Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
В числе наиболее примечательных структур следует назвать линеаменты, иначе, линейчатые структуры земной коры. Они возникают на границах литосферных плит, в местах наиболее существенных подвижек, сопровождающихся разломами. Линеаменты являются как бы поверхностным отображением глубинных разломов коры. Эти образования возникают при разрывах коры в области рифтовых долин.
Техника космической съемки позволяет при разном масштабе фотографий выявить линеаменты разных размеров, природы, происхождения и значения. С линейчатыми структурами связана история планеты, процессы горообразования, сейсмическая и вулканическая активность, образование ряда полезных ископаемых. Изучение этих структур крайне необходимо для познания законов геологии.
Слышать Землю
Всякий раз, когда популяризаторам науки случается говорить о головокружительных ее успехах, неизменно звучит фраза о том, что приборы стали продолжением нашего взгляда. Благодаря этому, а в еще большей степени благодаря знаниям, которые служат продолжением нашего внутреннего зрения, люди могут видеть все. Повторяется в популярных книгах и классическое изречение: хотя орел видит дальше, чем человек, человек видит больше, чем орел!
Спорить с этим нельзя, да и незачем. В заключительном разделе книги хотелось бы оттолкнуться от рассуждений об остроте нашего зрения и прояснить вопрос об остроте нашего слуха. Слышит ли человек настолько хорошо, чтобы прослушивать, например, насквозь Землю?
Открытия сейсмологии
Сейсмология — наука о подземных толчках и землетрясениях. Ранние сейсмологические представления были присущи всем народам, знакомым с внутренними стихиями Земли. Древние греки полагали, что сотрясения суши вызываются чудовищными волнами, насылаемыми на берега властителем морской стихии, богом Посейдоном. Более поздние воззрения не отличались оригинальностью. Люди по языческой традиции долгое время связывали катастрофические подземные толчки с деятельностью высших сил, которых чем-то прогневало грешное человечество. Впрочем, уже в те времена возникла потребность изучать и систематизировать сведения о подземных сотрясениях.
Первоначально эти сведения заносились в хроники и только потом стали изучаться геологами. Всего мировая летопись содержит сведения о 2574 катастрофических землетрясениях и десятках тысяч сравнительно малых сотрясений. Серьезные исследования страшного природного явления начались в XVIII столетии. Интерес к нему был вызван толчком чудовищной силы. В 1755 г. произошло Лиссабонское землетрясение, одна из самых страшных катастроф в истории человечества.
Великий И. В. Гете стал невольным свидетелем катастрофы. Тогда он был еще ребенком и впоследствии записал свои детские впечатления: «Священники в проповедях говорили о небесной каре. Мальчик, которому пришлось неоднократно слышать подобные разговоры, был подавлен. Господь Бог, вседержитель неба и земли, совсем не по-отечески обрушил кару на правых и неправых». Маленький Гете проникся настроениями, которые были распространены среди людей. Катастрофа заставила многих трезво взглянуть на природные катаклизмы и увидеть в них прямое следствие необратимых геологических процессов.
Уже в 1757 г. М. В. Ломоносов, увлекшись ростом ранних сейсмологических исследований, пишет свой труд «О рождении металлов от трясения Земли». Великий русский ученый прекрасно понимает, что кажущаяся спокойной земная твердь весьма активна. Подвижность является естественным состоянием земной коры. Оттого слои горных пород не лежат по линейке. Незачем искать развалины городов, якобы наказанных небом, чтобы наблюдать в руинах следы сейсмических толчков.
Почти любой участок планеты несет в себе отпечаток недавних или древнейших каменных штормов, которые бушевали задолго до того, как эти места были заселены человеком. Ломоносов выражает свои мысли следующим образом: «Все лицо земное исполнено явственными сего доказательствами. Где токмо не увидишь с расселинами горы; тут оставшиеся следы земного трясения быть не сомневаться».
Итак, сотрясения коры планеты происходят сами по себе, без вмешательства высших сил. Глубинные толчки беспокоили мир за миллионы лет до появления на Земле человека, меняя облик ландшафтов.
Вплоть до XX в. ученые не могли точно охарактеризовать подземную стихию. Да и сейчас многое в сейсмологии по-прежнему остается делом будущего. Однако накоплено уже немало сведений. Если из глубин Вселенной информацию о происходящих там процессах до нас доносит свет, то информацию о событиях, протекающих в сердце массивного тела Земли, могут сообщить сейсмические толчки.
Они порождены глубинными явлениями, неведомыми человеку, и потому отражают самую суть этих явлений, служат прямым последствием тектонических подвижек земного вещества. Каждое землетрясение порождает колебания пород, т. н. сейсмические волны, которые по своей природе близки звуковым. Идея прослушивать посредством приема этих колебаний планетные недра зародилась на рубеже XIX–XX вв., а стала целенаправленно реализовываться в начале XX столетия.
Одним из пионеров прослушивания недр являлся хорватский ученый А. Мохоровичич. Проводя свои изыскания в 1909 г., он пришел к знаменательному открытию. Тогда уже было многим известно, что скорости волн растут с глубиной. Этому существовало разумное объяснение. Каменное вещество по мере повышения давления в недрах уплотняется, а в более плотной среде колебания идет быстрее. Мохоровичич обнаружил, что сейсмические волны, приходящие с глубины около 50 км, внезапно повышают свою скорость на значительную величину.
Следовательно, на данной глубине происходит раздел сред, иными словами, поразительный скачок плотности вещества. Граница была названа в честь первооткрывателя, а ученые с большим интересом начали прослушивать Землю в надежде заглянуть глубоко в недра. К исследованию строения планеты подключился американский ученый Б. Гутенберг, который в 1914 г. порадовал мир новым открытием. На глубине порядка 2900 км происходит очередной скачок плотности, но на сей раз вещество становится менее плотным. На это указывала изменившаяся скорость продольных сейсмоволн.
Медленные поперечные волны были целиком поглощены глубинным слоем. Данные измерений недвусмысленно указывали на то, что сердцевина планеты образована жидкостью. Поскольку жидкие вещества почти несжимаемы, то плотность здесь оказалась весьма низкой. Планета обладала очень необычным строением, но и это не смущало геофизиков. Наиболее поразительным оказалось другое. Волны, проходившие сквозь жидкость, преломлялись несколько раз, как если бы по пути преодолевали какую-то новую среду. Любопытно, что и скорость после очередного преломления возрастала.
Найти объяснение этому явлению удалось лишь в начале 1930-х гг., когда датский сейсмолог И. Леман завершила свои измерения. Она показала, что странный ход сейсмических колебаний вызван присутствием в центре Земли твердого и очень плотного ядра. Итак, Земля имеет двойное ядро. Позднейшие измерения, гораздо более точные, выявили следующее. Земля сложена несколькими слоями плотного вещества, неоднородными по химическому составу.
В период своего образования наша планета представляла собой сгусток космической туманности, в котором химические элементы были распределены равномерно по всему объему. По мере формирования планеты из этого сгустка элементы, в зависимости от своей массы, перемещались в предпочтительном направлении. Легкие атомы выдавливались наверх гораздо более тяжелыми, происходило расслоение земного вещества.
В результате поверхностный слой оказался сложенным преимущественно кремнием и алюминием. Этот слой получил название земной коры. Каменные породы коры являются, как ни странно, наименее плотными веществами. Ниже, за границей Мохоровичича, называемой еще границей Мохо, расположена мантия. Она образована преимущественно более тяжелыми соединениями кремния и магния. Она неоднородна, но распадается на два слоя — верхнюю и нижнюю мантию. Начинается мантия на средней глубине 30–33 км.
Данная цифра условна, поскольку толщина земной коры неодинакова на всем ее протяжении. Под океанами мощность коркового вещества колеблется в пределах 4–15 км, а под континентами достигает в среднем 30–50 км, при максимальном значении 70 км. Температура мантийного вещества колеблется от +400 до +4000 °C, отчего оно пребывает в полурасплавленном, вязком и тягучем состоянии. Плотность этого расплава очень велика. Верхняя мантия, простирающаяся до глубины примерно 1000 км, пребывает под давлением минимум 900 млн Па, что в 900 раз выше атмосферного.
