Глава 3 - Земля
Пора уже теперь спуститься на Землю. Когда Магеллан и Элькано скатали ее из блина в шар, а Ньютон выяснил как это на этом шаре все держится, ЧЧ приступили этот шар исследовать.
Ну, не прямо
вот так все и было: и раньше ЧЧ были, и они тоже думали. Геродот, к примеру,
еще в V
веке до нашей эры описал всю известную тогда сушу, а спустя пять веков Страбон составил новое описание, уже гораздо более
полное. Он — Страбон — к тому же обнаружил, что во многих местах суши, далеких
от моря, имеются большие кучи морских раковин — и не только сделал правильный
вывод: раньше тут было море, но и предположил, что это — следствие медленных
«движений земли», а еще бывают быстрые — землетрясения (его знаменитый труд
назывался «География»)… На рубеже II тысячелетия великий Авиценна (таджикский философ Абу-Али-Ибн-Сина)
составил классифи-кацию минералов (он делил их на 4 класса: камни, горючие
ископаемые, соли и металлы)…
Устройство
география
Потом
была «эпоха географии», ее так официально и именуют — эпоха великих
географических открытий, и определяют примерно с середины XV и до конца XVII веков. За этот период мы — то есть
наша нынешняя цивилизация — довольно неплохо ознакомились с «ликом» Земли,
придумали как изображать на плоскости (то бишь на карте) сферическую
поверхность,
(это,
кстати сказать, мудреная вещь: помните, сферу нельзя развернуть на плоскость
без разрывов, а изобразить надо как-то; наиболее приемлемую систему придумал Gerhardus Mercator, [1512 – 1594, вообще-то это
латинизированная фамилия, вошедшая в нашу историю; настоящая — van Kremer] за
что подвергался гонениям как еретик. Главным достоинством этой системы было
изображение направлений — курса корабля, компаса, вашего взгляда… — они
изображались в ней прямой линией, а это очень удобно для моряков, летчиков и
прочих непосед. Они в благодарность с тех пор так и называют эту систему — «меркаторская проекция», и все без исключения
пользуются ею и поныне; подробнее – в седьмой главе, раздел «Прочие»)
поняли,
что Земля не совсем шар, а нечто такое сплюснутое…
Немного
позднее вычислили насколько именно она сплюснута и даже добрались до полюсов — в 1909 г. Р.Пири добрался до Северного, а в 1911 Р.Амундсен
— до Южного.
Чуточку уточню: такую информацию — в виде твердо установленного факта — вы можете встретить в современных справочниках. Но… гонка человечества к Северному Полюсу продолжалась триста лет. В 1607 году Гудзон достиг 80о23`, в 1773 Фипс - 80о48` (оба на кораблях), в 1827 году Парри на собаках добрался до 82о45`. В 1876 году Маркем «взял» 83о20`, в 1895 году Нансен — 86о14`, в 1900 году Каньи — 86о31`. Оставалось каких-нибудь три с половиной градуса — но каких!
Роберт Пири после двух неудачных попыток (во второй раз он был на 87о06`) в июле 1908 года отправился в третий поход. 28 февраля 1909 года начался пеший штурм макушки мира. Это был ад. Пири частями отправлял своих спутников назад (Пири не интересовался ничем на Севере, ему нужно было одно — триумф). 1 апреля он отослал последнего белого – Боба Бартлетта. Суровый полярник заплакал – но подчинился. Он знал, что Пири скорее убьет его, чем разделит с кем-нибудь свой триумф (негра и индейцев тот за людей не считал).
5 апреля, если верить Пири, лагерь был
разбит у самого полюса. Исследователи с большой долей вероятности считают, что
Пири схитрил, на самом деле он, видимо, не дошел нескольких десятков миль — то
есть почти градуса. Вернувшись на Большую землю, он обнаружил, что
другой полярник, Фредерик Кук, объявил о достижении полюса еще в 1908 году.
Пири затеял судебную тяжбу и сумел-таки отстоять в ней свое первенство, однако
в процессе тяжбы выявилось столько сомнений, что и самого Пири стали считать
обманщиком…
А
сейчас, к слову сказать, на Северный полюс организуются туристические рейсы —
на атомных ледоколах, и попасть туда теперь можно без собак и нарт, просто сидя
за комфортабельной стойкой корабельного бара. И хотя это пока еще дороговато,
уже многие воспользовались…
Земля
стала чуточку ближе, чуточку «знакомее». Но все же эти исследования
естественным образом были «поверхностными», то бишь относящимися в основном к
поверхности Земли, а нас здесь интересует ее внутреннее устройство, потому
придется уж пройти их «мимо».
геофизика
А начать с раздумий ЧЧ над этим самым внутренним устройством, структурой Земли.
Трудно было туда заглянуть, внутрь-то. Да
еще тогдашняя «руководящая и направляющая» сильно не рекомендовала… Пожалуй,
хорошо сказал об этом Ломоносов: «...напрасно многие думают, что все как
видим, с начала Творцом создано; будто не токмо горы, долы и воды, но и разные
роды минералов произошли вместе со всем светом; и потому-де не надобно
исследовать причин, для чего они внутренними свойствами и положением разнятся.
Таковые рассуждения весьма вредны приращению всех наук, следовательно и
натуральному знанию шара земного, а особливо искусству рудного дела». Между
прочим, именно он — Ломоносов — придумал
то, что теперь называется «принципом актуализма»: “на
основании наблюдения современных процессов можно судить о тех же процессах в
далеком прошлом”. Ну и принцип — мелькнет мысль — эка невидаль! Однако
вспомним Чарльза Дарвина: «...последующим поколениям, которые пользуются ...
ответами на вопросы ... часто нелегко оценить,
каких трудностей это стоило их предшественникам».
Ну да ладно, давайте к делу.
В татарском эпосе есть одна притча — простая и понятная, но с глубоким философским подтекстом, как, впрочем, и положено быть хорошей притче. Выглядит она так.
«Вот эту кадку я могу наполнить три раза подряд, ни разу не опоражнивая» — говорит один. «Такого не может быть!» — говорит другой. «Смотри» — и он наполнил кадку камнями. «Наполнилась?» «Наполнилась». Затем первый насыпал в кадку песок. «Снова наполнилась?» «Да». Потом он налил туда воду…
Отмечал это и Тит Лукреций Кар (I век до н.э.) в своей поэме “О природе вещей”:
...Но не заполнено все веществом и не держится тесно,
Сплоченным с разных сторон: в вещах пустота существует.
Без пустоты никуда вещам невозможно бы вовсе
Двигаться было;...
...Ведь, коль в клубке шерстяном содержится столько же тела,
Сколько и в слитке свинца, то и весить он столько же должен...
Так шли люди к пониманию «плотности вещества»... И вот эту-то плотность — среднюю плотность Земли — вычислил еще Ньютон, и оказалась она много больше непосредственно наблюдаемой, то есть камней под ногами. Пришлось предположить, что там — поглубже — есть что-то плотнее камней, некое ядро.
Однако заглянуть туда — поглубже — удалось только позднее, когда ЧЧ обнаружили, что всяческие «трясения» земли можно регистрировать (первым до этого дошел в 1851 году Малле: взрывал порох и регистрировал колебания на поверхности ртути) и придумали для этого прибор — сейсмограф называется, он записывает волны, распространяющиеся в земле в результате ее трясения. Волны — это было замечено уже давно — в более плотном веществе бегут быстрее, это относится и к сейсмическим волнам. А они — сейсмические — бывают двух типов: продольные и поперечные, поперечные двигаются в земном веществе вдвое медленнее (в 1.7 раза), но и те, и другие, чем плотнее среда, тем стремительнее бегут. Это их свойство очень полезно оказалось для исследователей земных глубин. И еще одно свойство — разнотипность волн. Первыми до наблюдателя доходят продольные колебания — волны-предвестники. Вслед за ними появляются поперечные…
Забежим немного вперед, а то встречающиеся здесь термины могут нагнать скуку. Это вот «протряхивание» Земли привело ЧЧ к пониманию — пока в грубом приближении — ее структуры: она состоит из трех «слоев». Верхний назвали корой, под ней мантия, в центре ядро. Кора имеет толщину порядка 35 км., причем под океанами она значительно тоньше (и сильно отличается), чем под сушей. Верхний слой коры (~ 2км., плотность 2.60 г/см3) — осадочные отложения, под ними гранитный слой (~ 20 км., плотность 2.67 г/см3), еще ниже базальтовый слой (~14 км., плотность 2.85 г/см3). Глубину от 35 км до 2885 км занимает мантия (еще ее называют силикатной оболочкой, плотность растет с глубиной от 3.3 до 9.7 г/см3). Дальше — ядро (плотность в центре около 12.5 г/см3, а температура оценивается в 50000С).
Так вот, в 1909 году хорватский ученый Андрей Мохоровичич обнаружил, что на глубине около пятидесяти километров происходит резкий скачок в скорости сейсмических волн. Эту относительно четкую границу между корой и мантией теперь называют «граница Мохоровичича» (или просто «Мохо»), а сейсмологи после этого с особым вниманием стали наблюдать за распространением всяческих трясений на Земле. Наблюдения оказались на удивление информативными, и в 1914 году привели американского геофизика Бено Гутенберга к важному открытию.
То, что скорости тех и других волн с глубиной неуклонно растут, не было для Гутенберга (как и для всех прочих) неожиданностью: чем ниже залегают горные породы, тем плотнее им следует быть, так как на них сильнее давят вышележащие пласты. Но однажды он подметил, что, преодолев примерно 2900 километров от поверхности (сейчас оценивается в 2775 км. и называется «граница Гутенберга»), волны-предвестники замедляют свой ход, словно бы встретив на пути менее твердый слой. Менее твердый на такой глубине!? Это было бы совсем непонятно, если бы не поведение поперечных, более медлительных волн. Достигнув таинственного слоя, они вообще исчезали. А это уже кое-что проясняло: из-вестно, что поперечные, запаздывающие волны не распространяются в жидкости.
Вывод был неизбежен: в центре Земли — жидкое ядро. Жидкость почти не сжимаема, и потому даже под очень высоким давлением она остается в обычном своем состоянии.
Однако, пересекая слой пониженной плотности, быстрые волны-предвестники не только замедляли свой бег, но и несколько изменяли направление, как это бывает с солнечным лучом, преломляющимся в воде. Часть волн-предвестников почему-то пересекала ядро быстрее остальных и при этом изменяла направление своего движения так, будто по дороге снова преломлялась, но только уже под иным углом.
Полтора десятилетия ломала голову над этой головоломкой Инга Леман, датский сейсмолог, после этого выдавшая предложение: «Внутри жидкого ядра спрятано твердое. И оно гораздо плотнее нижней мантии». Леман обосновывала это так: та часть волн-предвестников, которая на каком-то отрезке пути проскакивает через твердое ядро, естественно, должна и несколько убыстрять свой бег и иначе преломляться, чем все остальные. (Сейчас глубина границы этого ядра оценивается в 5120 км.)
Так у Земли были обнаружены два вложенных друг в друга ядра. Из чего же они состоят? Многие ученые высказывались за то, что ядро Земли железное. К такому заключению подводили и строение железных метеоритов, и явная тенденция к увеличению концентрации железа во все более плотных, глубоко лежащих горных породах. Подсчеты геохимиков говорили, что наша планета на треть состоит из железа. Средняя плотность Земли почти вдвое превышает среднюю плотность ее коры. Считалось, что железная сердцевина может восполнить этот дефицит.
Расхождения во взглядах на материал, из которого сложено ядро, касались — по крайней мере до недавнего времени — главным образом добавок. Если судить по составу метеоритов, то полагалось бы добавить никель. Но он тяжелее железа, и ядро, если бы оно состояло только из этих двух элементов, было бы плотнее, чем определили сейсмологи. В него следовало «подмешать» вещества полегче.
Кремния? Серы?.. Начались бесконечные эксперименты в лабораториях, дабы подобрать железу наилучшую свиту…
Здесь придется сделать небольшое отступление — поговорить о некоторых особенностях мантии Земли.
На одном из международных симпозиумов по геофизике (1963) наши ученые продемонстрировали зарубежным коллегам кусочки темного непрозрачного минерала в виде небольших игольчатых и пластинчатых кристаллов. Выглядели они довольно невзрачно, но обращались с ними так бережно, словно это были самые редкие бриллианты. В химии минерала не было ничего неизвестного: демонстрировался кварц — хорошо всем знакомая и широко распространенная разновидность окиси кремния. Но этот кварц был раза в два плотнее обычного. Его получили С.М.Стишов и С.В.Попова в институте физики высоких давлений... Минерал был назван стишовитом...
К середине пятидесятых появилась гипотеза В.А.Магницкого и Ф.Берча: под действием высоких давлений и температуры в кристалле кремнезема каждый атом должен быть окружен не четырьмя атомами кислорода, как обычно, а шестью... Гипотеза ставилась под сомнение: давление давлением, а атомные упаковки — первооснова материи, лишнего туда не впихнуть. И вдруг демонстрируется стишовит, реальный кварц с шестью атомами кислорода... Позднее аналог стишовита нашли в кратере Аризоны, где он образовался в момент мощнейшего удара метеорита о Землю...
Постепенно геофизики установили: плотность и температура мантии изменяются не только с глубиной, но и в горизонтальных направлениях, что привело английского ученого Кейта Ранкорна к мысли о «конвекции», но не в ее традиционном понимании — циркуляция вещества под действием температуры — а в более общем: движение в поле силы тяжести, вызванное разностью плотностей внутри вещества... По представлению Ранкорна ядро Земли — железное, и оно медленно растет. Его поверхность — это место, где первичная смесь веществ освобождается от тяжелой фракции. Но не полностью. Большая часть тяжелой фракции еще остается химически связанной. Однако даже сравнительно малой потери железа достаточно, чтобы возникла разность в плотностях, благодаря которой более легкое вещество «всплывает». В верхней мантии оно растекается в стороны, растягивая кору и растаскивая ее плиты, а вместе с ними и континенты.
Многие ученые сначала отнеслись к модели Ранкорна весьма прохладно. Выдвигалось обычное против мантийных течений возражение: о них нет ни прямых, ни геофизических данных. Кроме того, экспериментальное подтверждение идеи фазовых переходов сделало именно эту идею в высшей степени популярной среди ученых и породило предположение о существовании в сердцевине планеты кремнезема с восемью атомами кислорода, окружающими каждый атом кремния...
...Мысль о том, что сердцевина нашей планеты состоит исключительно из силикатов (соединений кремния), но в особо плотном — металлизированном состоянии, начала завоевывать умы, о ней стали говорить как о последнем достижении теории.
модель
Сорохтина
Олег Георгиевич Сорохтин усомнился в том, что ядро Земли может быть силикатным. Ход его мысли примерно таков.
Предположим, что мантия не расслаивалась по плотности вещества, а просто утрамбовывалась. Тогда однотипные изверженные породы на поверхности Земли независимо от их возраста должны быть в основном одинакового состава.
На самом же деле в коре такого единообразия нет. Очень древние базальты несколько отличаются от молодых. В тех, что излились три миллиарда лет назад, больше железа и относительно меньше некоторых легких элементов — кремния, магния. И это означает, что за прошедшие эпохи состав верхней мантии изменился: в ней явно поубавилось железа. Куда же оно делось? Можно, конечно, предположить, будто его запасы там истощались из-за выноса на поверхность. Но тогда в такой же степени должно было уменьшиться и количество кремния, магния, чего не произошло. Значит, остается одно: железо частично опустилось вниз, ближе к центру Земли.
Выходит, ядро надо все-таки считать железным? Во всяком случае, оно никак не силикатное. Это подтвердилось (для многих довольно неожиданно) в лабораторных экспериментах. Когда воспроизвели давление и температуру, близкие к тем, что господствуют в сердцевине планеты, выяснилось, что даже такие экстремальные условия еще недостаточны для образования сверхплотных соединений кремния. Значит, кремний — не тот материал, из которого сложено земное ядро.
Выяснилось и другое: ядро Земли не может быть также ни чисто железным, ни тем более железоникелевым. Эти материалы слишком плотны и тугоплавки: вес ядра был бы чуть ли не на пятнадцать процентов больше, и оно не могло бы быть жидким.
Сорохтин воспринял результаты этих новейших лабораторных опытов как подтверждение того, что у железа, путешествующего к центру Земли, есть спутники. Только какие?…
Размышления привели его к такой схеме:
в глубинах мантии происходит расщепление минералов на плотно упакованные окислы, среди которых есть и окись одновалентного железа, которая вполне может расплавиться на нижней границе мантии и, следовательно, образовать жидкое ядро. Поскольку часть кислорода в момент фазового превращения освобождается, он, поднимаясь вверх, начинает искать другую «жертву», в том числе и несвязанное железо (в момент образования Земли в ее состав входило и оно). Соединившись с этим железом, кислород снова в составе простой окиси совершает очередное путешествие к центру Земли, а сдав жидкому ядру новую порцию строительного материала, вновь вместе с другими легкими соединениями двинется вверх.
«Можно ожидать,— утверждает он,— что при достаточно больших давлениях химия железа меняется еще раз, и оно по своим свойствам приближается к свойствам никеля — металла с малой химической активностью и резко пониженным сродством к кислороду». То есть речь идет о том, что убывающая способность железа к химическим связям рано или поздно должна привести в земном ядре к тому, что окислы распадутся и выделится чистый металл. Значит, будет еще один этап высвобождения кислорода и последующего подъема его вверх. На этот раз — с границы жидкого и твердого ядер. Твердого потому, что изменившееся вещество уже требует для своего плавления более высокой температуры, чем существующая в земной сердцевине.
Эта схема касается и развития атмосферы Земли — процесса, как будто бы совсем далекого от формирования ядра.
К середине XX века в умах ЧЧ утвердилось представление, что атмосферу Земли в основном образовали газы, выделившиеся из мантии. За исключением кислорода. Его присутствие в воздухе связывалось преимущественно с неутомимой деятельностью «зеленого друга», и поныне считается аксиомой, что самый основательный вклад внесли микроскопические водоросли, расплодившиеся в праокеане в неисчислимом множестве и с фантастической быстротой. Нынешний растительный мир производит более ста миллиардов тонн кислорода в год.
Но… вся эта продукция «зеленого друга» практически полностью расходуется на дыхание животных, на разложение органических остатков, на окисление вулканических газов и разрушающихся горных пород. Откуда же в таком случае взялась основная масса кислорода в пятом океане — ни много ни мало тысяча триллионов тонн?
Думали, за счет фотохимического разложения водяного пара в верхних слоях атмосферы. Но этот источник оказался очень уж маломощным. Высказывалось предположение, что в прежние времена растительный мир почему-то производил кислорода больше, чем сейчас, а уходило его на нужды планеты почему-то меньше. Согласиться с таким предположением можно лишь с натяжкой.
И вот модель Сорохтина предложила другой мощнейший источник свободного кислорода — источник, бьющий из глубин планеты, с поверхности земного ядра. Этот поток порожден все тем же процессом разделения вещества нижней мантии по плотности. (и, отметим для себя, «движущими силами» этого процесса являются вездесущие гравитационные силы...)
Сначала в недрах только что образовавшейся планеты огромное количество кислорода уходило на окисление свободного железа. Но по мере формирования ядра, когда соединения этого металла перестраивались под действием сильного давления, освободившийся кислород стал возвращаться в мантию. Он расходовался главным образом опять-таки на окисление железа (и графита, с образованием углекислого газа). Ча-стично выделялся и в атмосферу (пока еще в небольшом количестве).
Поток становился тем мощнее, чем крупнее вырастало ядро. Качественный перелом наметился примерно миллиард лет назад — свободное железо в мантии было, по-видимому, окислено полностью. Тогда кислороду, как побочному продукту фазовых превращений в сердцевине Земли открылся более широкий выход в атмосферу. «С этим фактом — по словам Сорохтина — можно связывать «почти внезапное» появление многоклеточных организмов в конце позднего протерозоя».
То есть по гипотезе Сорохтина накопление живительного газа в атмосфере происходит не «почему-то», а в связи с непрерывной работой могучего внутрипланетного генератора.
Следуя логике своей концепции, ученый попытался заглянуть и в будущее Земли, когда в ее недрах в основном завершатся окислительные процессы, и свободный кислород начнет поступать оттуда почти неудерживаемым потоком. Согласно расчетам, это в конце концов должно привести к кардинальным изменениям в состоянии всего воздушного океана — его давление, не превышающее ныне одной атмосферы, увеличится во много раз. Современные формы жизни при таких условиях, понятно, станут немыслимыми. Но это может произойти не ранее, чем через два миллиарда лет.
И немножко об «оценках» этой модели.
Первую Сорохтин провел сам: логика рассуждений подсказывала, что выделение тяжелой фракции в ядро и легкой в мантию и кору должно было происходить в едином темпе. Скорость концентрации тяжелой фракции ученый вычислил по своей модели, а легкой — по геологическим данным, то есть по составу и свойствам горных пород, слагающих поверхность Земли. Оба результата совпали.
А вот что показали последующие проверки.
Для выделения в сердцевину Земли необходимого количества железа вся мантия много раз должна была пройти через нижнюю зону разгрузки; вычисления показали, что каждый такой полный оборот должен был занимать приблизительно 300 миллионов лет. Зная это время, плотность различных слоев мантии (из записей сейсмологов) и ее общий объем, можно определить ее вязкость на разных уровнях. Сопоставление вычисленной таким образом вязкости верхней мантии с чисто эмпирическими данными о ней, полученными на основе измерения скоростей подъема территорий, сравнительно недавно освободившихся от ледникового покрова (в частности Скандинавии) дало очень близкие результаты
И, наконец, «прогонка» процесса на компьютере дала такую картину всего длительного процесса плотностного расслоения Земли и роста ее ядра: сначала ядро росло медленно, затем все быстрее прибавляло в весе; максимальной скорости роста оно достигло 1,35 миллиарда лет назад, дальше процесс стал замедляться. Примерно через 2 миллиарда лет масса ядра Земли приблизится к максимально возможной величине.
И еще. Периоды различной интенсивности
мантийных течений сопоставимы с эпохами горообразования, то есть существует
тесная связь между процессом формирования ядра нашей планеты и тектоническими
движениями ее коры…
Это — наиболее «обсчитанная» из имеющихся гипотез — к сожалению, многочисленных — о строении нашей планеты. А многочисленность гипотез свидетельствует, понятно, об отсутствии точного понимания.
Приведу еще — очень кратко, поскольку подробнее будет дальше — «водородно-гидридную» гипотезу.
Модель
планеты: кремний-кислородная оболочка глубиной не более 250-300 км; мантия —
бескислородные соединения на основе кремния, магния и немного железа; внешнее
ядро — водород в виде раствора в металлах; внутренне ядро — гидриды, могущие
быть очень плотными. Водород дегазируется из внутренних областей и планета «продувается» водородом, который по пути
захватывает кислород и тащит его наверх. В этом случае внешняя оболочка должна
увеличиваться в объеме, а масса гидридного ядра — уменьшаться. А Земля, соответственно, должна быть
пульсационно-расширяющейся или просто расширяющейся…
Такова картинка «вниз». Картинка не очень надежная и со многими белыми пятнами (вспомните, к примеру, об апейроне).
А что же мы имеем в направлении «вверх», в так называемом «пятом океане» планеты?
Тут мы имеем атмосферу, устройство которой
ныне представляется так. Нижний слой (~14 км.) называют тропосферой, температура этого слоя падает с
высотой, а процессы, тут происходящие, определяют погоду на планете. Средний
слой (~14 — 55 км.) называют стратосферой, здесь температура повышается с
высотой. Еще выше (до 85 км.) расположена мезосфера, на границе которой наблюдаются
«серебристые облака».
В
этом океане выделяют еще «озоносферу» — слой озона на высотах 12 — 50
км., очень важный в биологическом смысле слой, поскольку в нем поглощаются
жесткие излучения, вредные для биологических «субъектов», и «ионосферу» — слой на высотах 50 — 80 км., где
атомы и молекулы сильно ионизованы из-за солнечной радиации.
На
высоте около 1.6 и 3.7 радиуса планеты находятся первый и второй радиационные пояса Земли.
Вот так мы сейчас представляем себе наш
любимый «слоистый гамбургер». Если представить себе все это в виде футбольного
мяча, кора на нем будет изображаться пленочкой — тоненькой
такой, знаете, как для укрытия недоеденных котлет — причем «Венцу
Творения» для жизни внутри нее выделена пленочка еще в 20 раз тоньше, на самом
дне тропосферы. Представления эти достаточно надежны, хотя надежность их сильно
(и быстро) падает по мере удаления от «нашей» пленочки вглубь или, наоборот,
ввысь. И еще: полностью
расплавленным наш гамбургер, видимо, никогда не был (вывод
сделан на основании изотопного соотношения He3 / He4).
кора
Морщины и шрамы на лике Земли —
свидетельство
ее молодости и активности...
Поначалу-то эта пленочка не выглядела такой уж тонюсенькой: внизу была надежная и недвижная земная твердь, посредине мы, а выше — владения Богов. По мере узнавания слоев гамбургера, однако, пленка начала сжиматься: оказалось, что «Венец Творения» способен жить только в слое примерно 2 км. толщиной, выше уже очень трудно дышать, ну а внизу и вообще владения Аида. Но ЧЧ, разумеется, все равно лезли и вверх, и вниз. Вверх — так уж и вовсе из гамбургера вылезли, аж до соседки-Луны добрались, вниз поменьше, но и внизу кое-что разузнали.
Во-первых, оказалось, что твердь на 2/3
покрыта водой (70.8% из 510.2 млн км2 поверхности Земли) и ходить по
такой тверди «аки по суху» могут только Боги. Хотя, понятно, под этой водой
твердь должна-таки быть, но настоящая, видимая твердь торчала из воды в виде
нескольких не таких уж больших и бесчисленного множества мелких кусков. Так что
явно назвать планету-то стоило бы «Водой», а не Землей.
Во-вторых, твердь оказалась сильно неровной: если считать от уровня воды, то «вниз» обнаружились ямы по нескольку километров глубиной (самая глубокая — Марианская впадина в Тихом океане, глубина 11022 метра, людям удалось спуститься на ее дно в 1960 году, это сделали в батискафе «Триест» швейцарец Ж.Пиккар и американец Д.Уолш), а «вверх», соответственно, горы (самая высокая — Джомолунгма [у нас принято Эверест] в Гималаях, высота 8848 метров, туда первыми в 1953 году забрались шерп Н.Тенцинг и новозеландец Э.Хиллари). То есть перепады-то оказались около 20 километров, сильно потолще «пленки homo»…
В-третьих, сама-то твердь, видимая, уж очень была разной: тут пески, там скалы, здесь плодородный чернозем... Опять же и недвижность ее была уже сильно поколеблена: движется она изредка, да еще ой как страшно движется…
Надо было что-то делать.
Первые потуги, само собой, были направлены
на хоть какую-то сортировку видимой тверди и создал первую такую А.Г.Вернер:
разделил ее — твердь — на «первозданные», «переходные», «слоистые»
и «наносные» формации, они были разного вещественного состава. В 1799 году
30-летний землемер Вильям Смит прокладывал каналы в Южной Англии и подметил,
что горные пласты, территориально далеко друг от друга отстоящие, тем не менее
содержат одинаковые окаменелости — и решил, что такие пласты должны быть
одновозрастными. Чуть позднее к подобным выводам пришел Жорж Кювье (причем
оказалось, что и «с глубиной» окаменелости следуют в одинаковом порядке в
совершенно разных и довольно далеко друг от друга расположенных районах) и в
результате родились две науки:
о
последовательности залегания и относительном возрасте горных пород — «стратиграфия» и
об
ископаемых остатках фауны в толще осадочных пород — «палеонтология».
И
из них, кстати, — две важных вещи в понимании процесса: Œпласты образовывались не абы как, а
последовательно, сначала один, за ним следующий; жизнь, видимо, имела спокойные
периоды, когда остатков фауны в пласте «нормальное» количество, и краткие
катастрофические периоды, когда в пласте ненормально много погибших организмов
одного или нескольких видов. Ну, а самым главным выводом было, конечно,
понимание того, что вот этот самый верхний слой тверди образован не теми
процессами, которые образовали глубинные слои, он образован «постепенными»
отложениями. И этот слой назвали осадочным.
Глубинные же слои коры называют «гранитным» и «базальтовым», поскольку скорость сейсмических волн в них соответствует скорости распространения (в лабораторных условиях) в граните и базальте соответственно. Хотя в некоторых местах Земли — к примеру, на Кольском полуострове; в Финляндии — гранитный слой выходит на поверхность и доступен непосредственному наблюдению. Но и тот, и другой, фактически не состоят из «чистых» гранита и базальта, это довольно сложные структуры.
Вот три этих слоя и
образуют земную твердь — кору.
Она оказалась сильно разной: под океанами
всего 5 — 10 км. толщиной, а под континентами 70 — 80
км. Но главное — в океанической коре
нет гранитного слоя: сразу под осадочным идет базальтовый, а под ним,
после границы Мохо, уже верхняя мантия. Кому не
лень — взгляните на схемку, там нагляднее.
Данные эти достаточно надежны, поскольку основаны не только на изучении сейсмограмм, но и на прямых исследованиях (с 1968 года действует международная программа глубоководного бурения, сделано уже больше 2000 скважин, получено 182 км керна. «Ковыряют» и на суше, пока самая глубокая скважина – на Кольском полуострове, в 1984 году она перевалила отметку 12 км.). А вот структура верхней мантии (не говоря уже о более глубоких) пока в основном «гипотетическая». Известно только, что самая верхняя ее часть, прямо под границей Мохо, тоже, похоже, каменная [всю эту каменную оболочку Земли с легкой руки Д.Баррела называют литосферой («литос» — камень)], а вот дальше она как бы «размягчена», то есть не то чтобы жидкая, но и не совсем «каменная». Этот размягченный слой называют астеносферой. И вот эта самая астеносфера под океанами довольно мощная, занимает слой 50 – 300 км. по глубине (при этом в разломе срединно-океанических хребтов выходит прямо на дно), а чем дальше под материк, тем дальше уходит в глубину и тоньше делается. Под древними континентами, как Европа и Северная Америка, вообще сходит на нет. Впечатление, будто материки в ней «плавают», и чем солиднее материк, тем глубже погружен в нее…
Пока все это бурили, таскали драгами образцы с самого дна океанов, выявилась еще одна любопытная вещь. Посреди океанов, где, казалось бы, осадочный слой должен быть самым мощным, его не оказалось вовсе. Вместо него там обнаружились протяженные — тысячи километров — горы (их назвали срединно-океаническими хребтами) и с них подняли породы, относящиеся к так называемым «ультраосновным», то есть принадлежащим уже верхней мантии. А посредине этих хребтов, по всей их неимоверной длине, идет щель шириной от десятка до сотни километров, и в эту щель выглядывает мантия Земли. Эти щели назвали рифтами, а позднее их «продолжение» обнаружили и на материках. Оказа-лось, что система рифтов — общемировая, она опоясывает весь шар...
Геохронология
Тем
временем часть ЧЧ, которая ковыряла самый верхний — осадочный — слой,
обнаружила, что составляющие его «тонкие» слои залегают не
как попало, а упорядоченно, мы только что встречались с этим — помните,
стратиграфия? Там, правда, не упомянули, что первым из нам известных открыл это
еще Авиценна, через полтысячи лет после него, в начале XI столетия, (независимо) — датчанин Николаус Стерно.
Однако как наука она родилась все же уже в XVIII веке.
Когда эта информация малость в извилинах улеглась, быстро сообразили, что ее можно использовать для определения «возраста» пластов, ну не совсем уж прямо возраста, но хоть определять какие старше, какие младше. И из этой мысли родилась «геохронология» — принятое в геологии и других науках о Земле летоисчисление, связанное с очень давними временами и их большущими периодами.
Поначалу она базировалась на принципе последовательности напластования горных пород (та самая стратиграфическая шкала, на основании которой создавалась геохронологическая шкала), это называется «относительная геохронология». Она давала сносные результаты при сравнении одних пластов с другими, но совсем не помогала узнать «истиный возраст», и это удручало. Однако в начале XX века подоспели Резерфорд со товарищи (главный — П.Кюри) со своим открытием радиоактивного распада (такой распад идет с постоянной скоростью и не меняется под воздействием внешних условий, что дает возможность по количеству окончательного продукта распада определить когда этот распад начался. В зависимости от конечных продуктов распада выделяют свинцовый, гелиевый, аргоновый, кальциевый, стронциевый, радиоуглеродный... методы) — и это называется «абсолютная гео-хронология».
Но уймите благоговейную дрожь от впечатляющих терминов, на самом деле геохронологическая шкала во многом условна и деление сильно зависит от персоны “делителя”, от его школы... Например, продолжительность четвертичного периода — в котором мы сейчас живем — одни школы считают равной 3.5 млн.лет, другие — всего 600 тысяч... Эон Криптозой иногда подразделяют на Архей и Протерозой, а иногда используют без подразделения. Чаще же просто используют Архей и Протерозой... Различия в трактовке Палеогена и Неогена между российскими и иностранными школами весьма существенны, а эпохи в российской школе вообще отсутствуют, хотя термины эти встречаются широко... А в иностранной нет деления Протерозоя на эры... Словом, нет порядка в этом доме.
Обычно геохронологическую шкалу представляют в виде как минимум двух табличек (одна получается вовсе нечитабельной) с указанием деления, принятого у той школы, чью статью вы в данный момент читаете. Такие таблички у каждой школы по-своему логичны, но вот если попытаться собрать воедино таблички разных школ, получается полная абракадабра: не совпадают не только названия, но и продолжительности, и сам принцип деления. А поскольку копать материал для этой книжки пришлось в очень разных «школах», то встречаться в ней будут термины самые разные. Так что пришлось мне собрать это все не в табличку, а — чтобы было нагляднее — в линейную шкалу с указанием всяческих терминов и соответствующих им отрезков времени, так легче искать нужный. Логика при этом, разумееется, сильно утерялась. Результат на картинке. Помните только, что это не истина в последней инстанции — и вообще не истина, а некий «кривой» гибрид, предназначенный лишь для примерного понимания и поиска эпох.
Посмотрели? Современный период-то — Четвертичный, или антропоген — еле виден. А уж период существования ЧР — 40-50 тысяч лет — не будет видно вовсе.
Из 4.55 млрд лет (ныне принятый возраст Земли) существования нашей планеты человек живет на ней 1-3 миллиона лет, а «человек разумный» — около 0.04 миллиона. Если приравнять жизнь Земли к суткам — 24 часа — то «человек разумный» живет на ней 0.8 секунды. А нагадить успел на планете...
Ну, об этом позже. А сейчас — чуть-чуть о самих терминах, и пойдем дальше. Фанерозой, как ни странно, к фанере (ни к древесной, ни к музыкальной) отношения не имеет: «фанерос» по-гречески явный, а «зоэ» — жизнь, то есть это «время явной жизни». Явной потому, что в его отложениях полно останков различных организмов. «Криптос» — скрытый, то есть криптозой — это «время скрытой жизни». Скрытой потому, что останков там поменьше, да и изучен он похуже. «Археос» — первоначальный, и потому археозой (чаще просто архей) — «время первоначальной жизни». В мощной толще пород архея останков практически нет, однако в самой верхней части архея найдены (на юге Зимбабве) остатки синезеленых водорослей, их возраст принят 2.6 (по другим оценкам 3.1) миллиарда лет. Они пока считаются самыми древними обитателями Земли, но дело в том, что хотя они и примитивны, это все же уже довольно сложные существа и возникнуть «вдруг из ничего» вроде не должны бы. Пока, думаю, этого хватит, остальное прояснится по ходу дела.
В процессе осмысления этой самой
геохронологии с помощью всяческих ископаемых предметов, обнаружили еще одну
«временнỳю» — с ударением на «у» — зацепку. Выяснилось,
что сами породы, в том числе не содержащие никаких останков, содержат тем не
менее «останки» того времени — остаточную намагниченность, которую они
приобрели, когда образовывались, то есть застывали. Она, конечно, была очень
слабенькой (само магнитное поле Земли-то тоже не слишком сильное, раз в сто
меньше обычного магнитика), но все же однозначно была и за-мерять ее было
можно. А в начале XX века французы обнаружили, что эта остаточная
намагниченность в не-которых породах имеет
обратный знак, будто северный магнитный полюс был тогда на юге.
Занимались этим многие, но упомянем одного. Алексей Никитич Храмов, пройдя за несколько лет в составе экспедиций множество километров, привез к себе в Ленинград из Западной Туркмении кучу кубиков размером со спичечный коробок, которые сам же и вырубил в разных пластах так называемых красноцветов. Потом договорился с одним НИИ попользоваться их лабораторией — маленьким невзрачным домиком под Ленинградом, как можно подальше от всяческих электрических полей типа трамваев, линий электропередач и т.д., — однако интересным: без железных деталей, даже без гвоздей. И вот ночью, когда близлежащие дачники выключали свои электроутюги и прочую технику, начинал он измерять…
Надо отметить, что тогда было уже известно довольно много образцов пород с «обратной намагниченностью», в Исландии нашли даже несколько таких слоев, отстоящих друг от друга по времени примерно на 250 млн. лет, и как раз в те времена шла ожесточенная дискуссия о причинах такого явления: то ли это — «внутреннее» свойство пород, связанное с их происхождением, то ли это «внешнее» влияние, то есть влияние магнитного поля Земли и, значит, оно само «опрокидывалось». И годы упорного труда принесли открытие: в образцах из разных, лежащих друг под другом слоев он обнаружил постепенное, от слоя к слою, изменение направления намагниченности, и даже выяснил за какое время это происходило — примерно 10 тысяч лет, по геологическим меркам мгновенно, но по нашим — вполне «неторопливо».
Как обычно, восторженных визгов не последовало: мир ЧЧ воспринял открытие как «весьма интересное», но требующее проверки и «сторонних» подтверждений. Первое такое пришло из Японии: там тоже обнаружили подобный эффект. А Алексей Никитич «переполз» в Предуралье, стараясь найти там более древние породы, чтобы расширить изучаемый диапазон (по туркменским образцам ему удалось добраться до 60 млн лет назад) — и расширил, до 150 млн лет. А единомышленники в Шотландии — уже до 600…
Смена полюсов стала общепризнанным фактом, родился еще один «календарь» для геологии: шкала инверсий магнитного поля Земли. Каждая смена направления (а они оказались разной продолжительности) получила свое название и номер.
