Алим Войцеховский - ЗНАК ВОПРОСА 1996 № 01

В этом плане можно согласиться с академиком В. И. Вернадским, который, изучая проблему роли органического мира в жизни нашей планеты, пришел к выводу, что живое вещество принимает самое активное участие во всех геологических процессах на поверхности Земли и в образовании ее атмосферы.

Наука еще не изобрела такой аппарат, в котором человек мог бы проникнуть в глубокие недра планеты и исследовать их. Пока ученым приходится судить о строении земных недр по косвенным признакам. Они делают это с помощью геофизических методов: сейсмического, гравиметрического и магнитометрического.

Первый наиболее важен. Суть его заключается в том, что на поверхности Земли искусственно (например, путем взрыва) создают упругие колебания — сейсмические волны, которые имеют определенные особенности при прохождении земных недр: в плотной среде скорость этих волн возрастает, в рыхлой — резко снижается, а в жидкостях некоторые из них вообще не распространяются.

Сейсмические волны делятся на объемные и поверхностные. Объемные волны, в отличие от поверхностных, пронизывают все тело нашей планеты, т. е. они буквально «просвечивают» Землю и, подобно рентгеновскому анализу, выявляют внутреннее ее строение. Поверхностные же волны используют для изучения структуры наружных слоев Земли.

Сейсмические колебания, проходя земной шар насквозь или частично отражаясь от разделов сред с различной плотностью, возвращаются на поверхность Земли, где они регистрируются и изучаются. Изучив полученные данные, ученые выяснили, что земной шар внутри, подобно луковице, состоит из нескольких концентрических оболочек, вложенных одна в другую. Наиболее отчетливо выделяются три оболочки (или геосферы), о которых уже упоминалось выше: земная кора (литосфера), мантия и ядро.

Самая верхняя оболочка нашей планеты — земная кора — представляет собой весьма тонкое «покрывало», под которым скрыты неспокойные недра Земли. В среднем толщина коры или, если говорить образно, тонкой пленки, в которую «обернут» земной шар, составляет всего 0,6 % от длины радиуса Земли.

Земная кора отделяется от нижележащего слоя, как уже говорилось, поверхностью Мохоровичича, или сокращенно — границей Мохо. Ниже ее располагается мантия Земли. Плотность вещества мантии выше плотности пород земной коры и колеблется от 3,3 г/см 3в верхней части до 6–9 г/см 3в низах мантии. Некоторые ученые делят мантию на верхнюю и нижнюю (граница между ними лежит на глубине 900 километров).

Верхняя мантия изучена лучше нижней, но в отношении ее у ученых еще осталось немало вопросов. Характерная черта строения верхней мантии — ее расслоенность. Например, на глубине около 100 километров под материками и около 50 километров под океанами находится слой, близкий к плавлению или даже содержащий расплавы составляющих его пород, который носит название астеносферы (слой Гутенберга). Благодаря пластичности астеносферы, лежащие выше ее твердые блоки (плиты) земной коры могут скользить по ней.

Нижняя мантия, располагающаяся в интервале глубин от 900 до 2920 километров, характеризуется большой плотностью вещества. Под нижней мантией сокрыто земное ядро.

Как, вероятно, уже догадался читатель, речь в данном случае пойдет о земном ядре, которое занимает центральную часть Земли, составляя около 17 % ее объема и 33 % массы, и в отношении которого единой точки зрения у ученых не существует.

Сейсмические данные указывают на сложное строение ядра: оно состоит из двух, а, возможно, и более концентрических оболочек с несколько различающимся составом. Пожалуй, наиболее достоверно все же то, что оно делится на внешнее и внутреннее ядро с промежуточным слоем.

Внешнее ядро (слой Е) заключено в пределах 2900–5000 километров. Его объем 15,16 %, а масса — 29,8 %. Предполагается, что данный слой находится в расплавленно-жидком состоянии.

В основании внешнего ядра располагается переходная оболочка (слой F), находящаяся в интервале глубин 5000–5200 километров, и характеризующаяся некоторым увеличением скорости продольных упругих колебаний.

Внутреннее ядро (слой G или субъядро) занимает самую сердцевину нашей планеты. Его радиус 1250 километров, объем около 7 %, а масса около 1,2 % массы Земли. Плотность вещества внутреннего ядра достигает 13 г/см 3и более.

О химическом составе ядра Земли существуют два основных мнения. Одни исследователи считают ядро железным, но состоящим из никеля и железа. Другие же считают, что оно сложено силикатами, которые находятся в «металлизированном» состоянии. Однако последнее предположение ставится под большое сомнение. Сейчас преобладает промежуточная точка зрения, согласно которой внутреннее ядро — все же железо-никелевое, а внешнее сложено сверхплотными силикатами, которым, однако, присуще высокое содержание железа и никеля.

Более десяти лет назад американскими геологами была сделана удивительная находка, ставшая «последней каплей», которая склонила чашу весов в пользу модели земного ядра, состоящего из внешнего слоя, сложенного сверхплотными силикатами, и внутреннего, железо-никелевого субъядра…

В 1974 году в обломках гравия горного хребта Кламат в штате Орегон был обнаружен минерал, не имеющий ничего общего ни с одним из известных на Земле минералов. Первоначально предположили, что это обломок метеорита, но на образце не было следов обжига, ударного воздействия. Кроме того, на метеоритах остаются космические метки за счет жесткого облучения Солнцем, здесь же было все чисто. Вывод был сделан один — это минерал чисто земного происхождения. Что же в нем было необычного?.. Его химический состав.

Геологи и геохимики Корнеллского университета США определили, что минерал, названный джозефинитом, состоит на 86 % из металлов и на 14 % из силикатов. Металлическая фракция сложена никелем (69,9 %) и железом (30,1 %). По своему составу обсуждаемый минерал как нельзя лучше соответствует гипотетическому веществу внешнего ядра Земли, у него высокая плотность и своеобразная уплотненная структура. Ученые предполагают, что кусочек самых глубоких внутренних сфер нашей планеты был вынесен на ее поверхность мощными потоками мантийного материала.

Таким образом, современные данные о внутреннем строении Земли, с которыми мы конспективно ознакомились выше, позволяют сравнить нашу планету с вращающимся толстостенным шаром (кора и мантия) с внутренней полостью, заполненной жидкостью (внешнее ядро), в которой плавает сравнительно небольшое, также шарообразное твердое субъядро.