На суше и на море - 1964

Факты, догадки, случаи…

В центре земного шара

Область неизведанного

От процессов, протекающих в глубинах земного шара, сосредоточенных там полезных ископаемых и источников энергии во многом зависит вся жизнь человечества. Но, несмотря на огромное научное и практическое значение исследования земных недр, несмотря на усилия многих поколений ученых, глубинные части нашей планеты до сих пор представляют своеобразный сборник загадок.

Объясняется это тем, что непосредственно в глубь Земли человек проник на ничтожно малое расстояние — 3670 метров. Это глубина одной шахты («ЭРПМ Майн») по добыче золота в Южной Африке. На большую глубину проникли нефтяные скважины — около восьми километров (в США). А дальше, как отмечает советский геофизик, член-корреспондент Академии наук СССР В. В. Белоусов, «начинается область весьма неопределенных предположений, гипотез и соображений».

Восемь километров… От поверхности же Земли до ее центра в среднем 6371 километр, то есть пройдена всего лишь одна восьмисотая часть радиуса земного шара. Недра нельзя наблюдать с помощью какого-либо инструмента, как, например, наблюдают в телескоп небесные тела; в глубокие недра нельзя пока что послать аппарат, подобно тому, как в космос посылают ракеты… Естественно поэтому, что большая часть наших знаний о глубинных частях Земли получена не путем непосредственного изучения, а в результате применения косвенных методов исследования, расчетов, путем сравнения с другими планетами Солнечной системы.

Хуже всего изучена центральная часть нашей планеты — земное ядро, о котором мы имеем лишь отдельные, во многом противоречивые и весьма гипотетические представления. Но именно с этой частью земного шара связано происхождение магнитного поля Земли, изучение которого важно для многих отраслей науки и практики.

Возникает вопрос: есть ли вообще хоть какие-нибудь реальные сведения о центральной области Земли? Оказывается, есть, но, прежде чем рассказать о них, напомним вкратце некоторые основные данные о внутреннем строении нашей планеты.

В глубь Земли

Когда происходит землетрясение (по-гречески «сейсмос»), от его центра во все стороны расходятся колебания (волны), называемые сейсмическими. Они улавливаются очень чувствительными приборами — сейсмографами. Существует несколько видов сейсмических волн. Стремительно — от 5 до 13 км/сек — бегут продольные волны (рис. 1). Это волны растяжения и сжатия, при которых частицы вещества колеблются по направлению движения волн, а само вещество то сжимается, то растягивается (то есть происходит изменение его объема). Близкие по характеру к звуковым продольные волны проходят через газообразные, жидкие и твердые тела.

Рис. 1

Медленнее, чем продольные, распространяются поперечные волны, при которых частицы вещества колеблются перпендикулярно к направлению движения волны (рис. 2). Прохождение поперечных волн связано с деформацией, изменением формы тела, жидкости же и газы не оказывают сопротивления изменению формы. Поэтому-то поперечные волны могут проходить лишь в твердых телах.

Рис. 2

В разных горных породах, в различных слоях сейсмические волны идут с разными скоростями. Исследовав скорости распространения волн, их преломление и отражение, ученые установили существование в недрах Земли нескольких основных оболочек (слоев). На определенной глубине, там, где скорость продольных волн возрастает скачком с 6,5 до 8 км/сек, проходит граница, называемая поверхностью Мохоровичича. Она разделяет два земных слоя; части Земли, лежащие выше поверхности Мохоровичича, называются земной корой. Ее толщина достигает 60 и даже 70 километров под горными хребтами и уменьшается до пяти километров под океанами (рис. 3).

Рис. 3

Та часть земного шара, которая расположена между поверхностью Мохоровичича и границей на глубине 2900 километров, называется мантией. Скорость продольных волн в этой оболочке — если идти от поверхности к центру Земли — все время возрастает и у нижней границы мантии достигает 13,6 км/сек. Здесь же, на глубине 2900 километров, скорость продольных волн вдруг скачком уменьшается до 8,1 км/сек, а поперечные волны вообще затухают.

Эта резкая граница отделяет мантию от следующей оболочки — земного ядра; его точные размеры были определены лишь в начале XX века. Перед второй мировой войной было выделено еще и внутреннее ядро. Теперь часть земного шара от 2900 до 5000 километров называют внешним ядром, а от 5000 километров до центра планеты — внутренним ядром.