100 великих парадоксов - Рудольф Константинович Баландин
Литосфера – живёт
«Литосфера» в переводе с греческого – каменная оболочка. Казалось бы, этим всё сказано. Земная кора – твёрдая надёжная опора под ногами. Воздух и вода подвижны, а она – нечто косное, инертное, застывшее.
Как может жить нечто каменное? Если такое утверждение воспринимать аллегорически, с ним легко согласиться. Но тогда нет никакого парадокса. А если это сказано всерьёз, то едва ли не всем покажется нелепой попыткой опровергнуть мнение привычное, устоявшееся в науке и в общественном сознании. Вот, мол, какой я парадоксалист!
И всё-таки есть веские основания говорить о жизни литосферы. Эта своеобразная жизнь проявляется, как у любого живого организма, прежде всего в закономерном обмене веществ. Кювье называл живой организм вихрем атомов. Точнее сказать, это – система сложно организованных вихрей атомов и молекул. То же самое относится к литосфере.
Подобно живому организму она со временем становилась всё более сложной и массивной благодаря обмену веществ и аккумуляции солнечной энергии при активном участии газов атмосферы, воды и живых существ. Многие её парадоксальные особенности мы обсудим особо. А для начала обратим внимание на анатомию литосферы.
Ниже более или менее толстого слоя рыхлых осадков, почв, ила находятся прочные скальные породы, которые в некоторых местах выступают на земную поверхность. Ещё глубже располагаются зоны вязкой или жидкой раскалённой лавы. Из жерл вулканов или из глубинных трещин она изливается на поверхность.
Примерно такая картина земных недр знакома нам со школы. Ныне популярная глобальная тектоника плит литосферы (каменной оболочки) имеет в виду именно плитчатую структуру земной коры, а не какую-то «кожу планеты».
Однако жители сейсмических или вулканических районов знают на собственном опыте, что впечатление о незыблемой каменной тверди обманчиво. Она способна дрожать или извергать из своих недр массы пара, пыли, расплавленной магмы. Так наглядно проявляется жизнь глубинных горизонтов, можно сказать, земной подкорки.
Многие учёные прошлого предполагали, что ниже нескольких десятков километров горные породы расплавлены, а сверху покрыты застывшей коркой. Отсюда и название земная кора.
Структура литосферы
Это предположение не подтвердилось. С помощью сейсмографов (от греческого «сейсмос» – колебания) геофизики стали исследовать свойства глубинных горных пород, улавливая отражённые от них колебания при землетрясениях или взрывах. Выяснилось, что на больших глубинах обычно залегают чрезвычайно плотные и прочные каменные массы, а не расплавы.
Плотность горных пород с глубиной сначала растёт, затем уменьшается, снижается и вязкость. Этот слой назвали астеносферой (от греческого «астенос» – слабый). Он располагается, местами прерываясь, в интервале глубин от 50—100 км (кровля) до 150–250 км (подошва).
О существовании астеносферы геологи догадались ещё в начале ХХ века, и термин появился до того, как доказали существование этого слоя. Залегающие выше него кристаллические толщи по-прежнему именуют земной корой. Вместе с астеносферой земная кора образует литосферу.
И это название тоже не вполне отвечает реальности: каменные массы находятся и глубже, в мантии планеты. По своей плотности они ещё более «каменисты», прочнее, чем земная кора. Но так уж принято, термин вошёл в научный обиход, и с этим надо считаться.
Наиболее похожи на инертную кору давно сформированные континентальные участки пониженной геологической активности (платформы). Здесь астеносфера тонка и залегает глубоко. Под активными зонами она расслаивается на несколько частей и поднимается выше к земной поверхности. Под океанами астеносфера наиболее мощная (в особенности под срединно-океаническими хребтами).
Наиболее подвижна, изменчива именно земная кора. Но изменяется она не в наших обыденных масштабах времени, а в геологических, исчисляемых в сотнях тысяч и миллионах лет. Здесь постоянно накапливаются осадочные породы, поднимаются горы, работают вулканы, перемещаются моря, острова и континенты. Идёт химическое преобразование горных пород, сминаются в причудливые складки слоистые толщи.
На кору каменная оболочка планеты никак не похожа. В ней идёт активный обмен веществ с участием природных вод, воздуха и живых организмов. Полный круговорот веществ в литосфере происходит за миллионолетия. Для планеты такие сроки невелики.
Представлена земная кора осадочными слоями, магматическими и метаморфическими (преобразованными в горниле недр) толщами. Плотность её 2–3 т/м3; толщина под океанами 5—15 км, под континентальными равнинами 30–40 км, а в горных странах до 90 км.
Границу коры и лежащей ниже мантии открыл в 1909 году югославский геофизик Мохоровичич, наблюдая отзвуки Балканского землетрясения. С тех пор она называется поверхностью Мохо. Подстилает земную кору, как мы знаем, астеносфера, которая вместе с земной корой образует литосферу, залегающую до глубин 200–250 км.
Ниже поверхности Мохо приборы отмечают резкую смену плотности или удельного веса каменных масс: с 3,2 до 4,6 т/м3. Отсюда начинается мантия Земли. Земная кора состоит преимущественно из кремния (силициума) и алюминия. Её кратко называют – сиаль. В мантии преобладают, как предполагается, кремний и магний (сима).
Температура мантии около двух тысяч градусов. Плотность её увеличивается с глубиной четырьмя ступенями, позволяющими выделить четыре слоя. Мантия – обширнейшая область высоких давлений и температур.
Ниже 2900 км плотность пород быстро меняется от 11,54 до 14,2. Отсюда начинается ядро Земли, в котором выделяют ещё центральное ядрышко плотностью более 17 (то есть в 17 раз плотней воды). У него есть свойство жидкости: в нём угасают продольные волны, которые возникают при сжатии и расширении, как это бывает с пружиной. (Поперечные волны подобны волнам на море.)
Из чего состоит земное ядро – остаётся загадкой. Оно сдавлено со всех сторон чудовищными силами гравитации, и в центре становится текучим, как сверхплотная жидкость.
Из-за равных и направленных к центру гравитационных сил все внутренние оболочки Земли, в отличие от литосферы, стремятся к равновесию, покою. В них вряд ли идут активные химические реакции.
В последние десятилетия популярна гипотеза о круговоротах в мантии. Это весьма сомнительно. Там вещество высокой плотности находится под равномерным давлением. Его перемещения не могут быть значительными, сопоставимыми по скорости с движениями литосферы.
Если гравитация сдавливает Землю равномерно со всех сторон, то, казалось бы, земная кора должна иметь одинаковую толщину, а поверхность планеты – быть ровной, если не считать воронок и кратеров от ударов астероидов, как на Луне. Почему же рельеф земной коры не только сложный и разнообразный – от глубоких впадин до высочайших вершин, – и подчинён некоторым закономерностям?
Так происходит потому, что литосфера – живая оболочка планеты.
Более полутора столетий назад русский геолог Г.Е. Щуровский писал: «Все части органических тел, составляя целое, живут, а будучи отделены от него, умирают. Так минералы, взятые порознь, оторванные от своего целого, от материка, представляются нам массами вещества без жизни, без движения, нередко без физиономии, определённо выраженной. Но те же минералы в совокупности со своим целым, в материке,
