Георгий Горшков - Строение земного шара

Георгий Петрович Горшков

Строение земного шара

Введение

Предположим, что Вы получили многотомное собрание сочинений неизвестного вам писателя. Вы имели возможность прочесть лишь последнюю страницу последнего тома, а перед вами ставится задача рассказать о содержании остальных страниц всех томов. Задача неразрешимая!

Казалось бы, также невозможно судить о том, что находится в глубине Земли, в ее недоступных, невидимых недрах. Ведь шахты, с помощью которых добываются полезные ископаемые, проникают в глубь Земли недалеко — лишь очень редко глубина их превышает километр. Буровые скважины достигают бóльших глубин, но и они лишь в единичных случаях превышают по длине 3–4 километра. Следовательно, непосредственному нашему наблюдению доступна, и то в редких случаях, — всего лишь 1/2000 часть радиуса Земли, т. е. лишь последняя страница из сочинения, в котором 2000 страниц.

Да, в глубь земного шара мы проникаем пока недалеко. Но уже сейчас есть другие, косвенные методы исследования: геофизические наблюдения, геохимические расчеты, астрономические вычисления, физические эксперименты. Изобретая все новые и новые, все более совершенные способы исследования, человек проникает в ранее недоступные области природы и учится читать их историю. Проходит время, и мы видим, как успешно разрешаются самые сложные задачи, которые человек ставил перед собой.

Опираясь на достижения советской науки, мы попытаемся в этой книге в самых кратких чертах рассказать о том, что известно о строении нашей планеты.

1. О происхождении Земли

Естествоиспытатели давно стремятся узнать, как возникла Земля. Те или иные представления о происхождении Земли — это не только вопрос мировоззрения. Это вопрос также и практического значения, так как состав Земли, строение и физическое состояние ее недр непосредственно зависят от того, как она возникла и как развивалась. Чтобы понять все особенности нынешнего строения Земли, нужно знать, каково ее происхождение.

Наука о происхождении Земли, Солнца и звезд называется космогонией. Изучая историю науки, можно видеть, что вопросы космогонии интересовали ученых Древней Греции, Египта, Вавилонии, Китая и других стран еще много веков назад. Однако прежние космогонические представления, по понятным причинам, были мало обоснованными, а порою и просто наивными.

В течение длительного времени наиболее вероятным считалось (впрочем, многими считается еще и сейчас) так называемое «горячее» происхождение Земли (а также и всех других планет солнечной системы и самого Солнца). К числу гипотез, говорящих о «горячем» происхождении Земли, относится широко распространенная в прошлом гипотеза немецкого философа Иммануила Канта, известная под названием «небулярной». Она была опубликована в середине XVIII столетия. Автор ее полагал, что солнечная система, а вместе с ней и наша планета, возникли из раскаленной газовой туманности, вращавшейся вокруг своей оси. Под действием силы тяготения в центре туманности образовалось сгущение, из которого с течением времени образовалось Солнце. Под действием того же тяготения туманность сжималась и размеры ее уменьшались. В результате сжатия скорость вращения туманности росла и, наконец, наступил такой момент, когда центробежная сила на «экваторе» туманности превысила силу притяжения. Тогда от края туманности начали отделяться газовые кольца. Из таких колец образовались планеты, а в их числе и Земля.

Гипотеза Канта для своего времени была значительным шагом вперед по сравнению с религиозными представлениями о происхождении Земли. «Приведя мир в состояние простейшего хаоса, писал Кант, а для развития великого порядка природы не применял никаких других сил, кроме силы притяжения и силы отталкивания, двух сил, одинаково несомненных, одинаково простых и в то же время одинаково начальных и общих. Обе заимствованы из Ньютоновой философии… Мне кажется, здесь можно было бы, рассуждая здраво, сказать без всякой дерзости: дайте мне материю, я построю из нее мир». Гипотеза Канта была материалистической по своему духу, и в том заключалась ее особая ценность: «…в открытии Канта, — говорил Ф. Энгельс, — заключалась отправная точка всего дальнейшего движения вперед»[1]).

В дальнейшем выяснилось, что гипотеза Канта (а также и близкая к ней гипотеза Лапласа) не может объяснить многих важных особенностей солнечной системы. Возьмите, например, такой факт: Солнце вращается очень медленно; один оборот оно совершает приблизительно за 26 земных суток. Если бы первоначальная туманность вращалась так же медленно, то центробежная сила на краю туманности была бы слишком мала, чтобы начали отделяться кольца. Расчеты показывают, что отделение колец может осуществиться лишь в том случае, если скорость вращения туманности будет в сотни раз превышать нынешнюю скорость вращения Солнца. Не может небулярная гипотеза достаточно удовлетворительно объяснить и того, как из раскаленных газовых колец получаются сгустки — «зародыши» будущих планет.

В течение некоторого времени большой популярностью пользовалась также гипотеза Джинса. Этот британский астрофизик полагал, что когда-то, очень давно, когда Солнце, простая обычная звезда, было одиноким и еще не обладало планетами, оно встретилось с другой звездой. Пройдя близко от Солнца, встречная звезда «вырвала» из него, силою своего притяжения, струю материи, далеко выплеснувшуюся наружу. Звезда ушла, а всплеск с поверхности Солнца, рожденный встречей, распался на ряд отдельных сгустков, из которых в дальнейшем образовались планеты.

Гипотеза Джинса также оказалась несостоятельной. Расчеты показывают, что большая часть «струи» должна упасть обратно на Солнце или же улететь в мировое пространство, а оставшиеся сгустки будут обращаться вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам вблизи от Солнца. На самом же деле планеты обладают почти круговыми орбитами и находятся на далеких расстояниях от Солнца.

Заметим, что встреча звезд в мировом пространстве — событие исключительно редкое; следовательно, если принять предложение Джинса, то и планетная система должна считаться исключительным явлением в мире. Неудивительно, что гипотеза Джинса устраивала сторонников религиозных взглядов, которые увидели в ней подтверждение церковных догм об исключительности и даже единственности Земли во вселенной, что совершенно не отвечает действительности.

Но существуют и другие гипотезы, которые говорят не о «горячем», а о «холодном» происхождении Земли. К ним относятся, например, гипотезы американского астронома Уиппла, немецкого астронома Вайцзекера и советского ученого О. Ю. Шмидта.

Согласно гипотезе О. Ю. Шмидта, Солнце в своем движении по путям вселенной когда-то встретило огромное облако темной, холодной, несветящейся газово-пылевой материи; подобные облака рассеянной материи действительно известны в нашей звездной системе — Галактике. Часть газово-пылевой массы в результате притяжения была поглощена Солнцем. Другая часть постепенно собиралась в сгущения — «зародыши» будущих планет; «зародыши» поглощали пыль и газ, рассеянные вокруг Солнца, и увеличивались в размерах. Как частицы пыли, так и маленькие «зародыши», двигавшиеся в различных направлениях и с различными скоростями, сталкиваясь, приобретали некоторую общую скорость и в конечном итоге стали вращаться вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости, близкой к плоскости экватора самого Солнца. Наиболее крупные и быстро растущие «зародыши» превратились в планеты. Пыль и мелкие тела, которые не вошли в состав планет, сохранились в солнечной системе и мы можем наблюдать их в форме метеоров («падающих звезд») и выпадающих на Землю из межпланетного пространства железных и каменных масс — метеоритов.

Многие геологи и геофизики поддерживают идею о «холодном» происхождении Земли. Еще В. И. Вернадский, авторитетнейший геолог и геохимик нашей страны, писал (в 1900 г.): «Все представления о некогда существовавшем огненно-жидком состоянии планет…, внесены в науку в связи с чуждыми ей, по существу, теологическими, философскими и космогоническими представлениями о мире, не поддерживаемыми известными сейчас научными фактами»[2]).

Трудно сказать, какая из этих двух групп гипотез окажется в конечном итоге справедливой. Окончательного решения этой труднейшей проблемы естествознания еще нет. Но современная космогония развивается быстрыми темпами. Много важных наблюдений и расчетов выполнено в Советском Союзе. Интересные идеи предложены советскими астрономами — В. Г. Фесенковым, В. А. Амбарцумяном и многими другими. Нет сомнения в том, что вскоре мы приблизимся к разрешению задачи о происхождении Земли.