Строение недр Земли
Елена Голец 5673
Строение недр Земли до сегодняшнего дня остается не изученным до конца, и составляет загадку для ученых из-за их недоступности. Еще до нашей эры люди пытались изображать схемы внутреннего строения Земли.
Религиозные представления о недрах Земли
Идея ада и рая - отнюдь не монополия христианской религии. В верованиях древних греков, римлян, семитских народов душа человека после его смерти нисходит в некие безрадостные места, где и влачит скорбное существование.
Христианская религия только развила и детализировала эти уже бытовавшие представления о недрах Земли. С наибольшей полнотой они нашли свое выражение в знаменитой «Божественной комедии» Данте. Как известно, великий поэт расположил вместилище для вечных мучений грешников именно в недрах Земли.
И это вовсе не удивительно: творцам первых мифологий подземное царство казалось столь же недосягаемым, как и небесное, отдаленное от нас хрустальным сводом. И они, конечно, не могли и представить себе, что хрустальный свод будет вдребезги разбит усилиями мысли мудрецов Возрождения, а в наше время пронизан лучами радиолокаторов и трассами космических аппаратов.
Ну а что случилось за это время с «подземным царством», с прибежищем «духа тьмы» - антибога? Что знает и чего не знает о внутреннем строении Земли современная наука?
Что известно о строении недр Земли
Мы представляем себе сейчас строение недр Земли несравненно хуже, чем нашу солнечную систему. Но, нам хорошо известен объем нашего незнания, люди достаточно подробно исследовали поверхность планеты, взобрались на высочайшие горы, промеряли глубочайшие впадины на дне океана.
Но и рекордная из пробуренных скважин имеет глубину, не превосходящую 12 тысяч метров (на Кольском полуострове). А сам человек спустился в шахты на глубину 4 тысячи метров.
Надо еще сказать, что «углубляется» человек в недра Земли чрезвычайно медленно: меньше чем на километр за десятилетие, и это в нашем, совершающем техническую революцию двадцать первом веке! И, судя по всему, большой революции в этом вопросе в ближайшее время ожидать не приходится.
Вряд ли кто-либо возьмет на себя сегодня смелость предсказать, в каком столетии буровая скважина достигнет центра земного шара, для изучения внутреннего строения Земли, даже если считать, что пробурить такую скважину принципиально возможно.
Сейсмические колебания для изучения недр Земли
Русский ученый Б. Б. Голицын еще в первом десятилетии XX века открыл людям новый путь к изучению земных недр. Он предложил воспользоваться для этого сейсмическими колебаниями, возникающими при землетрясениях. Где бы ни произошло землетрясение, оно порождает упругие колебания.
Б. Б. Голицын открыл новый путь к изучению земных недр - использование сейсмических колебаний, возникающих при землетрясениях. Пройдя сквозь толщу Земли, не раз отразившись и преломившись при переходах из одних земных пород, (подробнее: Черные и цветные металлы), в другие, в сильно ослабленном виде они снова выходят на поверхность.
Здесь их обнаруживают чуткие приборы - сейсмографы и записывают на бумажную ленту. Анализируя эти записи, специалисты могут не только определить, где именно, в каком месте земного шара произошло землетрясение, но и ответить на вопрос, через какие слои прошли колебания, прежде чем были записаны сейсмографом.
Виды сейсмических колебаний в недрах земли
Сейсмические колебания бывают двух видов:
- продольные,
- поперечные.
Пример продольных колебаний можно представить так. Если взять несколько шашек и поставьте на доске, прислонив одну к другой, а затем резко ударьте по крайней шашке, чтобы удар прошел по всему ряду, то последняя шашка при этом отскочит на большое расстояние, словно удар был нанесен именно по ней.
Суть дела в том, что упругая волна, возникшая вследствие удара, подобно последовательной волне сжатий и разжатий вещества, прошла через весь ряд шашек. Такие волны, - подобные звуковым волнам - называются продольными волнами.
О поперечных волнах дают представление колебания ученической линейки, один конец которой прижат к столу стопкой книг. При любом землетрясении возникают колебания обоих видов.
Они имеют различные скорости распространения в разных горных породах, по-разному преломляются и отражаются при переходах из одних пород в другие. Так, к примеру, продольные колебания могут распространяться и в твердой, и в жидкой, и в газообразной средах. А поперечные колебания - только в твердой среде. Ни жидкости, ни газы поперечных колебаний не пропускают.
Создатель метода сейсмического зондирования земной коры Б. Б. Голицын писал:
Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, помогая тем самым рассмотреть то, что там происходит.
Может быть, уместно сразу же отметить, что ни Голицын, ни другие ученые не смогли рассмотреть там никаких признаков ада, «геенны огненной» и прочих загробных концлагерей для заблудших грешных душ.
Земная кора
Прежде всего с помощью сейсмографов удалось установить концентрическое строение внутренности земного шара. Самая верхняя зона, на которой лежат моря, океаны, горы и развивается жизнь, называется земной корой. Это самая тонкая из земных зон - ее толщина на континентах равна всего 30-60 километрам. Под океанским дном мощность земной коры еще меньше: она равна здесь всего 5-10 километрам.
Термин «земная кора» остался в науке еще от тех времен, когда считали, что вся наша планета под твердой поверхностью состоит из расплавленных горных пород, из того огненного солнечного вещества, что послужило материалом для образования всех небесных тел нашей планетной системы.
И хотя сегодня гипотеза происхождения Земли из огненного расплава навсегда оставлена, название земная кора сохранилось.
Осадочные породы
Земная кора подразделяется специалистами условно на несколько слоев. Самый верхний - осадочные породы. Это глины, песчаники, известняки, о происхождении которых мы знаем еще из школьных учебников. Большая часть Европейской части имеет толщину осадочных пород около 3 километров. На Кольском полуострове они значительно тоньше, а на Апшеронском полуострове значительно толще. Осадочные породы очень важны для человеческой культуры: в них содержатся залежи многих полезных ископаемых.
Гранитный слой
Под слоем осадочных пород лежит гранитный слой. Граниты, (подробнее: Горные породы слагающие земную кору), издавна считали чисто магматическими породами, образовавшимися при затвердении магмы. Но в последние десятилетия участились находки в гранитных породах окаменевших остатков растительных организмов.
Каждому очевидно: в расплавленной лаве не может быть ни морских раковин, пи семян растений. Значит, по меньшей мере не все граниты образовались из расплавленной лавы. И действительно, специальные опыты показали, что гранитные породы могут быть получены путем приложения очень больших давлений без дополнительного воздействия температур.
Слой базальтов
Под гранитным слоем на континентах идет слой базальтов. От гранитов их отличает химический состав: граниты содержат много кремневой кислоты и называются кислыми, базальты содержат кислоты значительно меньше и потому называются основными.
Содержание кремневой кислоты в базальтовом слое меньше, чем в гранитном слое. Раздел между гранитами и базальтами называют именем немецкого ученого Конрада, а нижнюю поверхность земной коры, на которой кончаются базальты и начинается следующая зона - мантия,- именем югославского ученого Мохоровичича.
Пройдя «слой Мохо», сейсмические волны сразу увеличивают скорость распространения на 1-2 километра в секунду.
Мантия
Мантия - самая мощная из земных зон. Она простирается до глубины в 2900 километров, в ее состав входит около 70 процентов всей массы земного шара. В мантии скорость сейсмических волн то растет, то замедляется, и это позволяет выделить в ней целый ряд разделов.
- Верхний слой мантии - подкоровый - простирается на глубину около 100 километров. Этот слой играет большую роль в жизни Земли. Это в нем располагаются своеобразные подземные озера расплавленной лавы, питающие вулканы. В нем локализируются в большинстве своем те напряжения, которые приводят к значительным сдвигам, а следовательно, и к землетрясениям на поверхности.
- Под подкоровым слоем находится слой Гутенберга, названный так в честь немецкого геофизика, впервые разработавшего излагаемую нами схему строения Земли. Этот слой несравненно более спокоен, чем подкоровый.
- Ниже, до глубины примерно 400 километров, идет слой, не имеющий определенного названия.
- А под этим слоем лежит мощный слой - толщиной около 400 километров, носящий имя академика Голицына. Здесь расположены очаги глубокофокусных землетрясений. Ученые полагают, что при давлениях, господствующих в этом слое, порядка 100 тысяч атмосфер, происходит вдавливание внешних электронных оболочек атомов, электроны переходят на более глубокие орбиты. При этом возможно взрывное выделение больших количеств энергии.
- Под слоем Голицына лежит последний слой верхней мантии толщиной также около 400 километров. Этот слой, не в пример предыдущему, отличается абсолютным покоем.
- Еще глубже простирается нижняя мантия.
Мантия опоясывает ядро Земли. Его диаметр - 5940 километров. В глубине ядра удается прощупать еще один раздел, отделяющий так называемое ядрышко. Диаметр ядрышка не более 3 тысяч километров. Скорость сейсмических волн, возрастающая в пределах мантии до 13,6 километра в секунду, на границе ядра резко падает до 8,1 километра.
Поперечные волны на этой границе останавливаются вообще, а мы помним, что они прекращают свое существование в жидкостях и газах. Что говорит в пользу жидкой фазы ядра Земли. О том, что представляют собой вещества в ядре и ядрышке, ученые спорили на протяжении всего XX века. Прежде считали, что внутренность планеты хранит в себе неостывший жар огненного сгустка, из которого она когда-то сформировалась.
И не было сомнений: в центре планеты - температуры в тысячи градусов, давление - около 3 миллионов атмосфер и жидкое состояние вещества.
Гипотезы о строении недр Земли
Какое-то время существовала гипотеза, в которой представление об огненном прошлом недр Земли было отвергнуто наукой, и была выдвинута мысль о насквозь промороженном ядре, имеющем температуру, близкую к абсолютному нулю. Известно, что при таких температурах в некоторых веществах возникает явление сверхтекучести.
Не этим ли объясняется затухание поперечных колебаний? Впрочем, мы слишком плохо представляем себе свойства вещества под давлением в 3 миллиона атмосфер. При этом, конечно, должны играть большую роль процессы, связанные со строением электронных оболочек, а может быть, и со строением атомных ядер.
Некоторые ученые полагают, что особые свойства земного ядра объясняются изменениями в строении электронных оболочек атомов, подвергнутых большому давлению. Современная квантовая механика «разрешает» располагаться электронам только на определенных уровнях. Во многих атомах внутри заполненных оболочек оказываются и незаполненные.
Под действием внешнего давления электроны могут сравнительно легко переходить из внешних оболочек в незаполненные внутренние. Химические свойства элементов, которые определяются строением внешних оболочек, при этом резко изменяются. Как правило, под давлением кристаллические диэлектрики легко превращаются в металлы.
Учитывая сказанное, выдвигалось предположение, что ядро нашей планеты состоит из оливина. Давление в полтора миллиона атмосфер на его границах обеспечивает его металлические свойства. Проводимость ядра, соответствующая проводимости металла, обеспечивает возникновение земного магнитного поля. Ну а его температура...
Она считалась не слишком высокой, лишь такой, чтобы вещество перешло в вязкое состояние, при котором оно уже не может сохранять касательных напряжений. При этом оно будет представляться жидким.
