КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ КОРОНА И МАНТИЯ ЗЕМЛИ

Земля - гигантская луковица

Корона, мантия... Торжественные одежды королей, сверкающие золотом, драгоценными камнями... Однако речь пойдет не о них, а о каменных одеждах Земли. Они тоже горят и сверкают на поверхности искрами вулканических вспышек, ослепительной белизной горных ледников, а в глубине таят сказочные сокровища...

Одной из самых характерных черт Земли является сложность слагающих ее образований. Словно гигантская луковица, Земля состоит из многих концентрических слоев: наружная оболочка, или земная кора, под ней - загадочная промежуточная оболочка, мантия. Мантия тоже имеет несколько слоев, скрывающих ядро планеты. Да и ядро, очевидно, многослойно. Слоиста и внешняя каменная оболочка Земли - земная кора, слоисты большинство пород земной коры.

Снаружи каменные слои Земли окутаны еще двумя оболочками: жидкой - гидросферой, достигающей в океанах толщины в несколько километров, и газообразной - атмосферой, которая представляет собой огромный слоистый газовый океан, простирающийся на сотни километров вверх от земной поверхности. На самом дне этого океана, в его нижнем, наиболее плотном кислородо-азотном слое, сосредоточена жизнь.

Как же построено тело планеты? Уже со школьной скамьи мы знаем, что самая наружная из оболочек Земли называется земной корой, или литосферой - каменной оболочкой. На поверхности и на небольшой глубине литосфера состоит из различных горных пород - гранитов, гнейсов, известняков, песчаников, глин. В них-то и заключены полезные ископаемые: пласты каменного угля, слои железной руды, минеральные жилы, содержащие ценные металлы. Многие горные породы - известняки, мраморы, глины - сами служат полезными ископаемыми. Все они залегают вблизи земной поверхности. А как меняется состав и строение земной коры с глубиной?

Прежде чем попытаться ответить на этот вопрос, надо условиться о том, что следует понимать под названием «земная кора». Дело в том, что среди ученых нет единого мнения на этот счет.

Представление о земной коре появилось в геологической науке давно - еще во времена Лапласа (1749-1827). Знаменитый французский астроном и математик Пьер Симон Лаплас прославился созданием космогонической гипотезы - гипотезы образования Земли. Он развил и дополнил предположения, высказанные несколько раньше немецким философом И. Кантом, и создал стройную гипотезу «рождения» Солнца и планет из вращающейся газовой туманности. Эта гипотеза, вошедшая в историю науки под названием гипотезы Канта - Лапласа, завоевала к концу XIX в. всеобщее признание. Лишь в XX в. после открытия явлений, которые эта гипотеза не могла объяснить, она постепенно утратила свое значение. Согласно представлениям Лапласа, Земля является сгустком расплавленной массы, покрытым застывшей коркой. Вот из этого представления о расплавленных недрах и охладившейся внешней оболочке, по-видимому, и возник термин «земная кора».

В 1909 г. югославскому геофизику А. Мохоровичичу удалось доказать, что Земля действительно обладает наружной «корой» - тонкой облочкой, которая отличается по своим свойствам от более глубоких зон планеты. В пределах этой наружной оболочки упругие сейсмические волны, возникающие при землетрясениях, распространяются с меньшей скоростью, чем на глубине. Переходя из наружной оболочки в подстилающий слой, сейсмические волны меняют скорость скачком, могут преломляться ,и отражаться. Подошва наружной оболочки Земли и была принята за основание земной коры. А. Мохоровичич определил толщину земной коры в 60 км и предположил, что ее подошва соответствует границе, на которой кристаллическое вещество земной коры, вследствие высокой температуры и давления, переходит в стекловатое состояние.

В дальнейшем изучение землетрясений и вызываемых ими различных типов сейсмических волн убедило ученых, что земная кора действительно ограничена снизу более или менее отчетливой границей. Эта граница была названа «поверхностью Мохоровичича», сокращенно «границей Мохо». В настоящее время большинство геологов и геофизиков считают земной корой ту часть твердой наружной оболочки нашей планеты, которая располагается выше «границы Мохо». Вещество Земли, залегающее ниже ее, эти исследователи считают подкоровым и относят к мантии.

Наблюдения за изменениями силы тяжести и прохождением сейсмических волн показали, что «поверхность Мохо» в разных местах планеты залегает на разной глубине: на континентах - на глубине 25-100 км и более, в океанах - значительно ближе - в 15-10 км от поверхности океанического дна, а местами и еще выше. Резко меняются глубины залегания «границы Мохо» и в пределах континентов.

В Советском Союзе, впервые в мире, недавно была составлена карта толщины земной коры нашей планеты. На этой карте видно, что в равнинных областях континентов и мелководных прибрежных морях толщина коры составляет 30-35 км. Ближе к горам толщина земной коры увеличивается, а в горных районах она достигает максимальной величины: в Тянь-Шане - 70 км, в Гималаях - 80 км и более, в Кордильерах Южной Америки - 70 км и т. д. Значительная толщина земной коры под горными цепями породила представление о существовании «корней гор» - участков земной коры, вдавленных в подкоровый слой на глубину, в четыре-пять раз большую, чем высота гор.

А. Мохоровичич впервые определял толщину земной коры именно в горах Балканского полуострова. Поэтому он и получил результат - 60 км, типичный для горных районов Земли. Однако, если на глубинах в 60-70 км от поверхности возникновение резкой «границы Мохо» можно объяснить переходом кристаллического вещества земной кори в стекловатое подкоровое вещество мантии, то для глубин в 7-10 км такое предположение мало вероятно. Ведь на столь незначительной глубине температура и давление совершенно недостаточны для подобных преобразований. И если под континентами ниже «границы Мохо» располагается стекловатое вещество мантии, то под океанами «граница Мохо», по-видимому, еще должна проходить в зоне кристаллического вещества. Значит, на дне океанов, где «граница Мохо» залегает на небольшой глубине от поверхности океанического дна, возникновение этой границы объясняется какой-то иной причиной. Тут пока скрыта одна из многих загадок Земли.

Но если действительно «граница Мохо» в разных местах нашей планеты связана с действием разных факторов или, как говорят геологи, она гетерогенпа, то в этом ее известное неудобство как единой границы между корой и мантией.

Поэтому некоторые ученые предлагают называть земной корой весь наружный слой планеты, в пределах которого вещество находится в кристаллическом состоянии. Ниже, под кристаллической корой, должно залегать стекловатое вещество мантии, находящееся в условиях настолько высоких температур и давлений, что кристаллы там неустойчивы и возникать не могут. Теоретически можно доказать, что при таком истолковании земной коры, ее толщина повсюду - и на континентах, и в океанах составит 70-80 км.

Чрезвычайно интересно, что область перехода стекловатого вещества мантии в кристаллическое должна обладать особыми, необычными свойствами, и при уменьшении внешнего давления там могут происходить резкие выделения значительных количеств энергии. Эта энергия может служить одним из источников движений земной коры.

Наконец, некоторые ученые, например Г. Беньоф, называют земной корой всю наружную оболочку нашей планеты, в пределах которой улавливаются очаги наиболее глубоких землетрясений. Очаги глубокофокусных землетрясений сейчас известны на глубинах до 750 км. Значит, согласно этой последней точке зрения, толщина земной коры составляет 700-800 км.

Однако с каких бы позиций не подходить к понятию «земная кора», необходимо иметь в виду, что различные камни, или, как их называют, горные породы, выходящие на поверхность на континентах, образовались в наружных ее зонах. Читая каменную летопись земных слоев, геологи обычно имеют дело с горными породами, образовавшимися или побывавшими после своего образования на глубинах всего в несколько километров. Лишь для наиболее древних горных пород - некоторых гранитов и гнейсов Карелии, Кольского полуострова, Украины, Алдана и других мест, можно предположить, что они возникли (или побывали после своего образования) на глубине в 20-25 км.

А что дают буровые скважины и шахты? Перед началом второй мировой войны в Калифорнии (США) была пробурена рекордная по глубине скважина - 4450 м. Прошло четверть века. Человек за это время создал водородную бомбу и вырвался в космос, а вот удвоить глубину бурения по сравнению с 1939 г. пока не сумел. В 1963 г. американцам удалось приблизиться к восьми километрам; глубочайшая скважина Европы, пробуренная в 1962-1963 гг. для поисков нефти, достигла шестикилометровой глубины. Пока такие глубокие скважины насчитываются единицами.

В нашей стране сейчас бурится несколько глубоких скважин. Одна из них - опытная скважина в урочище Арал-Сор близ г. Уральска - должна достигнуть глубины 7000 м. Весной 1964 г. буровики Арал-Сорской скважины подошли к шестому километру.

По сравнению со скважинами глубины шахт значительно меньше. Самая глубокая шахта мира находится в Южной Африке близ г. Иоганнесбурга. В ней на глубине 3670 м около 400 белых и более 2500 африканцев добывают золото из золотоносного пласта толщиной всего 0,5 м. Условия работы на этой глубине поистине ужасающие. Мощные вентиляторы непрерывно гонят воздух с поверхности, но температура в забое превышает 50° С. Корреспондент миланской газеты «Темно», недавно посетивший эту шахту, пишет, что за трехчасовое пребывание под землей он потерял полтора килограмма «живого веса». Во Флакфонтейнс, в 20 милях от Иоганнесбурга, строится другая шахта, глубиной 3800 м, также для добычи золота.

Современные шахты и скважины вскрывают те же зоны земной коры, которые можно наблюдать в естественных обнажениях, на поверхности Земли. Даже более того - ни одна из буровых скважин еще не достигала глубин, на которых образовались некоторые древнейшие породы, залегающие сейчас на поверхности. Тем не менее, значение буровых скважин глубиной в 5-7 км очень велико. Они позволяют установить условия, царящие на такой глубине, последовательность слоев, проследить возрастание температуры по мере углубления в недра, найти новые месторождения полезных ископаемых.

В разных местах нашей планеты бурятся сейчас скважины глубиной 5-8 км, и одновременно поставлена новая задача: пробурить земную кору на всю глубину, сначала там, где эта глубина минимальна; определить свойства и состав глубоких зон земной коры и подстилающих ее верхних горизонтов мантии.

Исследования подкорового слоя планеты, которые должны развернуться в ближайшие годы, получили название «проект верхней мантии». Что же известно сейчас о строении коры и мантии?