Капли девонского дождя

Экспедиция Лиденброка не могла бы достичь центрального ядра планеты.

Подземный жар не позволяет людям углубиться не то что на тысячи или сотни — даже на три — пять километров. А жерла вулканов уже на больших глубинах напрочь забиты обломками горных пород, сцементированными застывшей лавой. Слишком велики давление и температура в глубинах Земли. Проникнуть туда очень не просто.

Наша привычная земная твердь

Земная кора — название красивое, привычное, но не точное. Придумали его в те далекие годы, когда считалось, будто наша планета — осколок Солнца, где под застывшей тонкой корой клокочет кипящее звездное вещество.

Как неуютно и боязно ступать по земле, ожидая каждую минуту, что каменная оболочка может вдруг лопнуть и огненный потоп из недр сожжет все и всех!

Наука не подтвердила этих догадок. Однако название поверхностной оболочки планеты осталось прежнее.

Больше всего в земной коре (кроме кислорода) кремния и алюминия.

Неровный, покоробленный местами слой «коры» облегает земной шар. Толщина его меняется резко. Под горными хребтами увеличивается до пятидесяти и более километров. Под океанами утончается до нескольких километров.

Выделяются обычно в коре три слоя: сверху осадочный, затем гранитный, внизу базальтовый.

Осадочные породы рождаются беспрерывно на поверхности земли: оседают в морях, накапливаются в реках, образуются в болотах, навеваются ветром. За миллионы лет незаметно, исподволь накапливаются слои километровой толщины. Это глины и песчаники из пыли и песка, снесенных в моря с континентов; известняки, образованные в результате деятельности живых существ; торфяники, со временем превращающиеся в бурые и каменные угли, и многие другие породы.

Медленно оседая вниз, они попадают в глубины, все более и более раскаленные. Образующиеся вверху новые породы давят на нижние слои. В глубинах Земли породы преображаются неузнаваемо. Они приобретают новые оттенки, новые свойства, обогащаются новыми химическими соединениями. Они начинают вдруг блестеть слюдой, как Золушка-принцесса в серебряном наряде феи. Угольками тлеют в них багровые бусинки гранатов. Из неприметных известняков образуются прекрасные мраморы.

Подобные преображенные породы называются метаморфическими (от греческого слова «метаморфоз» — превращение). Для того чтобы стать красивыми, даже горные породы, даже холодные камни вынуждены переносить страшные испытания.

О происхождении гранитного слоя до сих пор ведутся серьезные споры среди геологов.

Граниты — зернистые, из кристаллов кварца, полевых шпатов (тоже, подобно кварцу, но более сложные, соединения кремния) и слюды — прочны и монолитны. Кажется вполне очевидным, что именно они родились в глубоких недрах Земли. Так обычно и считалось: граниты — выходцы из земных недр.

За последние годы все больше геологов начинают поддерживать гипотезу метаморфического происхождения гранитов. Согласно этой гипотезе почти все граниты произошли из осадочных пород.

Разобраться в этой проблеме очень важно. Ведь граниты — один из главных объектов исследований многих геологических наук. Их можно назвать краеугольным камнем геологии. С ними связаны крупнейшие месторождения большинства полезных ископаемых (в частности, редких и цветных металлов).

Споры о гранитах будут продолжаться много лет, и, возможно, в чем-то правы сторонники одной и другой гипотезы. Можно только отметить: граниты подобны осадочным породам в том, что и к тем и к другим приурочены месторождения полезных ископаемых, в то время как бесспорно глубинные породы — базальты — не обладают этим свойством.

Породы базальтового слоя — магматические или изверженные, — как считается, образуются в земных недрах и находятся в расплавленном состоянии или застывают, образуя прочнейшие массивы. Расплавленные магматические породы и граниты по трещинам в земной коре могут подыматься вверх, изливаясь на поверхность вулканическими лавами. (Между прочим, на поверхность земли промышленные предприятия выбрасывают в шесть раз больше шлаков, чем изливается за то же время лавы из всех вулканов. Вот она, мощь техносферы!)

Слагаются метаморфические и изверженные породы атомами кремния, кислорода, алюминия.

Гранит состоит на три четверти из окиси кремния и ее соединений с алюминием, натрием, кальцием, калием. Граниты бывают разных цветов, и почти все они — светлые.

Базальт — темная или черная порода, в которой сложные кремниевые соединения преобладают, а кварца нет вовсе. Появляются сравнительно тяжелые соединения магния и железа. Базальт тяжелее гранита.

Между гранитными породами и базальтовыми существует множество разновидностей, да и сами базальты и граниты разнообразны. Но мы сейчас не будем углубляться в область минералогии и петрографии (учение о горных породах). Наш путь — к центру Земли.

До сих пор немного известно о строении внутренних сфер нашей планеты. Если бы можно было отправить в «подземное плавание» аппарат с людьми, все стало бы ясно. Но, к сожалению, такая экспедиция вряд ли состоится вскоре. Людям оказалось проще преодолеть земное притяжение и вырваться в космос, чем пробить первую, самую тонкую каменную оболочку — земную кору.

Впрочем, подобное предприятие вовсе не обязательно. Научились же люди определять температуру звезд, их состав, размеры, массу. А звездных экспедиций не было, да и ожидать их пока не приходится.

Звезды — перед нами. Их яркость, цвет, спектр и силу воздействия на другие небесные тела можно изучать с помощью телескопов и иных оптических приборов. В остальном помогают формулы физики и вычисления.

Звездные весы

«Вам взвесить этот шарик? Одну минутку…» — так может ответить геофизик на вопрос о весе Земли. Для него взвесить планету — дело нехитрое. Как будто речь идет о том, чтобы сорвать с дерева яблоко и прикинуть на ладони его тяжесть.

Некогда и Святогор, былинный богатырь, в силу свою великую веря, похвалялся:

Да ведь во мне-то сила да такая есть,

Кабы в земною-то обширности был столб,

Да как бы был-то в небесной вышины,

Да кабы было в столби в этом кольцо,

Поворотил бы я всю землю подвселенную.

Не предусмотрел только Самсон Святогор маленькую малость — точку опоры. Увидал он однажды две сумы переметные, неказистые на вид. Стал подымать их. А сумы накрепко с матушкой-Землей были связаны.

Погиб Святогор-богатырь, раздавленный собственной своей великою силой.

«Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю», — сказал Архимед. Он верил в могущество рычага.

Не случайно оговорился Архимед насчет точки опоры. Он знал, что Земля — шар. Найти возле нее в космосе надежную точку опоры мудрено.

Столетиями операция по взвешиванию планеты казалась абсолютно невыполнимой. Мыслимо ли землянам взвесить шар, на котором они сами живут! Не похожа ли такая затея на подвиг барона Мюнхаузена, вытащившего себя и лошадь из болота за собственную косичку?

И все же Землю удалось взвесить. Впервые это было сделано при помощи… отвеса.

Любой отвес, как известно, ориентирован вертикально вниз, к центру Земли. Но действуют на него и другие, куда более мелкие тела, расположенные поблизости. Например, горы.

Из чего состоит гора, можно узнать. Достаточно тщательно осмотреть ее со всех сторон, исследовать горные породы, ее слагающие.

В 1774 году шотландцы Гюттон и Маскелин взвесили гору Шехаллин: измерили ее объем, помножив полученную цифру на средний удельный вес местных горных пород.

После этого ученые пришли к горе с отвесом. Возле горы он, повинуясь закону тяготения, отклонился от вертикали. Угол отклонения был крохотный. Его определили с максимальной точностью. Этот угол, как и углы треугольников Эратосфена, сказал несравненно больше правды о Земле, чем все предыдущие рассуждения.

Зная массу горы, расстояние от центра ее до отвеса, а также расстояние до центра Земли (радиус земного «шара») и величину отклонения отвеса от вертикали, можно вычислить и массу Земли.

Значительно более точный расчет был проведен в самом конце XVIII века. Англичанин Кавендиш ухитрился обнаружить и даже измерить силу взаимного притяжения двух свинцовых шаров. (В возможность проведения столь тонкого эксперимента не верил сам Ньютон.) Кавендиш использовал крутильные весы (с помощью их позже Лебедев «взвесил» солнечные лучи).

А затем стали для определения веса планеты использовать и маятники, и особые весы, чаши которых расположены на разной высоте (то есть на разном расстоянии от центра Земли).

Вы и сами можете взвесить Землю. Для этого достаточно сделать несложный расчет.

Как известно, по закону Ньютона, сила взаимодействия между двумя телами равна: F = KmM/R2, где R — расстояние между центрами этих тел, m и M — массы тел, а K — коэффициент, вычисленный при многочисленных лабораторных проверках закона притяжения (например, опытами Кавендиша), он равен 6,65·10–8.

Представим себе шар массой в 1 грамм, лежащий на поверхности земли. Сила его взаимодействия с Землей выражается формулой Ньютона. При этом масса шара (m) известна — 1 грамм. Известно и то, что масса эта притягивается к Земле (и соответственно, притягивает Землю) с силой, равной 980 динам. Значит,

980 = 6,65·10–81·M/R2.

Отсюда можно приближенно (без учета второстепенных показателей) найти массу Земли, зная ее радиус (R ≈ 6,37·108 см):

M = 980·(6,37·108)2/1·6,65·10–8.

Трудно усмотреть поэзию в опытах ученых. Почти невозможно представить себе массу Земли — цифра тянет за собой длиннейший ряд нулей: 6·1021 тонн. Но именно эти скучные на первый взгляд цифры открывают нам путь в мир действительный, а не созданный одним лишь нашим воображением. Они позволяют ощутить величие Вселенной.

От массы нетрудно перейти к средней плотности (к удельному весу). Для Земли это выразится формулой: M = 4/3πR3 (объем земного шара) × D (средняя плотность). Отсюда D = 3·M/4πR3.

Остается только заменить буквы цифрами.

Сейчас средний удельный вес Земли (ее плотность) принимается равным 5,52 г/см3. Средняя плотность горных пород, распространенных у поверхности, менее 3 г/см3.

Опущенное в море на глубину в несколько километров дерево под давлением воды уплотняется настолько, что не может уже плавать. Оно тонет в воде, как металл.

А в глубинах Земли давление больше, чем на дне океана, в тысячи, в сотни тысяч раз!

Под этим давлением неузнаваемо изменяются свойства вещества Земли. А это, в свою очередь, приводит к совершенно неожиданным последствиям.

Подземный эхолот

На суше, как и в океанах, главным помощником людей стало эхо. Да еще землетрясения — извечные наши недруги. Сила разума даже такого страшного врага обратила в помощника.

Ученые ловят отзвуки ударов. Для этой цели служат сейсмографы — приборы, отмечающие и записывающие малейшие колебания земли. Перо сейсмографа непрерывно чертит полосу на бумаге. Вздрогнет земля, и чуткое перо тотчас метнется, рисуя зигзаг на движущейся бумажной ленте. Чем сильнее толчок, тем резче взмах пера.