Диалоги (апрель 2003 г.)

А.Г. 12 километров, то есть разница космическая. К слову о космосе – мы уже привычно выходим на орбиту, готовим полёт на Марс, а это расстояния несопоставимые. Но я так понимаю, глубже, чем на 12 километров в ближайшее время нам не предстоит пробраться. Тогда встаёт вопрос: кроме умозрительных заключений о том, из чего может состоять Земля, какие есть методы исследования?

А.К. Мы можем сказать так, что есть методы теоретического моделирования, и Олегу Львовичу об этом лучше рассказать.

Есть методы, которые связаны с непосредственным изучением глубинного вещества. Это вещество, в основном в верхней мантии, – оно выносится к поверхности земли магмами и продуктами плавления земли. Наиболее распространённой магмой является базальтовая жидкость. И это не только на Земле, но и на других планетах. Это кроме плавления, которое охватывало Землю на протяжение всей её эволюции. И когда эти жидкости отделяются от субстрата, потому что нет полного плавления Земли, а есть частичное плавление, то они могут, и это мы видим по наблюдению, какую-то часть этого твёрдого субстрата выносить на поверхность земли. Это так называемые «ксенолиты», ксенолиты верхней мантии. И вот мы, изучая эти ксенолиты, их минералогический состав, химический состав, можем судить о составе верхней мантии, о содержании газов, о балансе кислорода, и решать многие другие вопросы. И в этой области сейчас наука сделала большие шаги вперёд.

Но опять получается так, что по глубине это более значительные глубины, чем прямая скважина. Плавление базальтовое – это где-то глубины 100 километров. И информацию мы получаем с этих глубин. Но есть ещё более глубинные магмы, коматиитовые жидкости, они поступают, по-видимому, из глубин 300 километров. И это предел. Всё, что дальше…

А.Г. До ядра всё равно дойти нельзя…

А.К. Да, всё, что глубже – это требует других совсем методов. Это требует методов интерпретации физических свойств, сейсмических свойств Земли. И здесь очень много сделано, вот Олег Львович, мой давнишний друг, он как раз в этой области много сделал. А дальше уже исследования идут путём сравнения.

Надо сказать, что мы прекрасно знаем, что Земля дифференцирована, то есть планета испытала сильнейшую химическую дифференциацию. У нас есть металлическое ядро, у нас есть силикатная часть, так называемая мантия, верхняя и нижняя. У нас есть кора, исходным веществом для неё служили продукты плавления мантии и подъём расплавов к поверхности Земли. И есть газовые составляющие, которые формируют оболочку. И вода формирует оболочку, атмосферу, гидросферу, океан. И здесь, конечно, есть много проблем в том, как шла эта дифференциация, каким способом, скажем, отделилось ядро…

А.Г. Давайте прежде, чем перейти к этим проблемам, которые является, в общем, смыслом нашей сегодняшней беседы, всё-таки ответим на вопрос, откуда мы знаем, что у нас есть ядро, да ещё и твёрдое? Если вы сами сказали, что максимальная глубина, с которой к нам приходит вещество – это 300 километров?

О.К. В астрономии существует такая старая шутка, что нет ничего проще устройства звезды.

В геологии, в науках о Земле нет такой шутки, потому что Земля, вроде бы, под ногами, но действительно, сказать, что там внутри – очень сложно. Такая литературная реминисценция, Жюль Верн «Путешествие к центру Земли». Он предложил прямой путь – пробурить скважину. Сейчас известно, что эта скважина – 12 километров. Это слабый укол для Земли.

Если говорить о том, как пришло в голову людям, что внутри. Вообще говоря, мы на поверхности Земли видим силикаты. Это вулканические лавы, это базальтовые излияния, но что ниже, надо было догадываться. И первая догадка была сделана всего лишь сто лет тому назад, в 1896 году. Учёный по фамилии Вихерт, основываясь на веществе метеоритов, каменных и железных метеоритов, предположил, что внутри должно находиться нечто тяжёлое, более тяжёлое, нежели силикаты.

И вот что вообще крайне любопытно, наука же, она как-то отстраивает свои концепции и то, что раньше было совершенно непонятно, потом становится очевидным. И вот по поводу метеоритов: лет где-то 200-250 тому назад французская Академия наук запретила публиковать какие-либо сообщения о падении каких-то каменных тел с неба, потому что был дан ответ, что не существует тверди небесной. А раз нет тверди небесной, значит, нет, так сказать, того материала, который мог бы падать.

Прошло сто лет, и возникла эта гипотеза, что в центре должно быть ядро, предположительно, железное. И вот потом, как сказал Арнольд Арнольдович, возникли уже новые методы. Но то была гипотеза, то было первое предположение, так сказать, некое наитие.

А.К. Олег Львович, а на основании чего первые предположения появились?

О.К. Да, первое предположение появилось уже в 20-м веке. На основании самого прямого сейсмологического метода.

А.К. Всё-таки сейсмологические методы. Просто так догадаться ведь сложно, без прямых данных.

О.К. Английский учёный Олдгем или Олдхем, находящийся в Индии, на основании записи землетрясений, зарегистрировал существование ядра. Я ещё пару слов тогда скажу, это очень важно, можно даже этот разрез дать или следующий рисунок. Земля состоит, твёрдая земля состоит, я подчёркиваю – твёрдая земля, из трех главных оболочек: кора, мантия и ядро. В этом разрезе видно, что серовато-зелёный цвет – он, наверное, должен олицетворять ядро. Но в ядре есть ещё внутреннее ядро, которое тоже было на основании данных сейсмологии предсказано. Земля – 6400, если округлять, ядро занимает более чем половину земного шара. Радиус ядра 3500 километров и радиус внутреннего ядра ещё 1000 с чем-то километров, 1200 километров.

А.Г. То есть пропорции на этой схеме указаны неверно.

– Она не в масштабе, конечно.

Итак, есть очень большое ядро, оно жидкое. Люди, когда говорят «есть ядро», вообще подразумевают всё ядро. Вот в нём жёлтая часть, это жидкое внешнее ядро. А вот то, что белым – это внутреннее твёрдое ядро. И вот очень любопытно здесь протянуть цепочку от состава ядра к составу внешних оболочек. Потому что состав атмосферы, образование гидросферы как-то связаны с образованием самого ядра, что тоже представляет загадку.

Но вот, может быть, Арнольд Арнольдович скажет сейчас о взаимосвязи этих геосфер и внешних оболочек.

А.К. Я хочу сказать, что, конечно, когда появились возможности для сейсмического исследования и определения геофизических свойств Земли, собственно, тогда и родилось полное представление об оболочках Земли. Ядро, мантия.

А.Г. Всё это из-за неравномерности прохождения волн?

А.К. Да, прохождения волн.

О.К. Они по-разному отражаются от границ.

А.К. И уже с этого момента возникла необходимость понимания того, что произошло, почему планета так разделилась. Сейчас нам, конечно, совершенно очевидно, что это очень сложный процесс и о нём можно много говорить, потому что есть разделы науки, которые специально этим занимаются.

Но в общем можно сказать, что когда формировалась Земля, то во время её образования и позднее были очень подвижные фазы. Собственно говоря, эта дифференциация, химическая дифференциация, в основном связана с тем, что были подвижные фазы. На первоначальных этапах формирования Земли металл, в расплавленном состоянии, имел возможность собираться в ядро. Хотя там есть свои проблемы, не очень понятны иногда механизмы отделения металлической фазы от силикатной, тут ещё дискуссия идёт, между прочим. Это первая подвижная фаза.