Под покровом мантии
Шрифт:
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.
В последнее время получили распространение гравиметры, с помощью которых и изучают нормальные и аномальные поля силы тяжести. Эти приборы были подняты и на спутниках Земли. Не странно ли, космос, невесомость — и вдруг гравиметр, измеритель силы тяжести? Но дело в том, что при наблюдении за движением спутников заметили какие-то отклонения от расчетной орбиты. И оказалось, что они были вызваны именно аномальными полями силы тяжести. Значит, для того чтобы изучить строение внутренних зон Земли, надо подниматься в космос. Оттуда с помощью гравиметров легко наблюдаются и осадочный, и гранитный, и базальтовый слои. Вот одно из практических применений исследований космического пространства. Это в то же время исследование и самой Земли.
Примерно в 30-х годах голландскому ученому Веннингу Мейнесу удалось определить аномальные поля в океанах. Он изучил их, опускаясь вглубь на подводной лодке. Потом эта работа была продолжена десятками и сотнями научных экспедиций. Земля под поверхностью океанов перестала быть «белым пятном», раскрыла свою географию и геологию.
С помощью гравиметров все шире проводят разведку полезных ископаемых. Геофизики выезжают с приборами на те участки, где производятся поиски разнообразных рудных и нерудных скоплений, отмечая на местности даже мельчайшие изменения ускорения силы тяжести. Эти данные, нанесенные на соответствующие геофизические карты, показывают нам распределение положительных или отрицательных аномалий силы тяжести.
В зоне отрицательных гравитационных аномалий, как правило, ищут нефть и газы, которые заполняют пустоты земной коры. В зонах положительных аномалий залегают тяжелые, плотные скопления, связанные с концентрацией руд полезных ископаемых. Геофизики как бы «взвешивают» землю, отмечая, где лежат легкие, где тяжелые породы.
Расшифровка показаний гравитационных сигналов, идущих из глубины Земли, дает нам право говорить о целом ряде закономерностей строения и поверхностных и глубинных зон.
Ученые установили, что средняя плотность всей Земли равна 5,52, а средняя плотность земной коры не превышает 2,63. Значит, если на поверхности, в земной коре, залегают легкие породы, то ближе к центру должны лежать тяжелые. Отсюда следовал простой вывод: чтобы узнать плотность каждого отдельного слоя внутренних зон Земли, надо произвести несложные математические действия. Но эта простота оказалась кажущейся. Опять-таки все зависит от того, с каких принципиальных позиций оценивать состояние внутренних зон Земли. Тут мы вновь встречаемся с нашими давними знакомыми, воюющими друг против друга, магматистами и нептунистами-трансформистами.
В конце прошлого и в начале текущего столетия, в период почти полного господства магматистов, геологи и геофизики очень любили сравнивать историю развития Земли от планетарных дней до момента покрытия ее корой из застывшей массы с тем, что мы наблюдаем при доменной плавке.
Приходилось вам наблюдать за тем, что происходит в расплавленной массе железа, только что выплавленного из руды? Это красивое и поучительное зрелище. На поверхности расплавленного, ослепительно яркого металла плавает тоненькая корочка шлака. Стоит помедлить с разливом металла, и она становится уже не корочкой, а темной плотной и крепкой корой. Вот ее то и уподобляли внешней оболочке земного шара, которая образовалась при остывании огромного сгустка расплавленной материи.
Анализ корочки шлака показал, что в ней скапливаются соединения кремния и алюминия. Если посмотреть на земную кору и ее химический состав, то в ней наряду с другими элементами также много кремния и алюминия. Поэтому известные ученые Зюсс, Вихерт, Гольдшмидт — предложили для земной коры название «сиаль» — от начальных слогов силиция (кремния) и алюминия. Расчеты геологов и геофизиков показывали, что под сиалем должна залегать несколько более плотная масса, содержащая силиций и магний. Эту зону назвали «сима» (также от начальных слогов силиция и магния). А ядро, где должна залегать самая тяжелая масса, по представлением этих ученых, состояло из никеля и железа (феррум). Этот участок Земли назвали «нифе». Вот так представляло большинство ученых начала нашего столетия внутреннее строение Земли.
Пожалуй, наиболее полно эти взгляды отразил Алексей Толстой в своем романе «Гиперболоид инженера Гарина». Известно, что, когда Толстой писал свой роман, он консультировался по вопросу внутреннего строения Земли с академиком Ферсманом. А Ферсман придерживался взглядов магматистов.
Вспомним, как рисовал замечательный писатель залегание различных горных пород на глубинах при продвижении к центру Земли. Гарин утверждал, что под поверхностью Земли залегают легкие породы. Потом, когда он пройдет земную кору, должен встретиться так называемый оливиновый, или перидотитовый, пояс — слой, состоящий из ультраосновных пород, а еще глубже — рудная оболочка Земли, в составе которой будто бы залегает слой сплошного золота. Вот это золото и привлекало Гарина.