Под покровом мантии

В нашем былинном эпосе есть любопытный рассказ о Святогоре-богатыре, похвалявшемся своей силушкой: он, мол, мог бы перевернуть небо и землю, если бы было за что ухватиться.

И вот подъехал к Святогору оратай (пахарь) Микула Селянинович. Бросил он на землю котомку и предложил Святогору поднять ее. Святогор хотел было подхватить котомку прямо с коня — не поднял. Тогда он спешился, поднатужился, да только по колено в землю ушел. А потом и совсем его земля поглотила. В котомке была вся тяжесть земная, говорится в былине, и не под силу она самому великому богатырю.

У многих народов есть и другие легенды о концентрации земной тяжести. Здесь можно назвать сказания и о Потоке-богатыре и о королевиче Марко — югославском витязе. А в средневековой повести об Александре Македонском говорится о том, как он достиг земного рая и там ему попался маленький камушек, который поднять невозможно. Может быть, в этих легендах, кроме чисто аллегорического смысла, отразились и представления о различной тяжести горных пород?

Жила в народе и мечта о преодолении силы тяжести. Самое эффектное сказание — легенда о гробе Магомета. Он не имел тяжести и неподвижно висел в воздухе, не падая на землю, хотя ни на чем не стоял и ни на чем не был подвешен. Для гроба как бы не существовало закона ускорения силы тяжести. Конечно, это была только сказка, созданная для возвеличения пророка!

Эту сказку пытался осуществить с 1889 году профессор Элью Томсон, показавший на Всемирной парижской выставке идею эффекта Магометова гроба. Для этой цели он использовал электрическое отталкивание, с помощью которого массивное медное кольцо диаметром 15 сантиметров поддерживалось в воздухе. А теперь сказка стала былью, и наши космонавты уже не раз испытали состояние невесомости. Так сила тяжести покоряется человеку.

В наши дни каждый спортсмен-парашютист знает, как рассчитать затяжной прыжок. Известно спортсменам и то, что на каждой широте имеется свое ускорение силы тяжести свободно падающего тела. На экваторе оно минимально, а на полюсах несколько больше.

Эти различия силы тяжести на поверхности Земли связаны с ее особой формой. Еще в детстве нас учили, что Земля — шар. Потом говорили, что она похожа на эллипсоид вращения, сплюснутый у полюсов. Затем ученые установили, что Земля похожа только сама на себя, ничего аналогичного среди геометрических тел здесь не придумаешь. И тогда нашу планету назвали «геоидом», что в переводе и означает нечто вроде «земноподобный». Геоид близок к сфероиду вращения, но отличается от него не предусмотренными геометрией отдельными выпуклостями и вогнутостями.

Иногда сравнивают Землю с трехосным эллипсоидом. Советские ученые С. А. Красовский и А. А. Изотов доказали, что у Земли есть не только полярное сжатие, но и экваториальное. Правда, сжатие в зоне экватора невелико и в наших рассуждениях им можно пренебречь. Главным является сжатие у полюсов, где сила тяжести, ее ускорение немного больше. Какую-то роль играет и вращение Земли вокруг оси: на экваторе центробежная сила больше, а поэтому сила тяжести меньше.

Можно даже рассчитать, каким будет ускорение силы тяжести на разных широтах. Такое рассчитанное поле ускорения силы тяжести обычно называют нормальным. Ведь могут быть и ненормальные поля ускорения силы тяжести, или, как их принято называть, аномальные поля, где общий закон кода информации силы тяжести нарушается. Практически же незначительные отклонения от него отмечаются в любой точке земного шара, и это, как увидим, для геологов — великое благо.

Причиной многих аномалий силы тяжести является рельеф местности. Аномальные поля мы встречаем в зонах всех крупных возвышенностей земного шара: в центральном участке Азии, на Памире и Гималаях, в Средней Азии, на Кавказе. Аномальные поля силы тяжести встречаются и в области океанов, также в зависимости от рельефа дна.

Но дело в том, что на эти аномалии ускорения силы тяжести накладываются еще и другие. Аномальные поля зависят от концентрации разнообразных полезных ископаемых, а также от различного типа горных пород.

Так, например, ученые выделяют близко расположенные к поверхности участки базальтового слоя не только сейсмическими способами, но и путем определения изменений ускорения силы тяжести. Для этой цели применяют сложные приборы, главной деталью которых является маятник. Давно уже было подмечено, что плоскость, направление отвеса маятника изменятся при его приближении к высоким горам или какой-нибудь очень плотной массе. Практически зафиксировать такое изменение было очень трудно. Но с помощью изобретательных приспособлений эти отклонения от линии отвеса удалось измерить по закручиванию нити, на которой подвешен маятник. Так находят те аномальные зоны, о которых мы сейчас говорим, освещаются недра Земли, раскрываются скрытые в ее недрах полезные ископаемые и особенности ее строения.

В последнее время получили распространение гравиметры, с помощью которых и изучают нормальные и аномальные поля силы тяжести. Эти приборы были подняты и на спутниках Земли. Не странно ли, космос, невесомость — и вдруг гравиметр, измеритель силы тяжести? Но дело в том, что при наблюдении за движением спутников заметили какие-то отклонения от расчетной орбиты. И оказалось, что они были вызваны именно аномальными полями силы тяжести. Значит, для того чтобы изучить строение внутренних зон Земли, надо подниматься в космос. Оттуда с помощью гравиметров легко наблюдаются и осадочный, и гранитный, и базальтовый слои. Вот одно из практических применений исследований космического пространства. Это в то же время исследование и самой Земли.

Примерно в 30-х годах голландскому ученому Веннингу Мейнесу удалось определить аномальные поля в океанах. Он изучил их, опускаясь вглубь на подводной лодке. Потом эта работа была продолжена десятками и сотнями научных экспедиций. Земля под поверхностью океанов перестала быть «белым пятном», раскрыла свою географию и геологию.

С помощью гравиметров все шире проводят разведку полезных ископаемых. Геофизики выезжают с приборами на те участки, где производятся поиски разнообразных рудных и нерудных скоплений, отмечая на местности даже мельчайшие изменения ускорения силы тяжести. Эти данные, нанесенные на соответствующие геофизические карты, показывают нам распределение положительных или отрицательных аномалий силы тяжести.

В зоне отрицательных гравитационных аномалий, как правило, ищут нефть и газы, которые заполняют пустоты земной коры. В зонах положительных аномалий залегают тяжелые, плотные скопления, связанные с концентрацией руд полезных ископаемых. Геофизики как бы «взвешивают» землю, отмечая, где лежат легкие, где тяжелые породы.

Расшифровка показаний гравитационных сигналов, идущих из глубины Земли, дает нам право говорить о целом ряде закономерностей строения и поверхностных и глубинных зон.

Ученые установили, что средняя плотность всей Земли равна 5,52, а средняя плотность земной коры не превышает 2,63. Значит, если на поверхности, в земной коре, залегают легкие породы, то ближе к центру должны лежать тяжелые. Отсюда следовал простой вывод: чтобы узнать плотность каждого отдельного слоя внутренних зон Земли, надо произвести несложные математические действия. Но эта простота оказалась кажущейся. Опять-таки все зависит от того, с каких принципиальных позиций оценивать состояние внутренних зон Земли. Тут мы вновь встречаемся с нашими давними знакомыми, воюющими друг против друга, магматистами и нептунистами-трансформистами.