Анатолий Малахов - Под покровом мантии

Еще глубже лежит ядро Земли. Бесконечные споры ведут ученые о его составе. Надо сказать, что есть два вида колебаний Земли: продольные и поперечные. Продольные колебания возникают в виде сжатия и расширения вещества по направлению распространения бегущей волны. Поперечные колебания возникают в результате своеобразного кручения вещества; здесь колебание вещества происходит перпендикулярно распространению движения волны. Продольные волны движутся быстрее поперечных.

При переходе от мантии к ядру Земли скорость продольных волн с 12,5 километра в секунду вдруг скачком уменьшается до 8,5 километра в секунду. То же происходит и с поперечными волнами: их скорость с 7,5 километра в секунду снижается до 5 километров.

Ученые высчитали, что поверхность земного ядра имеет площадь 147,7 миллиона квадратных километров. Такую же поверхность — 147,6 миллиона квадратных километров — имеют все материки нашей Земли. Такое совпадение показалось странным и родило немало гипотез. Среди них были и такие, которые скорее пристало называть забавными, чем глубокомысленными. О них стоило б рассказать подробно, если б история науки не знала много подобных примеров. Известно, что в средние века мыслители считали число семь священным на основании того, что на голове человека семь отверстий, на небе — семь планет, а в неделе — семь дней. Это совпадение казалось исполненным глубокого, таинственного смысла. И что же? Оказалось, что планет, не семь, а девять. От кабалистического таинства ничего не осталось. Если бы иному стороннику таких сопоставлений, скажем, попалась бы вдруг бабочка с площадью крыльев в 147,7 квадратного миллиметра, к каким выводам он мог бы прийти! Совпадение площади ядра и суши, надо полагать, носит чисто случайный характер. Итак, оставим эти гипотезы и опустимся глубже в недра Земли.

Подобно коре и мантии, ядро так же неоднородно. До глубины в пять тысяч километров от поверхности Земли еще прослеживаются очень слабые поперечные волны, затем они полностью затухают в так называемом ядрышке. В каком же состоянии находится вещество в ядре и ядрышке? Если уже в мантии оно во много раз тверже стали (например, в нижней мантии — в 3–4 раза), то что же находится под мантией? Но здесь-то и начинаются пока еще необъяснимые странности. Породы в ядре Земли всего лишь примерно в два раза тверже стали.

Физики говорят, что поперечные волны затухают в жидкости. В ядре поперечные волны затухают; ядрышко они тоже не пронизывают. Значит, и там жидкость? Но что это за жидкость, которая в два раза тверже стали? И вообще жидкость ли это?

Одно время можно было слышать разговоры о том, что вещество ядра не твердое, не жидкое, а жидкообразное.

Но в последнее время получены некоторые доказательству того, что оно действительно жидкое. Лауреат Ленинской премии геофизик М. С. Молоденский провел расчеты изменения положения полюсов. Эти изменения он ставит в связь с состоянием внутренних зон Земли и в первую очередь ядра и ядрышка Земли. Выходит, эти перемещения полюсов могли произойти только в том случае, если вещество там находится в жидком состоянии. Расчеты Молоденского достаточно убедительны, его теория вполне логична, но представить себе жидкое вещество с твердостью в два раза большей, чем твердость стали, мы пока не в состоянии. Уж очень необычная эта, должно быть, «жидкость»!..

Вот так в наши дни расшифровывается код информации Земли, записанный сейсмографами.

Три свойства присущи материи, гласит старая индийская мудрость. Первое из них называется — «саттва». Оно означает легкость и чистоту. Второе — «раджас» — устойчивость, энергия, движение. Третье — «тамас» — тяжесть, темнота, инерция.

Да, уже древние индийцы чувствовали, что такое тяжесть. Две из восьми магических сил они тоже посвящали проблеме тяжести. Чародей и маг, думали они, может по своему усмотрению стать либо чрезвычайно легким, либо очень тяжелым.

В нашем былинном эпосе есть любопытный рассказ о Святогоре-богатыре, похвалявшемся своей силушкой: он, мол, мог бы перевернуть небо и землю, если бы было за что ухватиться.

И вот подъехал к Святогору оратай (пахарь) Микула Селянинович. Бросил он на землю котомку и предложил Святогору поднять ее. Святогор хотел было подхватить котомку прямо с коня — не поднял. Тогда он спешился, поднатужился, да только по колено в землю ушел. А потом и совсем его земля поглотила. В котомке была вся тяжесть земная, говорится в былине, и не под силу она самому великому богатырю.

У многих народов есть и другие легенды о концентрации земной тяжести. Здесь можно назвать сказания и о Потоке-богатыре и о королевиче Марко — югославском витязе. А в средневековой повести об Александре Македонском говорится о том, как он достиг земного рая и там ему попался маленький камушек, который поднять невозможно. Может быть, в этих легендах, кроме чисто аллегорического смысла, отразились и представления о различной тяжести горных пород?

Жила в народе и мечта о преодолении силы тяжести. Самое эффектное сказание — легенда о гробе Магомета. Он не имел тяжести и неподвижно висел в воздухе, не падая на землю, хотя ни на чем не стоял и ни на чем не был подвешен. Для гроба как бы не существовало закона ускорения силы тяжести. Конечно, это была только сказка, созданная для возвеличения пророка!

Эту сказку пытался осуществить с 1889 году профессор Элью Томсон, показавший на Всемирной парижской выставке идею эффекта Магометова гроба. Для этой цели он использовал электрическое отталкивание, с помощью которого массивное медное кольцо диаметром 15 сантиметров поддерживалось в воздухе. А теперь сказка стала былью, и наши космонавты уже не раз испытали состояние невесомости. Так сила тяжести покоряется человеку.

В наши дни каждый спортсмен-парашютист знает, как рассчитать затяжной прыжок. Известно спортсменам и то, что на каждой широте имеется свое ускорение силы тяжести свободно падающего тела. На экваторе оно минимально, а на полюсах несколько больше.

Эти различия силы тяжести на поверхности Земли связаны с ее особой формой. Еще в детстве нас учили, что Земля — шар. Потом говорили, что она похожа на эллипсоид вращения, сплюснутый у полюсов. Затем ученые установили, что Земля похожа только сама на себя, ничего аналогичного среди геометрических тел здесь не придумаешь. И тогда нашу планету назвали «геоидом», что в переводе и означает нечто вроде «земноподобный». Геоид близок к сфероиду вращения, но отличается от него не предусмотренными геометрией отдельными выпуклостями и вогнутостями.

Иногда сравнивают Землю с трехосным эллипсоидом. Советские ученые С. А. Красовский и А. А. Изотов доказали, что у Земли есть не только полярное сжатие, но и экваториальное. Правда, сжатие в зоне экватора невелико и в наших рассуждениях им можно пренебречь. Главным является сжатие у полюсов, где сила тяжести, ее ускорение немного больше. Какую-то роль играет и вращение Земли вокруг оси: на экваторе центробежная сила больше, а поэтому сила тяжести меньше.

Можно даже рассчитать, каким будет ускорение силы тяжести на разных широтах. Такое рассчитанное поле ускорения силы тяжести обычно называют нормальным. Ведь могут быть и ненормальные поля ускорения силы тяжести, или, как их принято называть, аномальные поля, где общий закон кода информации силы тяжести нарушается. Практически же незначительные отклонения от него отмечаются в любой точке земного шара, и это, как увидим, для геологов — великое благо.

Причиной многих аномалий силы тяжести является рельеф местности. Аномальные поля мы встречаем в зонах всех крупных возвышенностей земного шара: в центральном участке Азии, на Памире и Гималаях, в Средней Азии, на Кавказе. Аномальные поля силы тяжести встречаются и в области океанов, также в зависимости от рельефа дна.

Но дело в том, что на эти аномалии ускорения силы тяжести накладываются еще и другие. Аномальные поля зависят от концентрации разнообразных полезных ископаемых, а также от различного типа горных пород.

Так, например, ученые выделяют близко расположенные к поверхности участки базальтового слоя не только сейсмическими способами, но и путем определения изменений ускорения силы тяжести. Для этой цели применяют сложные приборы, главной деталью которых является маятник. Давно уже было подмечено, что плоскость, направление отвеса маятника изменятся при его приближении к высоким горам или какой-нибудь очень плотной массе. Практически зафиксировать такое изменение было очень трудно. Но с помощью изобретательных приспособлений эти отклонения от линии отвеса удалось измерить по закручиванию нити, на которой подвешен маятник. Так находят те аномальные зоны, о которых мы сейчас говорим, освещаются недра Земли, раскрываются скрытые в ее недрах полезные ископаемые и особенности ее строения.