Строение земного шара

Рис. 9. Изменение ускорения силы тяжести внутри Земли.

Обладая указанными сведениями, мы можем вычислить вес столбика пород с поперечным сечением, равным 1 кв. сантиметру, и длиной, равной радиусу Земли или любой его части. Это и будет давление, оказываемое весом вышележащих пород на элементарную площадку (1 кв. см)в глубине Земли. Расчеты приводят к следующим цифрам: у «подошвы» земной коры, т. е. у основания сиалической оболочки (на глубине 50 км) — около 13 тыс. атмосфер, т. е. около 13 тонн на квадратный сантиметр; на границе ядра — около 1,4 миллиона атмосфер; в центре Земли — около 3 млн. атмосфер (рис. 10). Три миллиона атмосфер — это приблизительно три тысячи тонн на квадратный сантиметр. Это — огромная величина. Ни в одной лаборатории достичь таких давлений пока не удалось.

Рис. 10. Изменения давления внутри Земли.

Перейдем к температуре. По данным измерений в буровых скважинах, а также в шахтах, выяснено, что с глубиной температура растет, поднимаясь приблизительно на 3° на протяжении каждых 100 метров. Подобный темп роста температуры сохраняется всюду, на всех материках, но лишь в наружных частях Земли, близ самой ее поверхности. С глубиной величина «геотермического градиента» (геотермический градиент — изменение температуры в градусах на каждый сантиметр) падает. Вычисления, основанные на учете теплопроводности горных пород, показывают, что геотермический градиент, известный для наружных частей земного шара, сохраняется не далее, чем на протяжении первых 20 км; ниже рост температуры заметно замедляется. У подошвы сиалической оболочки вряд ли температура будет выше 900°; на глубине 100 км — около 1500°; дальше рост ее еще более замедляется. Что касается центральных частей Земли, в частности ядра, то с достоверностью о них оказать что-либо очень трудно. Специалисты, изучавшие этот вопрос, полагают, что недра Земли нагреты не выше, чем на 2–3 тысячи градусов (рис. 11).

Рис. 11. Изменение температуры внутри Земли.

Может быть, интересно для сравнения напомнить, что в центре Солнца температура оценивается в 1 миллион градусов, на поверхности Солнца — около 6000°. Волосок горящей электрической лампочки накален до 3000°.

Интересные данные имеются по вопросу об источниках тепла и тепловом режиме земного шара. Когда-то считалось, что Земля сохраняет в себе «первозданное» тепло, оставленное ей «в наследство» Солнцем, и постепенно теряет его, остывая и сокращаясь в объеме. Открытие радиоактивных элементов изменило прежние представления. Оказалось, что породы, слагающие земную кору, содержат радиоактивные элементы, которые самопроизвольно и непрерывно выделяют тепло. Количество этого тепла оценивается приблизительно в 6 миллионных долей малой калории на 1 кубический сантиметр породы в год, а для того, чтобы покрыть весь расход тепла, излучаемого земной поверхностью в мировое пространство, нужно, чтобы такой же элементарный кубик породы выделял всего лишь три десятимиллионные части малой калории в год. Другими словами, нет никаких оснований полагать, что земной шар остывает. Скорее, наоборот, он может разогреваться. На этом основании в последние годы предложены новые гипотезы развития земной коры и происхождения движений, испытываемых ею.

Учитывая наличие высокой температуры в недрах Земли, мы вправе поставить такой вопрос: в каком же физическом («агрегатном») состоянии находятся внутренние части Земли? В твердом или жидком, или, быть может, газообразном?

Последняя версия, т. е. представление о газообразном состоянии вещества внутри Земли, может быть сразу отклонена. Чтобы превратить в газ минералы, слагающие Землю, нужна гораздо более высокая температура, чем та, которая допустима, судя по изложенным выше данным.

Но в жидком состоянии породы могут оказаться. Известно, например, что «кислые» породы плавятся при 1000°, «основные» — при 1000–1200°, «ультраосновные» — при 1300–1400°. Это значит, что уже на глубине 100–130 км породы должны бы расплавиться. Но там очень высокое давление, а давление повышает температуру плавления. Чье же влияние окажется бóльшим: высокой температуры или высокого давления?

Здесь нужно снова обратиться к помощи сейсмических наблюдений. Продольные и поперечные волны свободно проходят через все оболочки Земли, заключенные между поверхностью Земли и границей ядра; следовательно, всюду здесь вещество ведет себя, как твердое. С таким выводом согласуется заключение астрономов и геофизиков, которые показали, что твердость Земли в целом близка к твердости стали. По вычислениям В. Ф. Бончковского, твердость Земли оценивается в 12 · 10¹¹ дин на квадратный сантиметр, что в четыре раза больше твердости гранита.

Таким образом, совокупность современных данных говорит о том, что все оболочки Земли (кроме ее ядра!) должны считаться находящимися в твердом состоянии. Жидкое состояние материи можно допустить лишь для совершенно незначительных участков в толще земной коры, с которыми непосредственно связаны вулканы.

6. Движения земной коры

Всюду на поверхности Земли, в толще земной коры мы видим признаки и следы разнообразных и могучих движений, которые испытывало вещество земной коры. Эти движения, развиваясь медленно и постепенно, захватывают огромные толщи пород, распространяются на огромные территории и приводят к возникновению высоких горных цепей и глубоководных впадин, поднятий и опусканий, к возникновению бесчисленных складок и разрывов в пластах осадочных пород. Вся геологическая история есть история движений земной коры, движений крайне разнообразных по форме проявления, по ориентировке, по масштабу, но движений постоянных и повсеместных; достаточно ярким выражением таких движений могут служить современные горные цепи, представляющие нагромождение складок, созданных в прошлом и продолжающих формироваться и теперь.

Как же согласовать наше прежнее утверждение о твердости Земли с фактом подвижности земной коры, с наличием повсеместных, порою самых фантастичных по масштабу движений в толще Земли?

Движения в верхних частях коры связаны с движениями более глубоких частей коры и с движениями в веществе подкоровой оболочки. Подобные движения (они называются «тектоническими») захватывают толщу Земли на многие сотни километров вглубь и одним из доказательств их реальности служат глубокофокусные землетрясения, т. е. землетрясения с очагами, лежащими на глубинах порядка 300–600–700 километров.

Одной из отличительных черт тектонических движений служит их крайне малая скорость: 1 сантиметр в год — это для большинства мест уже много. Правда, геология располагает, как мы видели, такими запасами времени, что даже самые скромные по своему темпу движения успевают произвести грандиозный эффект.

Другим свойством тектонических движений служит их «дифференцированность», т. е. пестрота в их направлении и скорости. Именно эта дробность движений, разнообразие, различия в каждом данном пункте, приводят к чрезвычайному усложнению геологического строения. Любая геологическая карта складчатой области отражает на себе подобную «дифференцированность» тектонических движений.

Что же в конце концов получается: с одной стороны, вещество наружных оболочек — твердое, а с другой, — оно способно к перемещениям? Да, именно так, и противоречия тут нет.

Твердость, даже твердость тел кристаллического строения, отнюдь не исключает способности к перемещениям вещества внутри данного твердого тела. Кристаллы способны к деформациям без разрыва, к изгибам, измятиям, способны, в конце концов, течь — и все это в твердом состоянии, не меняя и не нарушая своей кристаллической природы, формы кристаллической решетки, даже ориентировки элементов этой решетки. Сущность этого процесса сводится к так называемым «пластическим» деформациям: в каждом кристалле можно найти такие плоскости, такие направления, смещение по которым не сопровождается разрушением кристалла, не ведет к разрыву, к появлению трещин. Можно сослаться на такие минералы, как гипс, каменная соль, слюда, турмалин, свинцовый блеск, кальцит, которые часто встречаются в изогнутом виде или с изогнутыми гранями или вообще деформированы, но, подчеркиваем, без трещин разрыва и без дробления.