхности каменной оболочки. И по особенностям химического состава базальт должен залегать выше гранита и слоистой оболочки, потому что в нем больше, чем у них, содержание оксидов алюминия, железа, магния и кальция и меньше оксидов кремния и калия.

Тела перидотита как мелкокристаллической горной породы могут в литосфере находиться лишь среди тел мелкокристаллических пород, наиболее распространенные из которых кристаллические сланцы. Так оно и есть на самом деле, и нигде в мире не встречены тела перидотитов в гранитах. Химический состав перидотита специфичен из-за очень большого содержания оксидов магния и кальция, свидетельствующих, что образуется эта порода при освобождении поднимающегося базальтового раствора от излишков оксидов этих металлов.

Первая же проверка общепринятого глубинного строения литосферы на материках бурением Кольской сверхглубокой скважины не подтвердила его. Заложена скважина была в научных целях для вскрытия на глубине 7 км базальтового слоя, который, но геофизическим данным, в этом районе ближе всего находится от дневной поверхности. Скорость сейсмических волн там в горных породах определялась 7-7,5 км/с. В вышележащих породах она составляла 6-6,5 км/с - гранитный слой.

На самом деле вскрытый скважиной разрез оказался противоположным проектному: до глубины 6842 м распространены песчаники и туфы с телами долеритов (скрытокристаллических базальтов), а ниже - гнейсы, гранито-гнейсы и реже - амфиболиты.

Самое главное в результатах бурения Кольской сверхглубокой скважины то, что они не просто опровергают общепринятое мнение о строении верхней части литосферы, а то, что до их получения нельзя вообще было говорить о вещественном строении этих глубин земного шара. В то же время результаты бурения Кольской сверхглубокой скважины полностью подтвердили разрез видимой части литосферы из рыхлых и сцементированных обломочных и глинистых, а затем кристаллических пород, известный людям с середины XVIII в. (И. Леман, Дж. Ардуино, А.Г. Вернер и др.) и игнорируемый современной геологией. Именно такой разрез литосферы лежит в основе построения естественно-научной модели геологии.

Летом 1971 года молодой геолог по имени Майк Вурхис вел изыскания в заросшей чертополохом местности на востоке Небраски недалеко от его родного городка Орчард. Проходя по дну глубокого оврага, он заметил что-то белевшее наверху в кустарнике и поднялся взглянуть. Там он увидел прекрасно сохранившийся череп молодого носорога, вымытый прошедшими недавно сильными дождями.

А в нескольких метрах от него, как оказалось, находилось самое необычное захоронение ископаемых остатков, когда-либо открытое в Северной Америке: высохший водоем, служивший общей могилой многим десяткам животных - носорогам, зебровидным лошадям, саблезубому оленю, верблюдам, черепахам. Все погибли в результате загадочного катаклизма чуть менее 12 миллионов лет назад, в период, известный в геологии как миоценовый. В те дни Небраска располагалась на обширной жаркой равнине, очень похожей на Серенгети в нынешней Африке. Животных нашли похороненными под вулканическим пеплом трехметровой толщины. Загадка заключалась в том, что в Небраске никогда не было никаких вулканов.

Сегодня открытое Вурхисом место называется Эшфоллским парком захоронений ископаемых животных. Здесь есть новый центр для посетителей и музей с хорошо продуманными экспозициями по геологии Небраски и истории захоронений ископаемых животных. Центр включает лабораторию со стеклянной стеной, через которую посетители могут видеть палеонтологов, занятых очисткой скелетов.

Сначала считали, что животные были погребены живьем, и Вурхис в 1981 году в статье в National Geographic именно так и написал. «В статье место находок названо «Помпеями доисторических животных», - рассказывал он - Названо неудачно, потому что вскоре ученые поняли, что животные погибли не сразу. Все они страдали неким недугом, называемым гипертрофической пульмональной остеодистрофией, который возникает при вдыхании большого количества твердых абразивных частиц, а они, должно быть, вдыхали очень много, потому что на сотни миль вокруг слой пепла достигал толщины в несколько футов». Видимо, они приходили сюда на водопой, ища облегчения, а вместо этого в мучениях гибли. Пепел, видимо, погубил все. Похоронил под собой всю траву, покрыл каждый листок и превратил воду в негодную для питья бурую жижу.

В документальной программе «Горизонт» говорилось, что наличие такого количества пепла в Небраске явилось неожиданностью. На самом же деле о громадных залежах пепла в Небраске было известно давно. На протяжении почти сотни лет его добывали для изготовления хозяйственных чистящих порошков типа «Комет» или «Аякс». Но, как ни странно, никому не приходило в голову поинтересоваться, откуда взялся весь этот пепел.

Вурхис разослал образцы коллегам во все западные штаты с просьбой сообщить, нет ли у них чего-нибудь похожего. Несколько месяцев спустя с ним связался геолог из Геологической службы Айдахо Билл Бонничсен и рассказал, что пепел соответствует вулканическим отложениям у местечка Бруно-Джарбридж на юго-западе Айдахо. Явлением, которое убило животных на равнинах Небраски, было извержение вулкана невиданных ранее масштабов - такое, что покрыло трехметровым слоем пепла территорию на расстоянии за 1600 км от него, на западе Небраски. Оказалось, что под западной частью Соединенных Штатов находился гигантский магматический котел, колоссальный вулканический очаг, катастрофически извергавшийся примерно каждые шестьсот тысяч лет. Последнее такое извержение было чуть больше шестисот тысяч лет назад. Очаг остается на месте. Сегодня мы называем его Йеллоустонским национальным парком.

Мы поразительно мало знаем, что происходит у нас под ногами. Страшно подумать, что Форд стал производить автомобили, а Нобелевский комитет стал присуждать премии за долго до того, как мы узнали, что у Земли есть ядро. Да и идея, что материки плавают по поверхности, как листья кувшинок, стала общепризнанной меньше чем поколение назад. «Как ни странно, - писал Ричард Фейнман, - мы разбираемся в распределении вещества внутри Солнца куда лучше, чем во внутреннем строении Земли».

Расстояние от поверхности до центра Земли равно 6370 км, что не так уж много. Подсчитано, что если выкопать колодец до центра и бросить в него кирпич, то он долетит до дна всего за 45 минут (хотя в этой точке он будет невесомым, поскольку вся тяжесть Земли будет не внизу, а наверху и вокруг). Попытки продвинуться в направлении центра были поистине скромными. В Южной Африке один или два золотых рудника достигают глубины более 3 км, а глубина большинства шахт и рудников на Земле не превышает 400 м. Если бы планета была яблоком, мы бы даже не проткнули бы кожуру. На самом деле мы бы даже не приблизились к этому.

Чуть меньше ста лет назад самые осведомленные ученые умы знали о недрах Земли не намного больше шахтера - а именно, что на какое-то расстояние вы углубляетесь в грунт, а затем упираетесь в твердую породу, и на этом все. Затем в 1906 году ирландский геолог Р. Д. Олдхэм, изучая сейсмограммы землетрясения в Гватемале, заметил, что отдельные ударные волны проникали до определенной точки глубоко в Землю, а потом отражались под углом, словно встречали какое-то препятствие. Отсюда он сделал вывод, что Земля имеет ядро. Тремя годами позже хорватский сейсмолог Андрей Мохоровичич изучал диаграммы землетрясения в Загребе и отметил подобное необычное отклонение, но на меньшей глубине. Он открыл границу между корой и слоем непосредственно под ней, мантией. С тех пор эта зона известна как поверхность Мохоровичича, или, для краткости, Мохо.

Так мы начинали получать смутное представление о слоистом внутреннем строении Земли - правда, действительно весьма смутное. Только в 1936 году датчанка Инге Леманн, изучая сейсмограммы землетрясений в Новой Зеландии, обнаружила, что существует два ядра: внутреннее, которое мы ныне считаем твердым, и внешнее (то самое, что обнаружил Олдхэм), которое считается жидким и, как полагают, является очагом магнетизма.

Как раз примерно в то время, когда Леманн, изучая сейсмические волны при землетрясениях, уточняла наши начальные представления о внутреннем строении Земли, двое геологов из компании «Калтекс» в Калифорнии разрабатывали способ сравнивать одно землетрясение с другим. Это были Чарлз Рихтер и Бено Гутенберг, хотя по причинам, не имеющим никакого отношения к справедливости, шкала почти сразу стала известна по имени одного Рихтера. (Рихтер тоже здесь был ни при чем. Будучи скромным человеком, он никогда не называл шкалу своим именем и всегда ссылался на нее как на «шкалу магнитуд».)

Разумеется, шкала - это скорее понятие, чем вещь, произвольная мера колебаний Земли, основанная на измерениях, сделанных на поверхности. Она возрастает экспоненциально, так что землетрясение магнитудой 7,3 в 32 раза мощнее, чем землетрясение магнитудой 6,3, и в 1000 раз мощнее, чем 5,3.

По крайней мере, теоретически у землетрясений не бывает верхней границы, и уж коли так, то и нижней. Шкала просто служит мерой силы, но ничего не говорит о разрушениях. Землетрясение магнитудой 7 глубоко в мантии - скажем, на глубине 650 км, - возможно, не причинит никаких разрушений на поверхности, тогда как значительно более слабое, но на глубине 6–7 км, может вызвать огромные разрушения. Многое также зависит от характера залегания пород, продолжительности землетрясений, частоты и серьезности толчков, следующих за главным толчком, и от физического состояния пораженной землетрясением территории. Из всего этого вытекает, что самыми страшными не обязательно бывают самые сильные землетрясения, хотя сила, несомненно, значит очень много.

Землетрясения - явления довольно обычные. Ежедневно где-нибудь в мире происходит пара землетрясений силой 2 балла и больше - достаточных, чтобы находящиеся поблизости получили приличную встряску.Самыми распространенными типами землетрясений являются те, что возникают в местах встречи двух тектонических плит, как в Калифорнии вдоль разлома Сан-Андреас. По мере того как плиты напирают друг на друга, давление нарастает, пока одна или другая не уступит. Вообще говоря, чем дольше интервал между землетрясениями, тем сильнее сдерживаемое давление и тем больше вероятность, что встряска будет действительно сильной.

Поскольку мы не можем заглянуть внутрь Земли, чтобы узнать, что там находится, приходится прибегать к другим способам, большей частью изучать свойства волн, проходящих через недра. Кое-что можно узнать о мантии по образованиям, называемым кимберлитовыми трубками, в которых формируются алмазы. Происходит следующее: глубоко в недрах Земли случается взрыв, который со сверхзвуковой скоростью выбрасывает на поверхность, по существу, заряд магмы. Явление это абсолютно непредсказуемое. Кимберлитовая трубка может вырваться наружу у вас во дворе, когда вы заняты обычными делами.

Поскольку они вырываются с такой большой глубины - до 200 км, - кимберлитовые трубки выносят на поверхность такие вещества, которые обычно не найдешь на поверхности или вблизи нее: породу, называемую перидотитом, кристаллы оливина и - лишь изредка, в одной трубке из ста, - алмазы. С кимберлитовыми выбросами выходит много углерода, но большая его часть испаряется или превращается в графит. Только время от времени необходимая масса его выбрасывается в сочетании с нужной скоростью и временем остывания, что приводит к образованию алмазов. Именно такие трубки превратили Иоганнесбург в богатейший мировой алмазный центр.

Однако могут существовать другие, еще более крупные трубки, о которых мы не знаем. Геологам известно, что где-то по соседству с северо-восточной частью Индианы имеются свидетельства существования трубки или группы трубок, которые могут быть поистине колоссальными. В разбросанных по всему району местах находили алмазы до 20 карат и даже больше. Но никто не обнаружил их источник. Как отмечает Джон Макфи, он может быть похоронен под ледниковыми отложениями, наподобие мэнсонского кратера в Айове, или находится под Великими озерами.

Итак, что мы знаем о недрах Земли? Очень мало. В целом ученые сходятся во мнении, что мир под нами состоит из четырех слоев - твердой внешней коры, мантии из горячей вязкой породы, жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего ядра.

Известно, что на поверхности преобладают силикаты; они относительно легкие и их недостаточно, чтобы обеспечить наблюдаемую среднюю плотность Земли в целом. Следовательно, внутри должно находиться более тяжелое вещество. Известно, что для образования нашего магнитного поля где-то внутри должен существовать плотный пояс металлических элементов в жидком состоянии. Это то, что является общепризнанным. Но почти все сверх того - как взаимодействуют слои, что определяет их поведение, как они поведут себя в будущем - представляется по крайней мере неопределенным, а чаще крайне неопределенным.

Даже видимая нами часть земного шара - кора, и та является предметом довольно громких споров. Почти во всех трудах по геологии говорится, что земная кора достигает от 5 до 10 км под океанами, около 40 км под материками и 65–95 км под крупными горными цепями, но в рамках этих обобщенных данных наблюдается множество озадачивающих отклонений. Кора под горами Сьерра-Невады, например, имеет толщину всего 30–40 км, и никто не знает почему. По всем законам геофизики Сьерра-Невада должна опускаться, словно уходить в зыбучий песок. (Некоторые считают, что, возможно, так оно и есть.)

Как и когда Земля обрела свою кору - вопрос, разделяющий геологов на два больших лагеря: на тех, кто считает, что это произошло внезапно в начале истории Земли, и тех, кто считает, что это происходило постепенно и несколько позднее. Теорию раннего внезапного возникновения в начале 1960-х годов выдвинул Ричард Армстронг из Йельского университета, посвятивший остаток своей научной деятельности борьбе с теми, кто не был с ним согласен. Он умер от рака в 1991 году, но незадолго до смерти «разразился бранью в адрес своих критиков на страницах австралийского геологического журнала, обвинив их в увековечивании вымыслов», писал о нем журнал Earth («Земля») в 1998 году. «Он умер озлобленным», - рассказывал один из его коллег.

Кора и часть наружной мантии вместе называются литосферой (от греческого «lithos», означающего «камень»), которая, в свою очередь, плавает на слое более мягкой породы, называемом астеносферой (от греческих слов, означающих «лишенный силы»). Но подобные термины никогда полностью не отвечают смыслу. Например, говорить, что литосфера плавает на поверхности астеносферы, - значит подразумевать определенную степень плавучести, что не совсем правильно. Подобным же образом неправильно представлять горные породы текучими, наподобие жидкостей на поверхности. Горные породы являются текучими, но лишь в том смысле, в каком текуче стекло. Этого, может быть, не видно глазом, но все стекло на Земле под неослабным влиянием силы тяжести стекает книзу. Выньте из рамы очень старое стекло в окне европейского собора, и оно окажется заметно толще внизу, чем вверху. Вот о такой «текучести» мы ведем речь. Часовая стрелка движется в десять тысяч раз быстрее «текучих» пород мантии.

Движения происходят не только по горизонтали, как перемещаются земные плиты по поверхности, но также вверх и вниз, как поднимаются и опускаются горные породы в вихревом процессе, известном как конвекция. Конвекцию как процесс впервые ввел в оборот эксцентричный граф фон Румфорд в конце восемнадцатого века. Шестьдесят лет спустя английский приходской священник Осмонд Фишер высказал предположение, что содержимое земных недр вполне может быть достаточно текучим, чтобы перемещаться. Но прошло очень много времени, прежде чем его идея обрела поддержку.

Примерно в 1970 году геофизики испытали изрядное потрясение, осознав, что там, внутри, происходят бурные, беспорядочные процессы. Как пишет в своей книге «Нагая Земля: Новая геофизика» Шавна Фогель: «Было похоже на то, будто ученые десятки лет изучали земную атмосферу - тропосферу, стратосферу и так далее, - а потом вдруг узнали о ветре».

С тех пор не утихают споры вокруг того, какой глубины достигает процесс конвекции. Одни говорят, что он начинается на глубине 650 км, другие - глубже 3 тысяч км. Проблема, как заметил Джеймс Трефил, заключается в том, что «имеются две группы данных из двух разных дисциплин, которые невозможно примирить». Геохимики говорят, что некоторые элементы не могут попасть на поверхность планеты из верхней мантии, а должны подняться из более глубоких недр Земли. Поэтому вещества верхней и нижней мантий должны, по крайней мере, периодически смешиваться. Сейсмологи же говорят, что этот тезис не находит подтверждений.

Итак, можно лишь утверждать, что, двигаясь к центру Земли, в какой-то не совсем определенный момент мы покидаем астеносферу и погружаемся в чистую мантию. Если учесть, что мантия составляет 82 % объема Земли и 65 % ее массы, она не удостаивается излишнего внимания, главным образом потому, что интерес ученых, да и вообще читателей лежит либо гораздо глубже (как в случае с магнетизмом), либо ближе к поверхности (землетрясения). Известно, что до глубины примерно 150 км в составе мантии преобладает вид горной породы, известной как перидотит, но чем заполнены остальные 2650 км, точно не известно. Согласно сообщению в журнале Nature, не похоже, чтобы это был перидотит. Ничего больше нам не известно.

Ниже мантии находятся два ядра - твердое внутреннее и жидкое внешнее. Не приходится и говорить, что наши представления о природе этих ядер носят косвенный характер, однако ученые способны сделать некоторые обоснованные предположения. Им известно, что давление в центре Земли весьма высоко - примерно в три с лишним миллиона раз больше, чем на поверхности, - достаточно, чтобы сделать любую породу твердой. Из истории Земли (а также по косвенным признакам) известно, что внутреннее ядро очень хорошо держит тепло. Хотя это лишь чуть более чем предположение, считается, что за четыре с лишним миллиарда лет температура ядра упала не больше чем на 110 градусов Цельсия. Никто точно не знает, насколько горячим является ядро Земли, но оценки колеблются от 4000 до более 7000 градусов Цельсия - это почти так же горячо, как на поверхности Солнца.

Внешнее ядро во многих отношениях изучено еще меньше, хотя все сходятся во мнении, что оно жидкое и что там находится источник магнетизма. В 1949 году Э. С. Буллард из Кембриджского университета выдвинул теорию, согласно которой эта жидкая часть земного ядра вращается таким образом, что, по существу, превращает его в электродвигатель, создающий магнитное поле Земли. Предполагается, что конвекционные потоки жидкости внутри Земли создают эффект наподобие тока в проводах. Что именно происходит - неизвестно, но довольно определенно полагают, что это связано с вращением ядра и с тем фактом, что оно жидкое. Тела, не имеющие жидкого ядра, например Луна и Марс, магнетизмом не обладают.

Известно, что напряженность магнитного поля Земли время от времени меняется: в эпоху динозавров она была в 3 раза выше, чем теперь. Также известно, что в среднем примерно каждые 500 тысяч лет оно меняет полярность, хотя за этим средним скрывается чудовищная степень непредсказуемости. Последняя перемена имела место около 750 тысяч лет назад. Иногда полярность остается неизменной миллионы лет - похоже, самый продолжительный промежуток составлял 37 миллионов лет, - а в другое время полярность менялась всего через 20 тысяч лет. Всего за последние 100 миллионов лет она менялась около 200 раз, и у нас фактически нет никакого представления почему. Факт этот назван «самым большим остающимся без ответа вопросом в геофизической науке».

Возможно, как раз в наши дни мы переживаем смену полярности. Магнитное поле только за последнее столетие ослабло примерно на шесть процентов. Всякое ослабление магнетизма, скорее всего, плохая новость, потому что магнетизм кроме крепления записок к холодильникам и надежной работы компасов играет важнейшую роль в поддержании нашей жизни. Во Вселенной полно опасных космических лучей, которые, не будь магнитной защиты, пронзали бы наши тела, превращая большинство наших ДНК в негодные лоскутья. Когда действует магнитное поле, эти лучи надежно отгоняются от поверхности Земли и собираются в стадо в двух зонах околоземного пространства, названных поясами Ван Аллена. Они также взаимодействуют с частицами в верхних слоях атмосферы, создавая чарующие световые завесы, известные как полярные сияния.

Наша неосведомленность в значительной мере объясняется тем, что ученые традиционно мало заботились о согласованности исследований того, что происходит на поверхности Земли и в ее недрах.