Под покровом мантии
Шрифт:
Вот какие загадки ставит наша родная планета, если смотреть на нее со стороны. Впрочем, она и нам задает задачи не менее странные и удивительные.
В начале 1963 года в Горьковском кремле собрались астрономы для обсуждения, некоторых научных материалов, полученных в последние годы. Особый интерес вызвала работа группы горьковских ученых, которые в Крыму, на вершине Ай-Петри, установили искусственную Луну диаметром почти в 5 метров. Модель Луны служила для проверки данных, которые были получены при изучении поверхности настоящей Луны.
Ученым, работавшим под руководством доктора физико-математических наук профессора В. Троицкого, удалось установить ряд любопытных явлений.
Прежде всего определили, какие породы слагают поверхность Луны. Оказалось, что по своей теплопроводности они очень близки к нашим средним, основным и кислым породам. Это габро, диорит, гранит.
Выяснилось, что температура поверхности Луны подвержена резким колебаниям, зависящим от ее нагрева солнечными лучами. Но уже на сравнительно небольшой глубине температура более или менее постоянна. Далее она возрастает и достигает 1000 градусов на глубине 50–60 километров.
Удалось построить кривую температур Луны. Она оказалась все время возрастающей, и ученые пришли к выводу, что здесь имеется полная аналогия с тем, что мы наблюдаем на Земле.
Наблюдаем ли? Могут ли ученые сказать, что они в состоянии построить кривую температур Земли? На этот вопрос можно ответить лишь с некоторой долей вероятности. И прежде всего надо разделить этот вопрос на две неравные части. Отдельно надо и ответить на них. Ведь температуры атмосферы Земли и внутренних ее частей разные.
Кривые температуры для атмосферы мы можем построить довольно точно. Действительно, наблюдения, которые можно было провести с поверхности Марса, подтвердились бы земными исследованиями последних лет. На больших высотах температура достигает очень высоких значений, а с приближением к поверхности Земли она уменьшается. Здесь мы увидели бы два температурных минимума и два максимума, которые во многом определяют тип и характер кривых температур «неба».
Максимально холодные зоны, оказывается, расположены на высотах в 50–70 и в 10–30 километров от поверхности Земли; теплые максимумы — на высотах 100–150 и 40–50 километров. В минимальных зонах температура опускается до минус 70–75 градусов, а в максимальных повышается до 100 и больше градусов. В верхнем максимуме она достигает нескольких тысяч градусов. Все это мы узнали, используя новейшие методы наблюдения, в том числе геофизические ракеты и искусственные спутники Земли.
Но если бы марсиане решили определить температуры нижних слоев нашей планеты, особенно мантии и ядра, они натолкнулись бы на непреодолимые трудности. К сожалению, и мы, живущие на Земле, находимся почти в таком же положении. Предположений, гипотез много (их могли бы выдвинуть и марсиане. Вспомним, к примеру, наши споры о температуре Венеры!). А вот точных данных почти нет.
Еще в прошлом столетии было отмечено постепенное увеличение температуры с глубиной. В небольших горных выработках и в неглубоких скважинах температура поднималась в среднем на один градус при погружении на каждые 33 метра. Эти цифры в свое время вошли во все учебники мира, и авторитетность их была непререкаемой. Но с проведением глубоких горных выработок стало ясно, что эти средние данные совершенно не дают нам оснований делать выводы о тепловом режиме даже поверхностной зоны Земли! В отдельных участках континентов температура оказалась резко различной. В одних значительно выше средней, в других — намного меньше. А иногда температура сначала повышалась, потом резко понижалась. Выходит, что для каждого района земной поверхности свой температурный режим.
Например, на Кольском полуострове температура увеличивается в среднем на один градус на каждые 150–160 метров глубины. Примерно такой же режим изменения температур наблюдается в целом ряде скважин «Второго Баку». Причем эти изменения нарастают не плавно и постепенно. В целом же ряде случаев — резкими скачками в зависимости от циркулирующей подземной воды!
Есть на Южном Урале местечко Янган-Тау, в котором температура вначале резко возрастает и на глубине в 300 метров достигает плюс 300 градусов. Затем, по мере продвижения вглубь, она снова уменьшается. Здесь мы встречаемся с резкой температурной аномалией. Она, возможно, связана с процессами окисления углерода или радиоактивного распада. Замечено, например, что вытекающий из зоны температурного максимума газ слегка радиоактивен.
На земном шаре выявлено много других участков с аномальными температурами. И эти аномалии не укладываются ни в какую закономерность.
Но если бы мы признали закономерное увеличение температур с возрастанием глубины (один градус на каждые 33 метра), то для зоны земного ядра мы получили бы устрашающую цифру — не меньше 200 тысяч градусов! Если бы на самом деле в центре Земли существовала такая температура, то наша планета давно взорвалась бы и превратилась в газовое облако. Поэтому ученые, которые рассматривают вопросы температурного режима внутренней зоны Земли, произвольно уменьшают эту цифру.
Так геофизик Гутенберг, изучавший этот вопрос в конце прошлого столетия, считал, что температура под земной корой более или менее постоянна и не превышает четырех-пяти тысяч градусов. Другие ученые утверждают, что температура с глубиной закономерно увеличивается, называя максимальную цифру в десять тысяч градусов в ядре Земли.
Лишь академик Вернадский еще в 1934 году выступил с утверждением, что температуры с глубиной могут понижаться. Это вызвало резкий отклик многих ученых на XVII Международном геологическом конгрессе, о котором рассказано в начале книги. Сказались сила традиции, привычки к «удобной гипотезе».
Взгляды Вернадского впоследствии нашли сильную поддержку в теории О. Ю. Шмидта. А когда были открыты явления радиоактивности, ученые получили в руки доказательства сложности термической жизни Земли. Было высказано предположение, что если в ней более или менее равномерно распределены радий, торий, уран, то Земля должна разогреваться. Накопление тепла, возникающего от распада радиоактивных веществ, должно быть настолько велико, что Земля уже давно пережила бы стадию полного расплавления.
Недавно в Институте физики Земли Академии наук СССР кандидат физико-математических наук Е. А. Любимова закончила расчет баланса тепловой энергии Земли. Исходя из средних цифр распределения радиоактивных веществ в земной коре, Е. А. Любимова предположила, что и на глубинах должно содержаться такое же количество радиоактивных элементов, а в связи с этим в ядре некогда холодной планеты должна образоваться разогретая масса. Е. А. Любимова подсчитала, сколько времени потребуется Земле на полное расплавление, каковы глубинные процессы ее жизни, как этот разогрев влияет на ход землетрясений, на смятие поверхностной зоны Земли. Иными словами, эти расчеты доказывают, что Земля в настоящее время разогревается.
Но ведь пока еще не доказано, что радиоактивные вещества распределены равномерно во всех зонах Земли. Вот почему целый ряд ученых, особенно те, кто придерживается точки зрения магматистов, считают, что Земля уже пережила стадию расплавления и сейчас остывает, что горные хребты возникли в результате уменьшения объема планеты. Этот процесс сравнивался с тем, что происходит с кожицей печеного яблока, которая морщится при усыхании.
Интересна точка зрения сторонников гипотезы конвекционных токов, предполагаемых в мантии Земли. Исследователи считают, что поверхность Земли охлаждается, а из недр планеты идут токи тепла, которые поддерживают ее тепловой режим.