Под покровом мантии

В конце прошлого и в начале текущего столетия, в период почти полного господства магматистов, геологи и геофизики очень любили сравнивать историю развития Земли от планетарных дней до момента покрытия ее корой из застывшей массы с тем, что мы наблюдаем при доменной плавке.

Приходилось вам наблюдать за тем, что происходит в расплавленной массе железа, только что выплавленного из руды? Это красивое и поучительное зрелище. На поверхности расплавленного, ослепительно яркого металла плавает тоненькая корочка шлака. Стоит помедлить с разливом металла, и она становится уже не корочкой, а темной плотной и крепкой корой. Вот ее то и уподобляли внешней оболочке земного шара, которая образовалась при остывании огромного сгустка расплавленной материи.

Анализ корочки шлака показал, что в ней скапливаются соединения кремния и алюминия. Если посмотреть на земную кору и ее химический состав, то в ней наряду с другими элементами также много кремния и алюминия. Поэтому известные ученые Зюсс, Вихерт, Гольдшмидт — предложили для земной коры название «сиаль» — от начальных слогов силиция (кремния) и алюминия. Расчеты геологов и геофизиков показывали, что под сиалем должна залегать несколько более плотная масса, содержащая силиций и магний. Эту зону назвали «сима» (также от начальных слогов силиция и магния). А ядро, где должна залегать самая тяжелая масса, по представлением этих ученых, состояло из никеля и железа (феррум). Этот участок Земли назвали «нифе». Вот так представляло большинство ученых начала нашего столетия внутреннее строение Земли.

Пожалуй, наиболее полно эти взгляды отразил Алексей Толстой в своем романе «Гиперболоид инженера Гарина». Известно, что, когда Толстой писал свой роман, он консультировался по вопросу внутреннего строения Земли с академиком Ферсманом. А Ферсман придерживался взглядов магматистов.

Вспомним, как рисовал замечательный писатель залегание различных горных пород на глубинах при продвижении к центру Земли. Гарин утверждал, что под поверхностью Земли залегают легкие породы. Потом, когда он пройдет земную кору, должен встретиться так называемый оливиновый, или перидотитовый, пояс — слой, состоящий из ультраосновных пород, а еще глубже — рудная оболочка Земли, в составе которой будто бы залегает слой сплошного золота. Вот это золото и привлекало Гарина.

Как мы помним, Гарин получил то, что хотел. Глубочайшей шахтой были пройдены все эти слои. Наконец рабочие после целого ряда сложных событий врезались в слой золота. Когда драгоценный металл был поднят на поверхность и об этом узнали все на земном шаре, золото потеряло свою цену. Оно стало дешевле себестоимости, и затраты на шахту не окупились.

Но соглашаясь в главном — в распределении слоев Земли, магматисты вели между собой бесконечные споры о том, как точнее расшифровать код информации силы тяжести Земли, как изменяется при продвижении в глубь планеты плотность горных пород — постепенно или скачками? При всех этих расчетах учитывались и данные доменных процессов и общий магнетизм Земли. Ведь и сейчас кое-кто думает, что ее магнитное поле связано с железным сердечником. И вот если считать, что внутренние зоны Земли сложены железными массами, то расчеты становились очень простыми. Плотность железных, или, точнее, никелево-железных масс, — около 10–11, а плотность земной коры — 2,63. Значит, нужно было вычислить средние значения плотности для каждой из глубин. Судя по плотности, и были выделены серебряный пояс, золотой пояс и так далее.

Здесь на помощь пришли метеориты. Из них можно выделить две крупные группы: каменные метеориты, состоящие из силикатных горных пород, и железо-никелевые.

В 1947 году с гулом и грохотом промчался по небу огромный метеорит. Казалось, что выстрелила целая батарея мощных артиллерийских орудий. Этот метеорит разбился на части над сихотэ-алиньской тайгой. На поиски метеорита немедленно был брошен отряд ученых и краеведов. Разведчикам удалось подобрать свыше 50 тонн метеоритного железа, содержащего примеси никеля и некоторых других элементов.

Возможно, сказали сторонники магматической точки зрения, метеориты представляют обломки ядра некогда существовавшей планеты. Возможно, каменные метеориты — это остатки коры, а железо-никелевые — ядра той планеты, которая располагалась в области нынешнего пояса астероидов между Марсом и Юпитером. А если так, значит один из незначительных осколков этой планеты, по подсчетам, около 50 тысяч тонн весом, и упал над сихотэ-алиньской тайгой. Большая часть его — 99,9 процента — сгорела при продвижении через плотные слои атмосферы, а 50 тонн — тысячная доля — осталась. Но зато несгоревшие осколки оказались металлическими.

Предположения магматистов оправдались. Те из них, которые принимали в расчет скачкообразные изменения распространения скорости сейсмических волн внутри Земли, говорили, что изменения плотности внутри Земли тоже нельзя представлять в виде постепенного перехода от легких к тяжелым массам. Переход, по их мнению, происходит скачкообразно.

Противники магматистов — трансформисты заявили, что нельзя сравнивать внутренность Земли и ее историю с тем, что происходит при доменной плавке. Группа ученых, которая в свое время объединилась вокруг академика Отто Юльевича Шмидта, пыталась расшифровать код информации силы тяжести с других позиций. Один из ученых этой группы, профессор Е. Н. Люстих, считает, что Земля, согласно теории Шмидта, не переживала стадии расплавления. Сконцентрировавшись из отдельных обломков вещества типа метеоритов, она представляется нам в виде неоднородной массы. Гипотезу о планетном происхождении метеоритов сторонники О. Ю. Шмидта отвергали. Они считали, что метеориты гораздо древнее планет, что они являются первичными частями той первозданной туманности, из которой произошли все планеты и их спутники, в том числе и Земля и Луна.

И вот в Земле, с точки зрения Люстиха, могут существовать скопления бывших метеоритов — участки легких и тяжелых масс. Каждая порода обладает определенной вязкостью. Благодаря этому легкие вещества могут всплывать, а тяжелые погружаться. Люстих вычислил, что тело диаметром около трех километров может опускаться (если оно тяжелое) или подниматься кверху (если легкое) со скоростью примерно 500 километров за один миллиард лет. Тело меньшего размера перемещается с меньшей скоростью. За тот же миллиард лет тело, имеющее в поперечнике один километр, будет погружаться или всплывать только на 50 километров. При этом вертикальном перемещении глыб, расположенных внутри Земли, освобождается настолько большое количество энергии, что в отдельных зонах могут возникнуть расплавления. Этой энергии хватит и на то, чтобы объяснить все процессы смятия горных пород.

Другой ученый этой группы — Г. Д. Панасенко — приводит нас к еще более сложным представлениям о внутреннем состоянии Земли. Он говорит, что мы должны здесь учитывать те законы физики и химии, которые связаны с внутренним строением атома.

Если взять для примера атом платины и для наглядности представить его размеры с Московский университет, то окажется, что ядро этого атома, заключающее в себе почти всю массу, будет иметь величину не более кубического сантиметра.

Если какое-то количество электронных оболочек сорвано, атомы можно сблизить. При этом вещество, сохраняя свой химический состав, станет немного плотнее, тяжелее. И может быть, не обязательно, говорит Панасенко, представлять себе расслоение Земли по химическому составу. Он может быть единым как в поверхностных, так и в глубинных своих зонах.

Но под влиянием тех огромных давлений, которые существуют внутри Земли, могут возникнуть изменения в строении атомов. Расчеты показывают, что в центре Земли давление должно достигать трех миллионов атмосфер, а на границе ядра и мантии оно равно полутора миллионам атмосфер. Такое огромное давление, конечно, приведет к какой-то перестройке атомов. Их состояние будет, конечно, совсем не тем, которое известно нам на поверхности Земли, изменятся при этом их внутренняя структура и плотность пространственного расположения… Одни и те же по химическому составу горные породы будут иметь на разных глубинах совершенно различную плотность. А изменения плотности могут быть скачкообразными.

Кроме того, известно, что атомы, лишенные верхних электронных оболочек, приобретают металлические свойства. Почему, например, мы должны представлять себе, что внутри Земли обязательно должно быть железо? Там может находиться какое-то вещество со свойствами металла, а эти свойства могут быть результатом изменения облика атомов.

Вот так сейчас пытаются расшифровать эти две цифры — плотность Земли и ее поверхности.

А недавно выдвинута идея о том, что в числе элементарных частиц атома может находиться гравитон — элементарная частица, носитель силы тяжести, гравитации (отсюда и название), что в процессе жизни элементарных частиц гравитон может дать позитрон и электрон, что он может быть разложен на другие элементарные частички. Если гипотеза гравитона верна, то перед нами открываются новые перспективы, новые возможности доказательства изменения веса вещества с возрастанием глубин. Может быть, где-то здесь недалеко решение проблемы преодоления силы тяжести?