Евгений Плисов - Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

Между Землей и Луной можно вписать все планеты солнечной системы.

Посмотрев на Луну в прошлом, вы обнаружили бы гигант, висящий в небе. Его диск закрывал на небе площадь в 250 раз большую, чем сейчас (примерно в 16 раз больше, чем видимый нам солнечный диск). Это был необычный мир. Сутки длились 5 часов, то есть солнце поднималось и заходило за горизонт с бешеной скоростью. Луна часто ее закрывала, будучи куда большим объектом на небе, поэтому солнечные затмения были скорее вариацией нормы. Сейчас ни для кого не секрет, что на нашей планете есть приливы и отливы. Они возникают потому, что лунная гравитация притягивает водяной горб на поверхности планеты и тащит его за собой. Где этот горб, там прилив, такая же ситуация на противоположной стороне планеты, а на боках — отливы. В те времена не было воды, да и Луна была гораздо ближе, поэтому существовало явление «приливных землетрясений». Гигантские волны из магмы высотой больше километра перемещались по планете, все сильнее ее разогревая. Постепенно такие явления сошли на нет из-за отдаления Луны, а сутки стали длиннее вследствие замедления вращения планеты. Это же явление можно наблюдать, если посмотреть на фигуриста, разводящего руки при вращении, — он замедлится. Но странствующие раскаленные горы — наверняка это было потрясающее зрелище.

Наша планета разогрелась и представляет собой раскаленный шар. Вращаясь в холодном космическом пространстве, она отдает энергию в виде вещества, выбрасываемого в космос и сносимого солнечным ветром, а также в виде излучения. Горячие недра, словно нагретое дно кастрюли с супом, поднимают магму к поверхности, где она остывает, а затем возвращается. Первая корочка на поверхности планеты, скорее всего, возникла в зоне полюсов, наименее затрагиваемых приливными силами Луны. Сразу после столкновения Земли и Тейи температура на поверхности была в районе 5000 °C, а твердь, если ее можно в то время так назвать, покрывал силикатный пар. По мере остывания планеты с неба начал идти магматический дождь, а при еще большем остывании на поверхности начали расти первые кристаллы. В принципе в нашем распоряжении очень мало свидетельств тех прекрасных и смертоносных времен. Постоянное перемешивание раскаленного вещества, огненные штормы и ливни из магмы — все это было настолько давно, что можно было бы опустить руки и не заниматься поиском крупиц тех времен, но человеческое любопытство не знает границ. По мере развития технологий у людей появились устройства, способные воссоздать условия ранней Земли, так называемого катархейского эона. Огромные прессы, создающие давление в 12 тысяч атмосфер, давят в одну точку с рудной пылью и позволяют посмотреть, какие именно породы образуются при таких условиях. В те времена, когда температура опустилась до 1500 °C, в тонкую корку остывающей магмы на поверхности начали врастать зеленые кристаллы оливина, минерала, близкого по составу к форстериту. Эти кристаллики становились все больше, приближаясь размерами к виноградине, но чем крупнее они становились, тем тяжелее им было удерживаться на раскаленной поверхности. Они тонули и скапливались вместе, образуя множество пород. Одна из них, дунит, — одна из самых редких пород, обнаруживаемая сейчас на поверхности только в результате горообразования, когда глубинные пласты показывают себя миру.

Земля активно жила с точки зрения геологии. У нее образовалось железное ядро, вязкая мантия и твердая корочка сверху. Ядро по большей части состоит из железа по одной простой причине — оно тяжелое и стекает вниз, к центру планеты. Внешнее ядро образовано из жидкого металла, а вот внутреннее содержимое постепенно начало твердеть. Там настолько большое давление, что железо возвращается в кристаллическое состояние, и это очень хорошие новости. Разность скорости вращения внутреннего твердого ядра относительно внешнего, а также постоянные потоки вещества в них образуют магнитное поле нашей планеты. Благодаря этому полю мы защищены от солнечного ветра — потока заряженных смертоносных частиц, не позволивших бы образоваться жизни в том виде и многообразии, что мы наблюдаем сейчас.

По поводу мантии также стоит уточнить, что она не «вязкая» в нашем понимании. Вязким веществом можно назвать один из ее слоев — астеносферу. Большая же часть мантии, если представить ее агрегатное состояние, станет напоминать битум. То есть она в конкретный момент будет твердой, как и при давлении на нее, но со временем она медленно течет.

Как понять, что у нашей планеты твердая оболочка, вязкая мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее? Напрямую добуриться невозможно, самая глубокая скважина, Кольская сверхглубокая, достигает отметки чуть больше 12 км, при этом радиус Земли — около 6400 км. Так вот, не обязательно бурить — достаточно прислушаться, и тут на помощь приходят сейсмологи. Когда на планете случается взрыв, землетрясение — что угодно, вызывающее вибрации, — эти вибрации волнами проникают в толщу планеты и пронизывают ее содержимое. Существует два типа таких волн: P-волны и S-волны. P-волна — это волна упругого сжатия. Представьте себе игрушку-пружинку, которая может спускаться по лестнице, если ее слегка подтолкнуть. Если вы положите ее на горизонтальную поверхность и подтолкнете, то она разожмется, сожмется, разожмётся и т. д. Это будет P-волна, и у нее есть свойство — она проходит сквозь жидкость неизменной, если попала туда под прямым углом, и преломляется, если попала туда по касательной. S-волны более похожи по свойствам на обычную, привычную всем волну. Она не проходит сквозь жидкость, растворяясь в ней.

Итак, когда где-то на планете происходит землетрясение или контролируемый взрыв, вы ставите датчики и прислушиваетесь к эху. На другом конце планеты, прямо с противоположной стороны, вы зарегистрируете P-волну, прошедшую и сквозь вязкую мантию, и сквозь жидкое внешнее ядро с твердым внутренним железным кристаллом. P-волны, попавшие во внешнее ядро под углом, преломятся, и вы сможете рассчитать, какой радиус это внешнее ядро занимает. S-волны не пройдут сквозь жидкость, и вы их поймаете только вне зоны внешнего ядра. Если вы ученый, вам не обязательно видеть явление непосредственно своими глазами, вы можете прислушаться к его эху.

Схема распространения S-волн и P-волн внутри планеты.

Вернемся в ад. На поверхности планеты пытается образоваться корочка. Считается, что первичной корой была порода с названием «анортозит» — легкая и плавучая, она образовывала на поверхности магмы что-то похожее на шугу на поверхности воды. Затем первичная кора была уничтожена, и на сцену вышли базальты. Черный базальт также мог оставаться на поверхности магмы, и до сих пор 70 % земной поверхности выстилаются базальтовой корой. Так происходило не только на нашей планете: почти весь верхний слой Меркурия состоит из базальта, как и темные пятна на Луне. Эти лунные «моря» — остатки древних озер расплавленного базальта, остающегося на поверхности и поныне.