Brown & Mussett The Inaccessible Earth 01 Introduction (Д. Браун, А. Массет - Недоступная Земля), страница 2

К тому же и 200 км- это всего лишь малая доля радиуса Земли (6370 км): так что сколь ни ценна такая информация, она совершенно недостаточна для того, чтобы выяснить общий состав земных недр. Проблема недоступности не имее> простого решения. Поэтому иам приходится искать и комбинировать очень разнородные данные, но именно это разнообразие источников информации делает наше изучение таким увлекательным.

Астрономия, астрофизика, ядерная физика, физика планет, равно как геофизика, геохимия и геология,-все зти отрасли знания играют при этом определенную роль. Зачастую те или иные сведения, казалось бы, только сужают возможности наших теоретических построений, но если таких о> раничсний накопится достаточно много и мы сможем их все учесть, то получим хорошее приближение к истинному составу Земли. Например, в настоящее время считается, что земное ядро состоит главным образом из железа, потому что только железо обладает необходимой плотностью, потому что оно проводит электричество (это свойство требуется для создания магнитного поля Земли), н потому что оно имеется, вероятно, в достаточном количесзве.

Никакое другое вещество пе отвечает всем этим требованиям. Но перед тем, как приступить к обсужденин> этих методов познания, мы хотим дать читателк> представление о подходе, использованном в этой книге, и ее обп>их выводах. 1.2. «Недоступная Земли»: план и содержание книги. Чтобы упростить изложение, авторы избрали такой план построения книги, который позволяег логично переходить от одного вопроса к другому, ио не обязательно соответствует строгой хронологии развития наук о Земле. Сведения о внутренних областях Земли мы получаем прежде всего от сейсмологии- науки, теснее всех связанной с земными недрами. Землетрясения порождаю> волны, которые, прежде чем выйти на поверхность на большом удалении от очага, проникают КОРД Гпуан в, км О мущесгвенно кееерапгна, с нека- копннесгвам серы двое вещеатва ВНУ Г РЕННЕЕ ИПРО/ Жепе>а->мкапевы сппвв твердое вещество 63>О в г лубокие внутренние области планеты.

Существует нескольхо видов сейсмических волн, и пути распространения разных волн зависрл от того, как изменяются скорости >тих волн внузри Земли. а су>еловательно, <и физических свойсгв внутренних областей. Кропотливый анализ сейсмических записей, подученных па регистрируюп>их станциях, которые разбросаны по всему миру, как раз и ласт возможность установить„как меняется скорое.п сейсмических во:ш внутри Земли.

Образующаяся в результате такого анализа картина близка к схеме конце>прически расслоенпой Земли, в которой четче всего вьщеляется раздел- приблизительно па полпути от центра,-соответсзвун>ший перехолу от гверло>о вещества 1мин>пич) к жилкости 1лдро). Однако имеется и мно>о лруп>х разлелов или резких перехолов; некоторые из них показаны на рис.

1.1. а более полный обзор лается на форзаце в копне книги. Чтобы узнать, связаны ли >ти разделы с изменением состава, >емпера гуры или лругих парамс>ров, мь> обращаемся к плотности наиболее важной характерно>ике. ко>орун> можно ш>рслслить с лоствточной точи>>стьи>. Значения плотит>сти вь>чнсляются путем соелинения данных сейсмологии со сведениями о массе Земли, полученными из ес гравитационного при гяжения и из се момента инерции, который опрелслен по лвижепию, или прецессии, ее осн вра>пения.

>)олучаемос шким способом изменение плотности с глубиной внузри Земли опре,>еляется неолнозначно, но допустимые пределы значений плг>тности лля большинства глубин лос>азочно узки, зак что мы можем поставить слелуюпшй вопрос; какому материалу соотвешгвуег значение плопюсти, вычисленное лля каждой конкретной глубины? Очевилно. нужную пло>ность лн>жег пме>ь множссп>о материалов, поГпому к чисто физическпм;санным. использованным ло сих пор. пало лобав>ыь лруп>е типы свслепий, ко>орые накладывали бы о>раничепия на возможный химический сосгав Земли.

1)апример, со>ласло современным >сорстичсским прело>авлепиям об образовании Солнечной сне гемы, Солнце и планеты конленсировались из облака, или л>ух>аннг>гнн>, состоящей из газа и ньяи. Важнук> роль для формирования этих орелставлений играю> х>е>иеорнв>ь>. поскольку счизасгся, что они характеризуют ранние стадии процесса образования планет. Как пола>ают.

некоторые мезеориты очень близки по составу к первичной туманности и, следовательно, по ним можно приближенно оценить общий вещественный состав Земли. Из материалов сейсмических исследований хорошо известно, что Земля нс однородное тело; химические элеменгы разделены на разные группы, или г)иффгргнинроаапы, и образуют разные слои, о которых говорилось выше. Дебатируется вопрос о времени диффере>шиации. но в вопросе о том, что сегре>алия элементов произошла часэично уже во время образования Земли, а частично в ходе иослелующе>'о развития, сушесзвует общее согласие. В последние десятилетия нри исследованиях земной коры было доказано, чзо некоторые процессы дифференциации развива>отса в течение всей истории Земли, >ц>- >я и с убывакицей во времени силой.

При заданных ограничениях цо температуре и величине изменения давления в Земле для предсказания возможных сочеганий химических элеменгов, способных устойчиво сосуществовать как минералы на разных глубинах, можно использовать простые правила геохимии. Мы в состоянии применить гакие соображения последовательно к каждой области внутри Земли совместно с дру>ой подходящей информацией. Первая рассматриваемая область-ядро. Оно состоит в основном из железа, Однако необходимо решить следующие проблемы: определить.

какие малые количества других юементов должны там присутствовать, чтобы можно было привести плотность ялра в соответствие с вычисленными изменениями плотности во всем ядре; объяснить сущесгвованне твердого внутреннего ядра; найти источник энергии, необходимой для создания ма~нитного поля Земли. Следующая нри движении от центра Земли к ее поверхносги область- мантия. Пола> ак>т, что ее устройство гораздо сложнее, поскольку она состоит из больниц о, чем ядро, числа элементов, присутствующих в значительных количествах, и поскольку различные минералы, образовавшиеся из этих >лемен >ов, изменяют свою крис>ищ>лнчегкун» трухи>ург нри увеличении или уменынении давления и температуры.

Кроме того. в верхней мантии температура близка к температуре плавления вещества, что имеег важное значение цо двум причинам. Во-иервых. эта часть ман~ии становится более пластичной но отношению к длительно лейс гну>ощим напряжениям. а во-вторых, там может образоваться жидкая фракция. или расплав, что приводит нри подъеме этого расплава к поверхносги к магматической деяэельности. Пластичное>ь манэии нозволяег самой вне>иней полу.кесгкой оболочке Земли ннишфгрг -двига>ься как цо верзика.>и, зак и в горизонтальном направлении носредсгвом тепловой конвекции, ведущей к горообразованию и к конгинентальному дрейфу.

Если бы >>их движений не было, новерхносэь Земли стала бы почти гладкой и однообразной. Кора, самая верхняя часть литосферы.. наиболее сложная обласгь Земли, поскольку якие циклические процессы, как осадконаконленис, метвморфизм и мщматизч, неоднокрагно нерерабать>ваюшие се вещее>во, приводят к крайней степени дифференциации хи;>ических >лемснтов. Мы займемся здесь результаэами изучения (главным образом с помо>цьк> ыетолов огра>и>рафии и нетрологии1 крупных гжобенносгей континсигальной коры и процессов, цосрелс>вом которых осушес>влянх>ся тсплообмен н цераюс л>акрин,> между корой и верхней мантией.

Ко>ггинец>альпах кора разнивас>ся и коде >соло> нчс»о>о времени необратимо. и ее обьем, верояп>о, нрн»ом сильно увелнчнвае>ся за счс> верхней ма>нии. Из-за то>о чго зв дб00 млн. лег истории Земли контнненг>шьная кора разрослась и стала толще, а теплогенерацня радиоактивного распада уменьшилась, характер и интенсивность горообразования и других важнейших тектонических процессов, вероятно, изменились.

В ходе эволюции Земли менялись состав атмосферы, типы отлагавшихся осадочных пород и сама жизнь. 1.3. История представлений вб устройстве Земли. Этот раздел посвящен истории наших знаний о Земле и ее недрах. На протяжении всей многовековой истории науки человечество располагало очень небольшим объемом данных о внутреннем строении Земли, и получить их удалось, только опираясь на самые последние достижения физики, химии, астрономии и геологии. Важно, однако, отметить, что наука о Земле никогда не была гле-зо на задворках. Напротив, часто она оказывалась на переднем крае знания, возбуждая споры, например, между сторонниками теории спонтанного возникновения жизни и сторонниками природной эволюции или между теми, кто буквально воспринимал библейские сказания о возрасте Земли, и теми, кто изучал радиоактивность илн медленные геологические процессы.

Все уже привыкли, что в обзорах такого рода принято начинать с древних китайцев или ~реков или даже, при особо большой эрудиции, с еще более ранних цивилизаций. В нашем случае это греки. В период от б00 до 200 г. до и. э, они умели поразительно умно ставить вопросы и строить предположения и тем самым оказали сильное воздействие на формирование современных идей, в особенности через сочинения Аристотеля. Геологические темы представляли для античных философов второстепенный интерес, но они считали, например, что суша может быть затоплена морем и можез подняться вновь. Они понимали, что ископаемые окаменелостн-это остатки организмов, захороненных в лревних морях, Они знали, что Земля предо~валяет собой сферу, и нашли способ измерять ее радиус с точностью до нескольких процентов.