Рудольф Баландин – 100 великих парадоксов (страница 31)
Плотность горных пород с глубиной сначала растёт, затем уменьшается, снижается и вязкость. Этот слой назвали астеносферой (от греческого «астенос» – слабый). Он располагается, местами прерываясь, в интервале глубин от 50—100 км (кровля) до 150–250 км (подошва).
О существовании астеносферы геологи догадались ещё в начале ХХ века, и термин появился до того, как доказали существование этого слоя. Залегающие выше него кристаллические толщи по-прежнему именуют земной корой. Вместе с астеносферой земная кора образует литосферу.
И это название тоже не вполне отвечает реальности: каменные массы находятся и глубже, в мантии планеты. По своей плотности они ещё более «каменисты», прочнее, чем земная кора. Но так уж принято, термин вошёл в научный обиход, и с этим надо считаться.
Наиболее похожи на инертную кору давно сформированные континентальные участки пониженной геологической активности (платформы). Здесь астеносфера тонка и залегает глубоко. Под активными зонами она расслаивается на несколько частей и поднимается выше к земной поверхности. Под океанами астеносфера наиболее мощная (в особенности под срединно-океаническими хребтами).
Наиболее подвижна, изменчива именно земная кора. Но изменяется она не в наших обыденных масштабах времени, а в геологических, исчисляемых в сотнях тысяч и миллионах лет. Здесь постоянно накапливаются осадочные породы, поднимаются горы, работают вулканы, перемещаются моря, острова и континенты. Идёт химическое преобразование горных пород, сминаются в причудливые складки слоистые толщи.
На кору каменная оболочка планеты никак не похожа. В ней идёт активный обмен веществ с участием природных вод, воздуха и живых организмов. Полный круговорот веществ в литосфере происходит за миллионолетия. Для планеты такие сроки невелики.
Представлена земная кора осадочными слоями, магматическими и метаморфическими (преобразованными в горниле недр) толщами. Плотность её 2–3 т/м3; толщина под океанами 5—15 км, под континентальными равнинами 30–40 км, а в горных странах до 90 км.
Границу коры и лежащей ниже мантии открыл в 1909 году югославский геофизик Мохоровичич, наблюдая отзвуки Балканского землетрясения. С тех пор она называется поверхностью Мохо. Подстилает земную кору, как мы знаем, астеносфера, которая вместе с земной корой образует литосферу, залегающую до глубин 200–250 км.
Ниже поверхности Мохо приборы отмечают резкую смену плотности или удельного веса каменных масс: с 3,2 до 4,6 т/м3. Отсюда начинается мантия Земли. Земная кора состоит преимущественно из кремния (силициума) и алюминия. Её кратко называют – сиаль. В мантии преобладают, как предполагается, кремний и магний (сима).
Температура мантии около двух тысяч градусов. Плотность её увеличивается с глубиной четырьмя ступенями, позволяющими выделить четыре слоя. Мантия – обширнейшая область высоких давлений и температур.
Ниже 2900 км плотность пород быстро меняется от 11,54 до 14,2. Отсюда начинается ядро Земли, в котором выделяют ещё центральное ядрышко плотностью более 17 (то есть в 17 раз плотней воды). У него есть свойство жидкости: в нём угасают продольные волны, которые возникают при сжатии и расширении, как это бывает с пружиной. (Поперечные волны подобны волнам на море.)
Из чего состоит земное ядро – остаётся загадкой. Оно сдавлено со всех сторон чудовищными силами гравитации, и в центре становится текучим, как сверхплотная жидкость.
Из-за равных и направленных к центру гравитационных сил все внутренние оболочки Земли, в отличие от литосферы, стремятся к равновесию, покою. В них вряд ли идут активные химические реакции.
В последние десятилетия популярна гипотеза о круговоротах в мантии. Это весьма сомнительно. Там вещество высокой плотности находится под равномерным давлением. Его перемещения не могут быть значительными, сопоставимыми по скорости с движениями литосферы.
Если гравитация сдавливает Землю равномерно со всех сторон, то, казалось бы, земная кора должна иметь одинаковую толщину, а поверхность планеты – быть ровной, если не считать воронок и кратеров от ударов астероидов, как на Луне. Почему же рельеф земной коры не только сложный и разнообразный – от глубоких впадин до высочайших вершин, – и подчинён некоторым закономерностям?
Так происходит потому, что литосфера – живая оболочка планеты.
Более полутора столетий назад русский геолог Г.Е. Щуровский писал: «Все части органических тел, составляя целое, живут, а будучи отделены от него, умирают. Так минералы, взятые порознь, оторванные от своего целого, от материка, представляются нам массами вещества без жизни, без движения, нередко без физиономии, определённо выраженной. Но те же минералы в совокупности со своим целым, в материке, выказывают жизненные действия… Мировая жизнь горит и в безмолвном бытии минерала».
Все минералы литосферы участвуют в больших и малых геохимических круговоротах, в активном обмене веществ воздушной, водной и каменной оболочек. При этом создаются сложнейшие химические соединения. Ведь в этих круговоротах участвуют и живые организмы.
Это самый настоящий глобальный обмен веществ, как положено живому организму. В.И. Вернадский называл это «организованностью».
При геологических медленных скоростях – в масштабах тысяч и миллионов лет – меняются свойства природных объектов. Скальные породы в недрах литосферы обретают пластичность. Моря блуждают по поверхности континентов. Вздымаются и опадают горы. Реки, змеящиеся по равнине, переползают с места на место. Берега океанов как бы тают от постоянной волновой эрозии. Острова выныривают там, где теперь море. Континенты и островные дуги перемещаются…
Литосфера живёт чрезвычайно интенсивно, но только не в наших обыденных, а в геологических масштабах времени и пространства.
Парадокс изостазии
Слово «изостазия» в переводе с греческого означает «равновесие». Его предложил в конце ХІХ века американский геолог Кларем Эдвард Деттон (Даттон), изучавший землетрясения.
Оно укоренилось в геологии. Какое равновесие имеется в виду? Подразумевается феномен плавучести в соответствии с законом Архимеда: на погруженное в жидкость твёрдое тело действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости.
Это имеет прямое отношение к геофизической закономерности, которую обнаружили сейсмологи, «просвечивая» земные недра. Оказалось, что толщина земной коры под океанами – наименьшая, а под горами – наибольшая. Почему?
В 1855 году английский геодезист и астроном Дж. Б. Эри предположил, что земная кора плавает на более вязкой или даже текучей астеносфере примерно так же, как айсберги в море. Чем выше айсберг над водой, тем глубже он погружён; его подводная часть примерно в 8 раз больше надводной.
Глыбы континентальной земной коры, которые легче, но прочней астеносферы, погружены в неё в соответствии с той же пропорцией (интересное совпадение). Всего лишь восьмая часть этих глыб возвышается над уровнем моря.
Английский геофизик Дж. Пратт предложил другую схему: высота гор зависит главным образом от слагающих их горных пород: чем породы легче, тем выше горы. В общем, две гипотезы вполне совместимы, что и постарался показать Деттон в своей концепции изостазии.
В Гималаях, где наивысшая вершина подходит к 9 км, земная кора погружена до глубины 80–90 км. Такие или немногим меньшие глубины характерны для геосинклиналей, зон растяжения земной коры, где активно накапливаются осадки, а затем вырастают горы. На сравнительно инертных платформах земная кора в 2–3 раза тоньше.
Земная кора материков состоит из отдельных блоков, глыб горных систем или платформенных плит, которые подчиняются закону изостазии.
Другая закономерность: на Земле общая масса воды соответствует весу суши выше уровня океана. Площадь суши относится к площади океана (29,2 % к 70,8 %, т. е. 1:2,4) обратно пропорционально отношению объёмного веса горных пород верхов земной коры (2,4) и воды (1). На глобальной «чаше весов» масса океана уравновешивает надводную часть континента. Это подтверждает идею изостатического равновесия блоков и глыб земной коры.
Толщина земной коры под океанами – наименьшая, а под горами – наибольшая
Так в чём же парадокс изостазии?
В том, что она не существует. Её нет в природе. По той причине, что земная кора – живая оболочка планеты.
Карта современных движений земной поверхности показывает, что она находится в постоянном движении: в одних местах опускается, в других поднимается. Поднятия преобладают. Поэтому материки возвышаются над уровнем Мирового океана.
Чем вызваны колебания земной поверхности? Главным образом, эрозионными процессами разрушения возвышенностей и переносу огромных масс в понижения, на шельф. Наиболее интенсивно это происходит в горных странах, на морских побережьях.
Правда, современные плутонисты (от имени древнегреческого бога Плутона) склонны ссылаться на внутренние силы планеты, но никаких убедительных доказательств этому не предъявляют. Они не придают должного значения поверхностным явлениям, хотя практически вся энергия поступает на Землю от Солнца, а не из глубоких земных недр.
Постоянные силы эрозии не дают установиться изостатическому равновесию. Они его везде и всегда нарушают благодаря потоку солнечной энергии, приводящей в движение массы воздуха и воды.