Array Журнал «Искатель» - Искатель, 1962 №2

Что еще известно о земной коре?

То, что она имеет различную толщину — от 10 километров под водами океанов до 70 километров под горными массивами. Самый верхний ее слой состоит из осадочных пород: песчаники, известняки, сланцы. Их происхождение и свойства изучены хорошо — ведь они доступны бурению…

Ниже начинается слой гранитов. И уже об этом слое сказать, что он изучен достаточно, нельзя. Да, нельзя. Странно, не правда ли? Ведь граниты во многих местах, например в Карелии, выходят на поверхность. Казалось бы, бери и изучай!

Но граниты на поверхности — это одно, а на глубине нескольких километров — нечто другое. Глубинные граниты находятся совершенно в иных физико-химических условиях. Может, это и не граниты, а какое-то гранитоподобное вещество, кто знает?

Пока никто…

А под гранитами — более тяжелые базальты. Тут неясностей еще больше.

Напомним: радиус Земли — 6 371 километр. А толщина коры — 10–70 километров. Увеличим масштаб до 1 триллиона в одном сантиметре. Или даже больше. Земля представится нам яблоком. Можно сказать, что шкурку яблока мы более или менее изучили.

А что под «шкуркой»?

Право, не стоит удивляться скудости наших сведений о Земле. Удивления достойно другое: ум человека все-таки проник в запретные дали недр. Проник на тысячи километров и с помощью явлений грозных и катастрофических — землетрясений. Другое дело, что сценка результатов проникновения спорная. Но в спорах рождается научная истина. И без споров, без гипотез наука немыслима.

Что же находится под земной корой?

В 1900-х годах в разных районах нашей планеты стали строить сейсмические станции. Наблюдая природу землетрясений, ученые обнаружили, что при этих стихийных явлениях в Земле возникают упругие колебания — волны двух родов. Первые — продольные (похожие на звуковые волны) и вторые — поперечные, змеевидные, синусоидальные.

Эти два типа сейсмических волн распространяются, во-первых, с различной скоростью: продольные волны быстрее поперечных; а во-вторых, синусоидальные гаснут в жидкости.

Необходимо напомнить, что скорость волн зависит от среды, в которой они распространяются. Чем больше плотность, тем быстрее бегут волны. Остается добавить, что на границе различных сред волны преломляются и отражаются.

Ученые установили, что вблизи поверхности Земли скорость поперечных волн — 5 километров в секунду, а на глубине 3 тысяч километров она возрастает до 13,5 километра в секунду.

Теперь представим себе, что где-то под Южным полюсом произошло сильное землетрясение.

Все сейсмические станции южного полушария зарегистрируют его. Отметят его и сейсмографы северного полушария. Но только примерно до 15° северной широты — до широты, скажем, Адена. Между Аденом и Киевом все сейсмические приборы останутся почти безучастными к происшедшему на Южном полюсе, А в Москве приборы снова оживут, и все станции до Северного полюса включительно примут сигналы землетрясения.

Почему так произойдёт?

Почему вся Северная Африка, почти половина Азии и Южная Европа попали в какую-то странную «теневую зону»? Только потому, что в нашей планете существует центральное ядро, в котором скорость продольных волн резко снижается (с 13,6 до 8 километров в секунду), а змеевидные, волны второго типа, гаснут совсем, иными словами, ведут себя так, как и положено им вести себя в жидкости.

Пользуясь тем, что мы знаем природу распространения волн, попробуем разобраться в происшедшем.

Если бы земной шар был однороден, то скорость волн в нем оставалась одинаковой. Если скорость волн различна, то различен и внутренний состав Земли.

Продольные волны, выходящие на поверхность до Адена, проходят в оболочке, а более крутые натыкаются на границу ядра, входят в него. Резкое уменьшение плотности гасит скорость, так как из камнеподобной среды волны входят в жидкость. Уменьшение скорости заставляет волны изгибаться к центру планеты и выйти на поверхность с запозданием и много севернее. Эта разница в приходе волн и отметка их преломления и позволяют судить о толщине земной оболочки и о границе ядра.

Произведя расчеты, ученые установили, что мощность оболочки планеты приблизительно равна 3 000 километрам, а радиус центрального ядра около 3 500 километров.

Каково же строение оболочки — мантии и коры?

В 1909 году сербский ученый Мохоровичич установил, что под слоем земной коры, кожуры земного яблока, скорость распространения сейсмических волн резко возрастает. Что же это означает? Что ниже базальтов находится слой, резко отличающийся по своим физическим данным от земной коры. Его назвали слоем Мохоровичича.

И начались догадки… Земная кора, затем слой Мохоровичича и под ним — некий субстрат, верхняя мантия недр планеты. Какова она? Жидкая магма?

Изучение сейсмических волн давало ученым представление о физической природе мантии весьма смутное, но достаточное для того, чтобы склониться к единому мнению: мантия не жидкое вещество.

Точно на вопрос, что за вещество составляет мантию нашей планеты, ученые смогут ответить лишь тогда, когда добудут кусочек таинственного подкоркового вещества, залегающего на глубинах от 10–70 до 2 900-3 000 километров, до ядра.

Наше схематичное представление о строении Земли таково: жидкое ядро, окруженное мантией, которая покрыта земной корой.

Из чего состоит земная кора, точнее — ее верхние слои, мы знаем. Мантию, как установили ученью, отличает от коры в основном плотность, и по своей природе она должна быть силикатной. Предположения эти строятся не только на догадках.

В лабораторных опытах установлено, что через силикат железа и магния при высоких давлениях колебания проходят с той же скоростью, с какой сейсмические волны распространяются в мантии Земли.

Что же за вещество составляет ядро Земли?

Оно, как мы уже знаем, жидкое. Оно тяжелое — по объему ядро составляет лишь 1/ 6часть планеты, а по массе — почти одну треть всей массы Земли ( 2/з приходится на мантию и всего-навсего 1/ 250часть — на земную кору).

Итак, тяжелое и жидкое вещество…

Если выбирать из того, что у нас, так сказать, «под ногами», то, внимательно пересмотрев элементы земной коры, следует остановиться на железе. Только оно может быть достаточно плотным при тех высоких давлениях, которые существуют в центре Земли, и жидким при тамошних температурах.

Еще в 1866 году французский геолог Добрэ предположил, что ядро Земли железное. Это была гипотеза очень смелая. В то время сейсмические волны еще не указали людям на существование какого бы то ни было ядра вообще!