Строение земли

Кто из юных читателей не знает увлекательного романа Жюля Верна «Путешествие к центру Земли»? В нем Жюль Берн, используя в качестве художественного приема не правдоподобный способ проникновения героев романа через кратер одного из вулканов Исландии в глубины Земли, рассказывает о строе нии верхней оболочки Земли, или земной коры, и об истории развития жизни на ней, как представляли это себе ученые во второй половине XIX в.

Точно описывая Исландию и острова Средиземного моря, — писатель вводит своих героев в неизвестные глубины земного шара. Не Жюль Верн рассказывает в своем романе о вулканах. Извержения вулканов всегда повергали в ужас человека. Стараясь объяснить происхождение вулканов, уже издавна люди сложили о них массу легенд. Древние греки считали вулканы владением Гефеста (бога огня).


*


Философ Эмпедокл (ок. 490—430 гг. до н. э.) первый стал говорить о расплавленном состоянии внутренних частей Земли, ссылаясь на действующие вулканы и горячие источники. Он изучал вулкан Этну, по склонам которого временами текли мощные потоки лавы, заливавшие окрестности на десятки километров. Эмпедокл, охваченный желанием изучить устройство вулкана и причину извержений, предпринял смелое путешествие в недра кратера Этны и погиб в жерле вулкана.

В средние века ничего нового о вулканах не было выяснено. Господствовавшие теории опирались в основном на мнения древнегреческих философов.

Позже немецкий естествоиспытатель Атанасиус Кирхер (1601 —1680), изучавший вулканические извержения и землетрясения, дал в своем капитальном труде «Подземный мир» не только описание недр Земли, но да же воображаемый разрез земного шара.

По воззрениям Кирхера, внутренность ) Земли — твердое тело с огромными пустотами, которые соединяются между собой и с поверхностью многочисленными каналами. Центральное ядро занято огнем, а пустоты, расположенные ближе к поверхности, заполнены частью огнем, частью водой, частью воздухом.

Иные воззрения на строение Земли высказывал английский ученый Джон Вудворт (1665—1722). По его представлениям, внутренность Земли заполнена целиком водой. Вода образует огромную водяную сферу, сообщающуюся каналами с морями и океанами. Он также привел в своих работах гипотетический (предполагаемый) разрез земного шара. Схемы Кирхера и Вудворта пользовались долгое время широкой известностью. Они приводились даже в учебниках второй половины XIX в.

В основном в науке XIX в. господствовало представление об огненно-жидком ядре земного шара. Это представление логично объясняло повышение температуры, наблюдаемое при опускании в глубь Земли, а также вулканические явления. Кроме того, оно опиралось на космогонические гипотезы Канта и Лапласа.

Немецкий философ Иммануил Кант и французский астроном и математик Пьер Симон Лаплас предложили гипотезы, в которых они пытались дать картину возникновения солнечной системы. В основу своей гипотезы Кант положил состоящую из отдельных частиц туманность, находившуюся в движении. Столкновения частиц между собой привели с течением времени к упорядочению этого движения, и из вращающейся туманности возникли Солнце и планеты. Лаплас полагал, что вследствие сближения частиц и их сжатия туманность постепенно раскалялась. Вращающаяся раскаленная газовая туманность, превосходившая по своим размерам планетную систему, получила сплюснутую форму. Затем при увеличении скорости вращения от туманности постепенно отделялись слои вещества, образовывавшие ряд колец. Каждое из них под действием сил взаимного притяжения слагавших его частиц постепенно превратилось в шаровидное тело — планету, которая сначала была раскаленной, но потом в результате излучения тепла стала остывать.

Центральная же часть туманности после сжатия и отделения от нее ряда колец стала Солнцем.

Космогония — наука о происхождении и развитии небесных тел и их систем.

Таким образом, согласно гипотезам Канта и Лапласа, земное ядро должно быть огненно-жидким; земная кора — продукт остывания не когда огненно-жидкого шара. Однако уже во времена Жюля Верна раздавались, правда очень робко, голоса тед, кто был не согласен с гипотезой Канта — Лапласа. К этому меньшинству, по-видимому, принадлежал и Жюль Верн, вложивший свои мысли в уста профессора Лиденброка, который сомневался в существовании огненно-жидког го земного ядра и старался объяснить внутреннее тепло земной коры процессами окисления.

Эта точка зрения в настоящее время восторжествовала в науке.

Интересная гипотеза образования планет была разработана коллективом советских ученых под руководством академика О. Ю. Шмидта.

Согласно этой гипотезе, планеты образовались из облаков космической пыли, которая обращалась некогда вокруг Солнца. О. Ю. Шмидт показал, что такое пылевое облако вследствие столкновения его частиц между собой должно было весьма быстро превратиться в сплющенный слой, окружавший Солнце. Под влиянием сил взаимного притяжения этот слой превратился в систему отдельных сгустков, а в дальнейшем из этих сгустков образовались планеты. По предположению О. Ю. Шмидта, Земля всегда была холодной, поэтому земная кора вовсе не шлак, который образовался на поверхности раскаленной жидкой массы земного шара. Кора — составная часть нашей планеты — сначала была холодной и лишь впоследствии стала нагреваться в результате различных — в основном радиоактивных — процессов.

Но одни гипотезы помогают теперь ученым проникать во внутренние части земного шара. Для этого, существуют очень точные геофизические методы. Они основаны на изучении колебаний земной коры, вызываемых землетрясениями или искусственными взрывами.

Основной материал для изучения строения земного шара мы получаем из записей колебаний земной поверхности чувствительными приборами — сейсмографами, установленными на многочисленных сейсмических станциях мира. Сами колебания вызываются землетрясениями. Очаги землетрясений находятся в глубинах земного шара, иногда в нескольких сотнях километров от поверхности.

Каждое землетрясение вызывает колебательное движение, распространяющееся от очага во все стороны.

Если бы Земля была однородным телом, то сейсмические волны распространялись бы прямолинейно и с одинаковой скоростью. Изучение скоростей распространения различных волн в Земле показало, что земной шар состоит из ряда концентрических зон, имеющих различную плотность. Намечается несколько зон с различными упругими свойствами.

Первая зона распространяется от поверхности Земли на глубину в среднем около 50 — 60 км. Она представляет собой так называемую земную кору, состоящую в основном из кристаллических пород. Под ней залегает более плотное, но в то же время, вероятно, более пластичное подкоровое вещество. До глубины около 1200 км идет равномерное возрастание скоростей сейсмических волн, что следует объяснить возрастанием давления в однородном составе этого слоя. Глубже рост скорости сейсмических волн замедляется.

Наконец, весьма резкий скачок происходит на глубине 2900 км. Часть земного шара, заключенная между подошвой земной коры, на глубине 50—60 км, и глубиной 2900 км, называется оболочкой Земли. Часть земного шара, заключенная внутри поверхности раздела на глубине больше 2900 км, называется ядром Земли, а сама поверхность раздела — границей ядра.

Ядро Земли состоит из такого вещества, которое не сопротивляется изменению формы, т. е. оно ведет себя по отношению к сейсмическим колебаниям как жидкое или газообразное тело. Верхний покров земного шара, слагающий континенты и ложа океанов, делится на два основных слоя. Самый верхний слой континентальной части земной коры состоит в основном из напластовании так называемых осадочных пород и пород, близких по составу к гранитам. Поэтому верхний слой обычно называется гранитным, хотя нужно помнить, что это название условное, так как в этом слое имеются и другие породы, а состав его может несколько меняться от района к району.

Ниже лежит так называемый базальтовый слой. Основную роль в его строении играют породы, богатые магнием и железом и бедные кремнекислотой. Это разновидности базальтовой группы пород, и поэтому нижний слой коры получил название базальтового. Этот слой отделяется от нижеидущих пород подкорового слоя поверхностью, отчетливо различаемой сейсмическими волнами. Эта поверхность называется поверхностью С. Мохоровичича, по имени югославского ученого, открывшего ее. Скорость сейсмических волн глубже поверхности раздела сразу возрастает до 8 км/сек, что обусловлено увеличением плотности вещества Земли.

Вещество земной коры находится в кристаллическом состоянии. Толщина земной коры меньше под океанами, чем под континентами. Возможно, что под дном Тихого океана вообще отсутствует гранитный слой.

Самая верхняя часть земной коры в значительной мере состоит из слоистых осадочных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц в морях и океанах. В них захоронены остатки животных организмов и растений, населявших прежде земной шар. Общая мощность осадочных пород не превосходит 12—15 км. Их последовательно идущие напластования и содержащиеся в них окаменелости животных и растений позволяют ученым-геологам восстанавливать историю развития жизни на Земле. Верхняя часть внутренней оболочки Земли по химическому составу ближе всего к составу горных пород, известных под названием перидотитов и пироксенитов, очень богатых магнием и железом и отличающихся значительным удельным весом.

Мы имеем некоторые доказательства реального существования этой подкоровой оболочки. В массах пород, заполняющих вертикальные алмазоносные «трубки» Кимберли в Южной Африке, а также в алмазных копях Якутии в изобилии находятся вынесенные с больших глубин куски оливиновых и перидотитовых пород. Это самые глубокие из известных нам материалов, слагающих Землю.

Но методами современной геофизики мы познаем Землю и дальше вглубь, правда уже только в отношении распределения материала по плотности и упругости, не зная пока других его свойств.

Таким образом, можно считать, что внутренняя оболочка Земли простирается до глубины 2900 км. Вещество оболочки твердое, но обладающее пластичностью, в нижней части лишенное кристаллической структуры (аморфное). Состав ее, по-видимому, тот же, что и в самой верхней (подкоровой) части. Изменение плотности оболочки Земли связано не столько с изменением состава, сколько с давлением, которое достигает здесь огромной величины.

Так, например, давление на единицу поверхности равно:

глубина давление в километрах в атмосферах 5 1 350 50 13 500 800 296 100 3200 2 677 900

Земное ядро обладает свойствами жидкости. Радиус земного ядра — 3471 км. При переходе от оболочки к ядру резко изменяются физические свойства вещества. Причиной .такого изменения является, вероятно, изменение атомной структуры под влиянием высоких давлений, достигающих около 3 млн. атмосфер. Температура внутри Земли повышается до 2000—3000°, при этом наиболее быстро температура повышается в земной коре, далее — значительно медленнее, а на больших глубинах остается постоянной.

Плотность Земли возрастает с 2,6 на поверхности до 6,8 на границе ядра Земли. В самом ядре плотность возрастает до 10, а в его центральных частях превышает 12.

До недавнего времени считали, что ядро имеет железный состав, аналогичный железным метеоритам, а оболочка — силикатный состав, соответствующий каменным метеоритам. Однако, согласно современным научным взглядам, причина резкого скачка плотностей и резкого уменьшения твердости у границы ядра Земли не в разделении вещества по химическому составу, а в физико-химическом процессе — частичном разрушении электронной оболочки атомов при критическом давлении, достигающем 1,4 млн. атмосфер.

Отрыв электронов от ядер под действием огромного давления и высокой температуры облегчает резкое уплотнение вещества и придает ему новые свойства, сходные в отношении твердости со свойствами жидких тел (способностью жидких тел, сохраняя объем, изменять первоначальную форму), а в отношении электропроводности — со свойствами металлов. Поэтому такое превращение называется переходом вещества в металлическую фазу.

Таким образом, условия существования материи в больших глубинах земного шара резко отличны от условий на земной поверхности и тех, которые мы можем пока создать путем опыта. С каждым годом данные геофизики и астрофизики позволяют нам все лучше и лучше разбираться в строении земного шара, а это в свою очередь дает нам возможность видеть связь ряда важнейших геологических процессов, совершающихся в земной коре, с процессами, происходящими в глубинах земного шара.

Вот почему так важно и так интересно изучать строение нашей планеты.

Нет комментариев »

Еще нет комментариев.



Оставить комментарий