Капли девонского дождя

Сейсмические волны бывают двух типов. Первые — самые быстрые — продольные волны. Они похожи на колебания пружины: это волны сжатия и растяжения.

Другие волны — поперечные. Они колеблют частички вверх-вниз, как волны воду.

Сейсмические волны ведут себя по-разному. Поперечные не распространяются в жидкой среде, они там «вязнут», быстро угасая. Поэтому границу ядра Земли определить легко: ниже ее нет доступа поперечным волнам. А волны продольные ядро Земли собирает в пучок, словно круглая линза. Но вместе с тем существуют участки, куда никакие волны не достигают: область сейсмической тени.

Итак, при сильных землетрясениях вся планета чуть приметно вздрагивает, колеблется.

Пройдя сложный путь под землей, сейсмические волны достигают поверхности планеты в самых разных местах. Тут их ловят сейсмографы.

Обрабатывая данные сейсмических станций, разбросанных повсюду на земном шаре, ученые прослеживают подземные пути и продольных и поперечных колебаний.

На границе двух каменных сфер упругие подземные волны частично отражаются на поверхность, а частично преломляются. По существу, они ведут себя так же, как звуковые волны или световые лучи.

Отклонения сейсмических волн точно измеряются. В массе цифр, в графиках и картах постепенно вырисовываются показатели свойств недоступных глазу глубин.

Основываясь главным образом на данных об изменении плотности вещества Земли, геофизики выделили три главные сферы планеты.

С поверхности до глубин порядка десяти — восьмидесяти километров (тоненькая пленка планеты вроде кожуры яблока) залегает земная кора (плотность около 3, то есть в три раза больше плотности воды).

Ниже, до глубины 2900 километров, расположена мантия (плотность 3–6).

Самая обширная область планеты, которую обволакивает мантия, называется ядром (плотность более 9). Начинается оно с глубины 2900 километров. В нем обычно выделяют еще внутреннее ядро или ядрышко, расположенное в центре планеты ниже глубины 5100 километров (плотность более 12).

Вот какие действительные сферы располагаются под нашими ногами.

Неведомые земли за границей «Мохо»

Граница мантии и коры отбивается достаточно четко. Известна она с 1909 года, когда ее обнаружил югослав Мохоровичич. Ее так и назвали: поверхность Мохо.

Наблюдая отзвуки Балканского землетрясения, Мохоровичич отметил на глубине первых десятков километров резкое увеличение скорости подземных волн. Значит, породы там тверже, плотнее. Значит, оттуда начинается новый каменный слой.

Возле поверхности Мохо горные породы нередко расплавлены. Возможно, в них содержится значительное количество тяжелых элементов: редких и радиоактивных и, кроме того, благородных металлов. Настоящая сокровищница!

Увы, двери кладовой остаются для нас закрытыми. Это, конечно, открывает простор догадкам и выдумкам (перед закрытыми дверями фантазия разгорается с особенной силой).

Хочется верить, что настанет время, и мы научимся управлять подземной лабораторией, поставляющей на поверхность ценнейшие соединения.

На границе коры и мантии — двух подземных сфер — словно трудится неутомимый древний алхимик. Готовит он чудесные огненные смеси, содержащие драгоценные элементы.

Мы постучимся к нему в каменную дверь, любезно скажем: «А теперь, сеньор, изготовьте для нас вот такой сплав».

По искусственным жерлам выбьются из земли фонтаны раскаленного металла (ночью они будут рассыпаться в воздухе праздничным фейерверком). Холодным блеском засверкают озера олова и молибдена. На стенах пещер станут расти четкие кристаллы — по заказу — почти так же покорно, как ныне растут дома. Глубинные взрывы сожмут на мгновение со страшной мощью камни — и в каменных ладонях вспыхнут многоцветными гранями алмазы. Но это пока что сказки. Сбудутся ли они, кто знает…

А ниже поверхности Мохо начинается область, которая, как предполагается, весьма велика и однообразна. Это мантия. Она вдвое плотнее земной коры.

Обычно выделяют в мантии четыре слоя. Как изменяется химический состав этих слоев и меняется ли он, остается по сей день загадкой.

Преобладают в мантии два химических элемента: силициум (кремний) и магний (если не считать вездесущего кислорода). Поэтому называют мантию по первым слогам двух этих элементов — «сима».

Все процессы в мантии идут очень медленно. Имеются там свои «каменные» течения, идут химические реакции. Отзвуки этих изменений, происходящих в верхней части мантии, доходят до нас в виде землетрясений.

С древнейших времен считалось, что в недрах Земли господствует жар. В легендах говорится об адских подземельях, где черти огнем потчуют грешников.

Поводом для подобных догадок послужили извержения вулканов. Раскаленные обломки и пыль, тучи горячего пепла, куски жидкой лавы и облака пара вздымаются над вулканическими жерлами. Изливаются огненными реками потоки лавы, от которых вспыхивают факелами деревья и чернеют камни.

Правда, у народов, живущих на просторах центральной и северной Сибири, где нет огнедышащих гор, недра Земли представлялись холодными. Ведь сибиряки на своем опыте знали: почти всюду в их краях, даже летом, под нетолстым слоем талой земли начинается вечная мерзлота.

В семнадцатом веке иезуит Афанасий Кирхер сослался на вулканическую деятельность как на доказательство подземного жара. Вулканы, по его мнению, были словно окна в недра. А там, в центре земного шара, частичкой солнца в каменной скорлупе — раскаленное ядро планеты. От него во все стороны разбегаются жилки — трещины. Местами они раздуваются огненными узлами, а порой достигают поверхности земли, рождая вулканы.

Откуда же берется тепло земных недр?

Отбрасывая «гипотезы» дьявольских печей (дровяное отопление) или кузницы бога Вулкана, геологи прошлого искали причину тепла в сгорании под землей торфа, угля, нефти, газа. Действительно, подземные пожары (горение угля и газа) могут порой ощутимо разогревать горные породы. Однако подсчеты показали, что для разогрева земных недр не хватит и в миллионы раз большего количества горючих веществ, имеющихся в земной коре, да и выгорели бы они полностью.

Гипотеза раскаленного (в прошлом) состояния Земли и последующего его остывания могла бы объяснить все просто и ясно, однако саму эту гипотезу требовалось доказать, а это не получалось.

Как же изменяется температура Земли с глубиной?

К сожалению, убедительного ответа на этот вопрос еще не получено. Скорее всего, недра горячи. Там постоянно бушуют ядерные реакции, там огромное давление будто «выжимает» из пород тепло.

От поверхности Земли на каждые 100 метров погружения температура увеличивается на 3 градуса. Конечно, в одних местах больше, в других меньше, но в среднем 3 градуса на 100 метров.

Любителям арифметики такие доводы не покажутся убедительными. Можно подсчитать: 30 градусов на один километр. 3000 градусов на тысячу километров. И почти 200 000 градусов на глубину до центра Земли! При такой температуре любое вещество обращается в газ.

Наверное, все обстоит не столь арифметически просто. Считается, что с определенной глубиной температура Земли будет возрастать все медленнее и медленнее. Есть даже мнение, что ниже раскаленного слоя температура начинает убывать. В этом случае сердце нашей красавицы Земли — холодное.

Возможна и более сложная картина. Помните чередование тепла и ледяного холода в атмосфере? А ведь в ней куда лучше условия для выравнивания температур, чем под землей. Об этой температурной неоднородности атмосферы не догадывались до тех пор, пока не произвели измерений. Почему же под землей не может быть нечто подобное?

А пока изменение температуры в недрах Земли изображают предположительно.

Сомнительное это дело — судить о температуре (и составе) тысячекилометровых глубин, имея достоверные сведения лишь о тончайшей пленке толщиной в несколько километров. С таким же успехом можно судить о внутреннем строении и вкусе незнакомого крупного плода, изучив миллиметровый слой его кожуры.

Космический электромотор?

Не правда ли, одно из самых прекрасных ощущений — чувствовать, как тьма сменяется светом.

Нечто подобное время от времени происходит в нашем мозгу. Такие моменты поэты называют озарением, а ученые — открытием.

Мысль, словно луч света, выхватывает из мрака неожиданные, невиданные прежде закономерности. И даже привычные вещи и явления могут вдруг поразить нас своими качествами, которые мы раньше не замечали.

С детства мы умеем пользоваться компасом. И с детства до сих пор не знаем, почему его концы притягиваются полюсами Земли. Нам, конечно, могут сказать, что тут действует «силовое электромагнитное поле планеты». Из книг можно вычитать: магнитное поле почти целиком связано с недрами Земли, и лишь менее одной десятой его части связано с атмосферой. Откуда взялось это поле, остается догадываться самому. Кое-что придумать можно. Вот, например, одна из догадок.

Ядро и его оболочка, состоящие из разных веществ (а вещество ядра по своим свойствам похоже на металл), вращаясь с разными скоростями, возбуждают электрические токи, как возбуждают их якорь и обмотка обыкновенного магнето.

Причин разницы скоростей можно назвать две.

Во первых, внутреннее ядро Земли жидкое, а жидкость хуже поддается вращению, чем твердое тело (вспомните, как крутятся сырое яйцо и сваренное вкрутую). Во-вторых, близ центра Земли вещество находится почти в невесомости (ведь ядро окружено со всех сторон одинаковой массой пород, значит, во все стороны оно притягивается с одинаковой силой — это и есть невесомость). А скорость вращения легких тел, при прочих равных условиях, ниже, чем твердых.

Вообще почти все, что мы знаем о земном ядре, правильнее называть гипотезами.

Многие ученые считают ядро состоящим из тяжелых минералов: железа, никеля, кремния.

Но вообразите себе давление в три миллиона атмосфер, которое сжимает ядро. Невозможно вообразить. Чудовищное сжатие! Оно срывает электронные оболочки атомных ядер и уплотняет любые вещества, придавая им новые свойства. Даже легкие элементы могут приобрести качества металлов (в частности, их плотность). При этом они будут своеобразной сверхплотной жидкостью — в четыре раза плотнее гранита!

Исследование ядра Земли — задача несравненно более сложная, чем даже космические полеты к иным планетам. Но и она требует решения. Без этого мы не сможем окончательно выяснить причины многих процессов, проходящих не только в мантии, но и в земной коре.

Земная кора — главный объект геологии — корнями своими тянется к центральному ядру, соприкасается с мантией, гидросферой и тропосферой, входит частично в биосферу и техносферу. И, кроме того, незримыми нитями связана она с Солнцем, Луной, движением планет, вращением Земли, с излучениями космоса.

Нынешняя геология умеет не только анализировать различные явления, но и словно единым взором охватывать всю планету, все ее оболочки, постигая их взаимодействие, их историю и превращения.