«Если», 1993 № 09 - Желязны Роджер страница 6.

Насколько хорошо мы знаем Землю «вглубь»?

Вопрос не так прост, как кажется. Радиус Земли более шести тысяч километров, а самая глубокая в мире скважина — она пробурена отечественными геологами на Кольском полуострове — едва превышает 12 километров. Пятая доля процента! Значит, образно выражаясь, мы прокололи булавкой на глобусе лишь верхний слой краски.

Однако не столь уж мы и невежественны. Ведь не только бурением познаются недра; существуют иные способы выяснить устройство глубин нашей планеты. Что же мы сегодня знаем и чего не знаем о внутреннем строении Земли?

Всякому известно, что из вулканов извергается лава. По существу, это просто расплавленный камень. Когда-то полагали, что таковы все «внутренности» Земли, а поверх — сравнительно тонкая (в сотню-другую десятков километров) твердь, на которой мы и расположились. Выходило, что мы живем как бы над огненным морем, а колебания оболочки — землетрясения — просто волны, бегущие по этому морю.

Это неверно: земной шар приходится рассматривать как целиком твердое тело; его средняя плотность выше, чем у стали! И никаких вечных всеохватывающих магматических бассейнов внутри нашей планеты не существует. Хотя на глубинах около сорока — пятидесяти километров температура уже такая, что камень должен бы плавиться, но давление там столь высоко, что ничего подобного не происходит.

Вот если только во внешней оболочке образуется трещина — тогда другое дело. Давление над ней падает, твердое вещество превращается в жидкость и с бешеной силой устремляется на поверхность. Здесь лава застывает и закупоривает трещину, так что жидкие участки магмы внутри Земли существуют совсем недолго, а действующих вулканов насчитывается «всего» около четырехсот пятидесяти.

Еще без малого сто двадцать лет назад австрийский геолог Эдуард Зюсс скорее догадался, чем доказал: планета подобна луковице, она состоит из концентрических слоев, по мере приближения к центру все более плотных. Впоследствии его гениальное предположение многократно подтверждалось (хотя и «осложнялось») методами астрономии, геофизики, геохимии, геологии.

Жизнь существует непосредственно на верхнем из этих слоев, который ученые именуют земной корой. Толщина ее в различных местах разная, на суше тридцать — сорок километров (хотя там, где высятся молодые горы, мощность коры может достигать 70 км). А под океанами она составляет едва двенадцать километров, и есть даже такие места, где она не толще пяти.

Как и другие «слагаемые» тверди, кора выдает себя скоростью, с которой по ней распространяются волны, возбуждаемые толчком землетрясения. Нельзя сказать, конечно, что сейсмологи радуются подобным природным катастрофам. Но пользоваться ими для развития своей науки они отлично научились.

Хорватский геофизик Андрия Мохоровичич, изучая сейсмограмму землетрясения, случившегося в 1909 году около его родного Загреба, заметил, что скорость волн на разных глубинах сильно меняется. Значит, меняются там и свойства пород. Область, где это происходит, лежит примерно в 30 км под поверхностью. Впоследствии другие сейсмологи подтвердили эту закономерность. Так возник термин «граница Мохоровичича», а поскольку западным ученым это имя показалось слишком сложным, то часто пишут просто, хотя и несколько фамильярно: «Мохо».

От наших подметок до Мохо — едва-едва одна сотая радиуса Земли. Но насколько важная! Именно отсюда мы черпаем все полезные ископаемые, без которых невозможно существование человечества. Для геолога же кора — осадочные (песчаники, глины, сланцы, известняки) и изверженные породы (граниты, базальты) — главный объект исследования, результаты которого он готов передать горнодобывающей промышленности.

Когда изучили сейсмограммы, записанные при землетрясениях, оказалось, что в горных районах гранитный слой мощнее, чем ожидали. Так, в Альпах толщина коры превышает 65 км. Стало ясно, что у гор есть… корни. Горные вершины подобны если не растениям, то айсбергам, плавающим «по пояс» в менее плотной среде и обладающим незаметной для глаза массивной частью.

Впрочем, пора поговорить о том, что же лежит под корой, ниже уже знакомой нам границы Мохоровичича. Здесь от сорока — пятидесяти километровых глубин и примерно до области, отстоящей на 2900 км от нас, расположена внешняя оболочка — мантия Земли. Хотя потрогать ее руками нам пока не дано, но о свойствах мантии можно судить по красноречивым «рассказам» тех же сейсмических волн, которые там преломляются, отражаются, а потом «излагают свои впечатления» приборам, установленным в обсерваториях.

Когда сейсмическая волна переходит из верхней части земной коры с ее гранитами и базальтами к мантии, ее скорость сначала понижается. Ученые полагают, что к этому приводит высокая температура, почти совсем расплавляющая породы.

Дело в том. что здесь, на глубинах 100–200 км под материками и 50 — 400 км под океанами, внутри верхних слоев мантии не так давно обнаружили «мягкий» слой, который назвали астеносферой. Хотя и это — не жидкость, но она обладает достаточной пластичностью, чтобы течь медленно, как смола или вар. А раз так, то и скорости сейсмических волн высокими здесь быть не могут. Но это характерно лишь для глубин менее 400 км. Потом — до тысячекилометровой глубины — сейсмические волны распространяются намного быстрее; здесь, очевидно, сказывается большая плотность пород, связанная с давлением верхних пластов.

Из чего же «сделана» мантия нашей планеты? К сожалению, прямых данных еще пока очень мало. Однако косвенные говорят о том, что главным образом — из перидотита. Эта порода содержит в себе оливин. Тот, кто читал знаменитый роман А.Н.Толстого «Гиперболоид инженера Гарина», помнит, как герой добывал несметное количество золота из «оливинового пояса» Земли. Тогдашним представлениям это не противоречило, но сегодня наука далеко ушла от них. Золотом там, по всей вероятности, не разживешься, но железом и магнием перидотит очень богат.

Высокие температуры и мощный нажим сверху заставляют тяжелые минералы изменять свои свойства, перекристаллизовываться и из нижних «этажей» поступать наверх вместе с вулканической магмой. Здесь с ними уже знакомятся геологи, которые интересуются различными, как они говорят, «магматическими проявлениями».

Отчего бы немного не пофантазировать? Например, можно представить себе, как человек — пускай в отдаленном будущем — пробурит очень глубокие скважины, и из недр на поверхность начнут поступать струи расплавленного базальта, образуя при застывании огромные плотины и дамбы или даже новые острова!

Но что же спрятано еще глубже, там, где кончается мантия? Где-то около 2900-го километра под поверхностью начинается земное ядро с температурами от пяти до десяти тысяч градусов. То, что у нашей планеты должен быть «желток», плотность которого выше, чем у наружных слоев, стало очевидным еще в конце прошлого столетия. Ученые рассуждали примерно так: средняя плотность земной коры составляет около трех граммов на кубический сантиметр, а средняя плотность всего небесного тела, на котором мы живем (ее удалось подсчитать астрономическими методами), — много выше, примерно пять с половиной граммов на тот же объем. Значит, ядро должно быть очень тяжелым.

Из чего же оно состоит? Снова на помощь призвали астрономию. Из космоса на Землю нередко залетают метеориты, часть которых — железная. Их плотность достигает 7,85 г/см' — так почему бы не предположить, что в центре Земли есть подобный железный «сердечник»?

Перед первой мировой войной немецкий сейсмолог Бруно Гутенберг обнаружил ядро уже не гипотетически. Конечно, и он не мог «вытащить» его на свет Божий. Но он заметил, что на огромных глубинах скорость сейсмических волн резко уменьшается: вместо тринадцати с половиной километров в секунду, как это наблюдается в мантии, всего до восьми с небольшим. Это для продольных волн, поперечные там вообще не проходят. Совсем!

Значит, земное ядро подобно… жидкости. Конечно, далеко не такой, как вода, это весьма густое вещество, но все же куда более текучее, чем то. из которого состоит мантия. Впоследствии, правда, оказалось, что «жидкая» гипотеза верна лишь для внешней части ядра, занимающей глубину примерно от пяти тысяч до 5120 км, а дальше — к самому центру планеты лежит совсем уж твердое ее небольшое внутреннее ядро, его даже именуют ядрышком. Недавно сейсмологам, проводившим для этого специальные взрывы, удалось зафиксировать хотя и слабые, но достаточно отчетливые волны, отраженные поверхностью этого твердого ядрышка.

По поводу химического состава ядра у ученых единого мнения нет. Многие придерживаются той точки зрения, что оно железное с небольшой примесью никеля. Таковы и железные метеориты, о которых говорят, что это осколки рассыпавшихся планет. Или, наоборот, не использованный при создании небесных тел «стройматериал». Так или иначе, по ним, мол, достоверно можно судить о строении центра нашей планеты.