Георгий Горшков - Строение земного шара
Ниже, в толще «перидотитовой», а затем и «промежуточной» оболочек, как обычно считалось, роль кислорода, кремния и алюминия снижается и на первое место выступает железо. Для всего земного шара, включая и ядро, приводились такие цифры (В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, Г. Вашингтон): железо — около 40 %; кислород — около 28 %, кремний — около 15 %; магний — около 9 %, далее никель, кальций, алюминий, а остальные элементы в количествах менее 1 % каждый.
Какие соображения положены в основу этих расчетов?
Прежде всего, как о том говорилось, данные о распределении плотностей внутри Земли. Сведения о законе изменения плотностей в глубинах Земли могут считаться достоверными. Увеличение плотности с глубиной несомненно, и средняя плотность Земли в целом — 5,52 — вычислена с большой точностью.
Другое обстоятельство — проблема метеоритов. Метеориты, блуждающие в мировом пространстве, выпадают на Землю в довольно больших количествах. В течение года Земля получает в виде метеоритов несколько тысяч тонн вещества. До последнего времени считалось, что метеориты, так же как и астероиды («малые планеты»), представляют собой осколки когда-то распавшейся планеты, орбита которой находилась между Землей и Марсом. Недавно высказана другая мысль, о которой мы уже говорили в начале статьи, касаясь гипотезы О. Ю. Шмидта: планеты суть скопление метеоритов. Так или иначе, в обоих случаях между планетами (в том числе и Землей) и метеоритами имеется, очевидно, некоторая родственная связь, и состав метеоритов не должен сильно отличаться от состава планет, в том числе и Земли.
К настоящему моменту хорошо изучено около 600 выпавших на Землю в разные времена и в разных местах метеоритов. Из них около 50 оказалось железными, остальные — каменные. Железные метеориты содержат 91 % самородного железа, остальное приходится на никель (8 %), фосфор и кобальт (1 %). Каменные метеориты по своему составу очень близки к ультраосновным породам типа перидотитов и содержат преимущественно такие минералы, как оливин, и близкие к нему.
В целом средний химический состав метеоритов, по А. Е. Ферсману, определяется такими цифрами: кислород — около 53 %; кремний — около 15 %; магний — около 13 %; железо — около 12 %; сера — около 2 %; алюминий — около 1 %; остальные элементы — меньше 1 % каждый[4]).
Какие же выводы можно сделать на основании этих сведений?
Прежде всего надо отметить химическое родство тел солнечной системы, химическое тождество их (мы сказали бы химическое единство) — вывод, имеющий большое методологическое значение. Ни одного элемента, ни одного минерала не обнаружено в метеоритах такого, которого бы не было на Земле.
Далее, обращает на себя внимание тот факт, что метеориты по своему химическому составу близки к земной коре, если судить о составе последней по приведенным выше цифрам, основанным на химических анализах горных пород.
Наконец, третье обстоятельство: существование железных метеоритов указывает на возможность значительной дифференциации (разделения) вещества, что, вероятно, относится и к Земле, в условиях которой одним из ведущих факторов в этом отношении могут явиться гравитационные силы (т. е. сила тяжести). Под воздействием силы тяжести минералы тяжелые должны стремиться к центру Земли, минералы легкие — к поверхности. Земля будет расслаиваться, что облегчается пластическим состоянием вещества в глубине земного шара. Такое расслоение называется «гравитационной дифференциацией». В последние годы «гравитационная дифференциация» привлекает большое внимание геологов и геофизиков. В. В. Белоусов предложил гипотезу о причинах тектонических движений, в основу которой положена идея о гравитационной дифференциации; эта идея в свою очередь связана с космогонической теорией О. Ю. Шмидта.
Все изложенное, казалось бы, приближает нас к решению вопроса о составе земного шара, в том числе и его ядра, если бы не одно обстоятельство: опять все то же высокое давление! Дело в том, что при очень высоком всестороннем давлении силикаты, т. е. минералы, из которых состоят ультраосновные породы, могут настолько сильно уплотняться, что переходят в новую, так называемую металлическую фазу, приобретая свойства металлов, в частности железа. Еще в 1939 г. В. Н. Лодочников, профессор Ленинградского горного института, предлагал объяснить поведение сейсмических волн в глубине Земли «уплотнением пронизываемых тел от нагрузки вышележащих пород без всякого изменения вещественного состава этих тел». Позже эту мысль подтвердил английский ученый В. X. Рамсей, показавший с помощью расчетов, что такой процесс возможен и что прежняя гипотеза о железном ядре отнюдь не является обязательной.
Что же в итоге? Изменяется ли состав земных оболочек с глубиной так, что в ядре остается почти одно лишь железо? Или состав не изменяется, но вещество залегающих в глубине минералов переходит в новую фазу и меняются лишь его свойства? Известный советский геофизик В. А. Магницкий пишет по этому поводу так: «…в настоящее время мы должны считать обе гипотезы о строении ядра равноправными рабочими гипотезами». Вероятно, это так; но в последние годы, нужно заметить, накапливается все больше фактов, которые говорят не в пользу гипотезы о железном ядре, а, скорее, в пользу упомянутых выше идей В. Н. Лодочникова.
8. Строение и развитие земной коры
До сих пор мы занимались в основном Землею в целом. Следовало бы теперь несколько ближе заняться вопросом о земной коре.
Как уже говорилось, «земная кора» обычно отождествляется с сиалической оболочкой; другими словами, к земной коре относятся «слои» гранитный и базальтовый. В таком случае мощность, т. е. толщина земной коры в пределах обширных равнинных пространств материков, будет определяться цифрой порядка 40–50 км, под горными хребтами — до 80 км, а под океаном сходит на нет.
Можно предложить другой вариант: считать, что земная кора — это наружная кристаллическая твердая оболочка земного шара, в пределах которой температура меняется от 0° на поверхности до 1300–1500° на глубине (т. е. возрастает до температуры плавления горных пород). В таком случае толщина земной коры всюду будет равна 100–130 км, независимо от состава слагающих ее пород и независимо от того, где мы ее рассматриваем — на материке или в океане.
Какое бы значение термину «земная кора» ни придавать, нас, обитающих на поверхности Земли, особенно интересует строение самых поверхностных частей ее, сложенных по преимуществу осадочными породами.
Изучая состав, расположение и прочие особенности и свойства осадочных пород, мы обнаруживаем следующее важное обстоятельство.
Обширные пространства равнин — таких, как Русская или Сибирская — с поверхности сложены разнообразными осадочными породами, образующими слои малой мощности и горизонтального залегания. Действительно, в любом обрыве, в овраге, на склоне подмытого рекою берега или в искусственном карьере вы можете увидеть подобные породы — пески или песчаники, глины или известняки, залегающие в форме ясно выраженных горизонтальных слоев, далеко распространяющихся в стороны, но быстро сменяющих Друг друга в вертикальном направлении. По своему происхождению эти породы чаще всего оказываются морскими, о чем говорят заключенные в них окаменевшие остатки морских животных, например белемниты, аммониты и т. п.; нередко встречаются породы и континентального, наземного происхождения, о чем говорят заключенные в них остатки растений прежних времен; таковы, скажем, каменный уголь и торф.
Подобные породы очень мало изменены временем. Конечно, они уплотнены; по сравнению с тем первоначальным рыхлым осадком, из которого образовались, они приобрели новые черты, но все же процесс уплотнения не нарушил их структуры, не изменил условий залегания, не повредил ископаемых. В некоторых случаях породы сохраняют свою свежесть в такой степени, что кажутся отложившимися только сейчас; таковы, скажем, кембрийские глины под Ленинградом. Этим глинам не менее 500 миллионов лет, а они так свежи и податливы, будто образовались совсем недавно.
Среди подобных спокойно залегающих пластов мало измененных осадочных пород изверженные породы почти не встречаются; здесь, среди равнин, как правило, не бывает ни вулканов, ни гейзеров, ни горячих источников, ни других проявлений вулканической жизни; здесь не возникают и землетрясения.
Все описанные выше свойства присущи тем участкам земной коры, которые именуются «платформами». В пределах платформ тектонические движения проявляются очень слабо. Они выражаются лишь в том, что платформа вся в целом или отдельные ее части испытывают очень медленные, едва заметные подъемы или погружения, сменяющие друг друга со временем, что приводит то к наступлению моря на сушу, то к отступлению. Отсюда — изменение в составе осадков, накапливающихся на платформах. В этом выражаются так называемые колебательные движения. Следовательно, под платформами следует понимать сравнительно устойчивые, малоподвижные участки земной коры, в пределах которых накапливаются осадки малой мощности, слои залегают в ненарушенном положении, проявлений вулканизма нет, землетрясений нет, горных кряжей нет.
