Земля во Вселенной

С момента  открытия Добре зонального строения Земли — представления о металлическом ядре и силикатных оболочках — прошло много времени, но основные положения предложенной им схемы сохранили силу. Остались и старые термины, геологи говорят о симатической и сиалической оболочках Земли. Эти представления подтвердились исследованиями   геофизиков.

К сожалению, мы не можем, подобно героям Жюля Верна, проникнуть в центр земного шара и выйти к своим антиподам. Там температуры в тысячи градусов. Но в наших руках «умные» аппараты, которые помогают исследовать глубины Земли.

Основной  метод изучения земных недр — глубинное сейсмическое зондирование — основан на изучении распространения сейсмических волн при искусственных взрывах или землетрясениях. Скорость их распространения закономерно возрастает от 5 километров в секунду во внешней оболочке Земли до 11 в ее центре, что объясняется повышением плотности земных масс с глубиной. На этом фоне отмечаются и «скачки» — перепады скоростей, отвечающие внутренним поверхностям разделов сфер различной плотности.

Современная модель глубинного строения Земли, по данным сейсмических исследований, такова. В центре Земли находится твердое металлическое ядро, отвечающее представлениям о «нифе» и сходное по составу с железными метеоритами. Внутреннее ядро облекается внешним ядром тоже металлического состава, но жидким (в нем не распространяются, как это происходит в твердой среде, поперечные сейсмические волны). Предполагают, что именно в этой жидкой оболочке и находится генератор магнитного поля Земли.

Советские ученые С. Монин, О. Сорохтин и Л. Зоненшайн недавно высказали предположение, что на границе внешнего ядра с облекающей его твердой оболочкой (мантией) происходит стягивание тяжелых металлических элементов к центру Земли, что приводит к разрастанию металлического ядра планеты, и идут процессы плавления и химического разделения расплавов. Эти же авторы предполагают, что у границы внешнего металлического ядра находится оболочка из окислов железа.

Широко распространено представление, что мантия Земли состоит из силикатов железа и магния. Мантию сравнивают с каменными метеоритами или хондритами (метеоритами, состоящими из округлых шариков — хондр), в составе которых участвуют железомагнезиальные силикаты, а также с ультраосновными, бедными кремнеземом породами типа перидотитов. Их находят в глубинных частях долин на континентальных склонах океанического дна и в массивах ультраосновных пород, образованных из глубинных расплавов, поднимавшихся по трещинам, или таких же твердых пород, выдвинутых из мантии по глубоким трещинам под действием тектонических сил. Внешне мантию можно представить как серовато-зеленую породу типа змеевика, который применяют в скульптуре и в архитектуре.

В мантии выделяют две части: нижнюю и верхнюю. Граница между ними не очень отчетлива. В верхней мантии примечателен один слой на глубине 100—120 километров от поверхности Земли, где резко падает скорость сейсмических волн. Полагают, что здесь лежит ослабленная зона частичного плавления — астеносфера. Считают, что именно она ответственна за многие процессы, зарождающиеся в глубинах Земли: внедрение расплавов, тектонические движения земной коры и др.

Выше астеносферы располагается литосфера — верхняя твердая оболочка, объединяющая верхнюю часть мантии и земную кору. Границу коры и мантии Земли устанавливают по четкой поверхности раздела, отмеченной перепадом скоростей сейсмических волн. Эта поверхность названа по имени ее первооткрывателя югославского геофизика Мохоровичича поверхностью Мохо, или поверхностью М. В океанах она находится на глубинах 5—10, на континентах в среднем 50 километров. Выше, как полагают, лежит «базальтовый    слой» (скорость распространения волн здесь такая же, как в базальтах), а еще выше — «гранитный слой», тоже названный условно по сравнению скоростей распространения волн с типовыми в гранитах. Самую внешнюю оболочку образует осадочный слой.

Главную часть  Земли — ½ ее радиуса и более 60 процентов массы — составляет мантия. Это отвечает и большему распространению каменных метеоритов, из которых, как считают, возникла мантия. В два раза меньше по массе ядро (радиус внутреннего твердого ядра 1271, а поперечник жидкого внешнего — 2200 километров.). Ничтожно мала мощность земной коры —всего 7200 радиуса Земли, тонкая пленка на ее поверхности. И еще тоньше осадочная внешняя оболочка.

Лишь ее мы знаем более или менее детально. Она сложена знакомыми нам осадочными породами: песчаниками, глинистыми сланцами, известняками, прорывающими эти толщи гранитами и другими изверженными породами.

Геологи по природе  своей деятельности наблюдатели-эмпирики. Им хочется любое неизвестное самим увидеть и, если возможно, — пощупать. Тогда мы проверим, правы ли геофизики. Можно было бы пробурить земную кору, чтобы пересечь границу Мохо. Какие-нибудь 5—10 километров не проблема! Достичь загадочной мантии! Такова ли она, как мы ее представляем?

Но сначала  решили достичь базальтового слоя —  самого настоящего. Считалось, что он залегает близко и чуть ли не выходит на поверхность в районе Кольского полуострова. Там и была заложена первая сверхглубокая скважина.

Результаты  бурения оказались неожиданными. Там, где по геофизическим данным предполагались базальты (базальтовый слой), скважина пересекла светлые архейские гнейсы. Она идет и все дальше по ним на глубине уже более 12 километров. Пропали базальты — опорный слой, по которому строили выводы о глубинном строении Земли и о мощности ее верхних оболочек.

Удивительна эта Кольская скважина. Большое впечатление производит ее огромное надскважное сооружение, умные устройства для манипуляций при подъеме и опускании труб, где роль человеческих рук сведена до минимума.  Шутка  ли —  скважина  опустилась  глубже 12 тысяч метров. А в керне все одни и те же породы — светлые гранитогнейсы.

Данные бурения  заставляют осторожнее относиться к геологической интерпретации данных, получаемых при геофизических исследованиях, учитывая, что повышенные скорости распространения сейсмических волн на глубине могут вызываться разными причинами. И не .только увеличением плотности пород, влияние которой и раньше предполагали, но также и особенностями тектонического строения и геологической истории исследуемого участка. В районе Кольской скважины на плотность пород повлияли и тектонические нарушения — крупная пологая трещина зоны надвига. При движении по ней горных масс породы были сильно уплотнены. Словом, причины, вызывающие изменение скоростей распространения сейсмических волн, могут быть различными. Информацию от них следует интерпретировать осторожно.

Выяснить  глубинное строение Земли можно  при сочетании геологических наблюдений, бурения сверхглубоких скважин и разносторонних геофизических исследований. А глубоких скважин будет еще много. Некоторые из них пройдут до предполагаемой границы М и помогут установить, чем же она определяется: сменой состава пород или скачком в степени их уплотненности. А отсюда последуют и более широкие выводы о строении и происхождении Земли.

Глава 2. Движение земной коры

2.1. Горы старые и молодые

Там, где сейчас устойчивые платформы, ранее бушевали стихии: поднимались по разломам из глубин магмы, извергались потоки лавы, и слои неоднократно сминались в складки. Возвышались и снова разрушались высокие горы. Продолжалось это миллиарды лет, пока земная кора здесь не стала столь жесткой и несминаемой в результате проплавления ее гранитами и другими магматическими породами, что более не реагировала на тектонические силы. Это был уже устойчивый блок.

Но древние- горы разрушались, и их не щадило время, наступала старость, которой не избегают даже каменные исполины. Миллионы лет проводили разрушительную работу потоки вод, ветер, перепады температур, прежде чем были «срезаны» горные хребты и на их месте не возникли равнины. А затем бывшая горная область испытывала только плавные погружения и небольшие воздымания. При погружении на нее заходили воды из океана или соседних еще живых и подвижных зон — геосинклиналий, и возникали мелкие обширные моря. В них отлагались известняки (вспомним карбоновые толщи Подмосковья) и обломочные породы (при повторном перемыве обломков некогда разрушенных гор). Из этих новых наслоений возникал

платформенный    чехол,    сложенный    горизонтальными слоями и ныне слабоизмененных пород.

Спокойно  лежали устойчивые древние жесткие  блоки, не нарушалось и залегание покрывавшего их платформенного чехла. Но это тоже до поры до времени. Бывали случаи возрождения тектонических движений вдоль разломов, и тогда при процессах возобновления движений (активизации) старые горы обретали вторую молодость. Но об этом мы поговорим позднее.

Из-под чехла древнейшие исторические толщи на платформах выходят в приподнятых блоках — щитах. Изучая на этих выходах древнейшие породы, геологи получают представление о процессах далекого прошлого, великих пертурбациях и «революциях», которые здесь протекали многократно с самых ранних этапов геологической истории Земли.

Пример разрушения старых гор мы видели в Аравалийских горах северо-западной Индии. Выжженные солнцем холмы живо напомнили мне предгорья знойной Средней Азии...

Удивительно было слышать рассказ индийского геолога о том, что миллиарды лет назад здесь были горы, такие же высокие, как сейчас Гималаи. А Гималаи-то вздыблены более чем на 8 тысяч метров совсем недавно, в третичное время, так же как и примыкающий к ним с севера Памир или расположенные далее горные цепи Тянь-Шаня.

Мне хорошо знакомы  молодые горы Центральной Азии с крутыми скалистыми склонами, глубоко врезанными долинами, по которым стекают стремительно быстрые горные реки. Много раз бывала в таких горах еще в детстве и потом, уже став геологом. Особенно памятно пересечение южного Тянь-Шаня и Памира в экспедициях 1929—1930 годов.

Узкая караванная тропа вела через Алайский хребет в широкую Алайскую равнину, откуда открывался вид на Заалайский хребет, встающий на юге высокой стеной. Хребет этот венчали высочайшие снежные пики и среди них — пик Ленина, подступы к которому мы должны изучить, чтобы подготовить восхождение альпинистов Н. Крылова, Е. Абалакова, Н. Горбунова. Дальше — перевал через Заалайский хребет, где дух захватывает от высоты, южнее — глубокая долина реки Муксу, а за ней снова величественная стена хребта Петра Первого. Перепад    рельефа до 3 тысяч    метров.

Мне довелось там подыматься по речкам, обозначенным на карте лишь бледным голубым пунктиром, открывать в их верховьях ледники. Памир был в большей части еще «белым пятном».

В молодых  горах, возникших на месте подвижных зон — геосинклиналей, я много работала и позднее. Вспоминаю вершины Вьетнама с их крутыми обрывистыми склонами, где в ущельях цепляется за скалы буйная растительность тропических джунглей, огромные хребты североамериканских Кордильер и Скалистых гор, высочайший Становой хребет юга Дальнего Востока. Как резко отличны эти молодые хребты, поднимающиеся как крутые ступени над плоскими платформенными равнинами, от старых пологих гор вроде Урала.

Какие же силы вздымали эти  величайшие горные сооружения и выводили к поверхности глубинные недра Земли?

Причины таких  процессов изучает теоретическая тектоника. Ей же принадлежит честь заниматься вопросами происхождения и глубинного строения Земли.

2.2. Деформация  горных пород

Слои осадков  в морях и океанах, реках, а  также на суше, пески, глины, илы, галечники первоначально, как вы видели на пляжах, берегах, отмелях рек, ложатся горизонтально или с небольшим уклоном. В горах же пласты осадочных пород идут наклонно, вертикально, или, как говорят геологи, «стоят на головах». Эти нарушения первоначального залегания пластов — результат постепенных, но длительных движений земной коры или процессов складчатости.

Впрочем, предупредим, что принятое геологами слово «складчатость» не везде подходит к характеру деформации пород. Редко можно видеть плотно сжатые складки, сходные с теми, что получаются под утюгом на вашей одежде, обычно же это скорее волны, пологие или крутые, в которых смяты каменные пласты. Вогнутые части складчатой серии — синклинали, выпуклые — антиклинали, а переход между ними — крылья складок.

Складчатые  серии из многих антиклиналей и синклиналей  образуют  поднятые  своды  —  антиклинории.

или впадины, зоны погружения — синклинории. В  первых выходят на поверхность более древние породы, во вторых — молодые.

Складки осложняются разломами — трещинами, по которым блоки пород смещаются вертикально (сбросы), горизонтально или косо «вбок» (сдвиги), или, наконец, при надвигании пластин одной на другую (надвиги).

Велики были подземные силы, которые могли  каменные слои сминать в гармошку, — все это работа неутомимого Плутона! По временам его активность возрастает, может быть, под влиянием космических причин (вспомним цикличность путешествия Солнца в Галактике). Периоды усиления движения₍ земной коры отмечаются складчатостью. Это устанавливают по несогласному залеганию пород, когда нижележащие слои смяты иначе и обычно более сильно, чем вышележащие, отложившиеся на их срезанной и размытой поверхности.

Деформации  земной коры достигали наибольшей силы в определенные этапы развития Земли. Таких периодов складчатости было много в докембрии (полтора десятка), а в более близкое к нам время, в фанерозое, не менее пяти.

Главные этапы  складчатости с конца докембрия  — это: байкальский (в позднем докембрии и нижнем палеозое), каледонский (в нижнем палеозое), варисский (в среднем-верхнем палеозое), альпийский (в мезозое и кайнозое). Последний, как наиболее близкий к нам и лучше изученный, расчленяют более дробно — на киммерийский (мезозой), ларамийский (на грани мезозоя и кайнозоя) и собственно альпийский (кайнозой). Нам эти дробные расчленения фаз молодой складчатости пригодятся в дальнейшем описании.