На суше и на море - 1964

Наша Земля — сплошное тело, в котором пустоты встречаются лишь в тонком поверхностном слое. В глубоких частях земного шара их не может быть из-за колоссального давления вышерасположенных слоев. На поверхности земного шара на нас давит лишь слой воздуха, и давление здесь невелико — примерно одна атмосфера (1 кг/см²). В глубинах океана давят уже воздух плюс толща воды, и давление там поднимается до 1000 атмосфер. Но даже эта внушительная цифра бледнеет перед давлениями в глубоких недрах нашей планеты, где кроме воздуха и воды давит вся масса земного вещества. На границе мантии и ядра давление достигает 1,4 миллиона атмосфер, а в центре земного шара превышает 3,5 миллиона атмосфер!

Пылающие недра

Необходимость добывать полезные ископаемые заставляла людей все глубже и глубже зарываться в землю. При этом было замечено, что с глубиной довольно быстро возрастает температура. Так, в шахтах Донбасса на глубине 800–950 метров она достигает 27–30°, а в одной из нефтяных скважин в США 244° (на глубине 7136 метров).

Ученые произвели многочисленные измерения и установили, что на каждые 100 метров температура вначале повышается на 1–3°, затем — с глубиной — рост ее замедляется. Изучение вулканической лавы и теоретические расчеты приводят к выводу, что на глубине 100 километров температура не выходит за пределы 900–1500°. Температура же более глубоких слоев точно неизвестна, но большинство ученых придерживается таких цифр, как 3000–6000°.

Наша Земля в целом — твердое, упругое тело. Об этом неопровержимо свидетельствуют приливы. Причина их возникновения — сила притяжения Луны и Солнца. Приливы наблюдаются не только в Мировом океане, но и в земной коре. В океанах высота приливной волны достигает 16 метров, в твердой же оболочке Земли — лишь 0,5 метра. Ученые рассчитали, что такие же приливы были бы и в стальном шаре величиной с Землю. Значит, наша планета обладает в целом твердостью стали.

На первый взгляд тут определенное противоречие: только что говорилось, что температура на глубине 100 километров достигает 1500°, а вслед за этим утверждается, что Земля — твердая. Известно, что при 1500° плавятся все горные породы. Почему же остается твердым вещество в земных недрах?

Объясняется это тем, что в глубинных частях Земли вещество находится под высоким давлением. Точка же плавления зависит от давления: чем оно выше, тем большая температура нужна для того, чтобы вещество перешло в жидкое состояние. Так, железо, которое в обычных условиях плавится при 1500°, с увеличением давления до 96 тысяч атмосфер может расплавиться лишь при температуре 1740°. В мантии температура, видимо, растет медленнее, чем давление, и вещество расплавиться не может. Находящееся под большим давлением сильно разогретое вещество уже на глубине 15–20 километров, как считает профессор Г. П. Горшков, приобретает свойство пластичности.

Примером вещества, обладающего пластичностью, на поверхности Земли может служить вар. При ударе он колется; оставленный на ровном месте — растекается. Таким образом, вар соединяет в себе некоторые свойства как твердых, так и жидких тел.

Обладающее пластичностью вещество в земных недрах медленно, но непрерывно перемещается, что и является причиной горообразования, землетрясений и извержений вулканов.

Таковы самые общие сведения о внутреннем строении нашей планеты. Как видите, вещество в земной коре и мантии находится в твердом состоянии. В каком же состоянии находится вещество в ядре Земли?

Величайшая динамомашина

Вспомним, что скорость продольных волн — если идти от поверхности Земли к центру — на границе мантии и ядра падает, а поперечные волны через внешнее ядро вообще не проходят. Так как поперечные волны не распространяются в газообразных и жидких телах, то приходится сделать вывод, что внешнее ядро находится или в газообразном, или в жидком состоянии. Но газообразным оно не может быть: температура в ядре для этого мала. Остается предположить, что внешняя часть ядра Земли находится в жидком состоянии. Видимо, рост температуры во внешнем ядре — в отличие от мантии — обгоняет рост давления, и вещество плавится.

Поперечные волны, исчезнувшие на границе мантии и внешнего ядра, вновь появляются во внутреннем ядре Земли: скорость же продольных волн в нем поднимается. Это говорит о том, что центральная часть нашей планеты твердая.

Возможно ли, чтобы наружное ядро было жидким, а внутреннее — твердым?

Температура в ядре благодаря высокой теплопроводности вещества везде более или менее одинакова. Но в наружной части ядра давление меньше, чем во внутренней, поэтому вещество там расплавилось. Во внутреннем же ядре — при той же температуре — давление выше, и это более высокое давление мешает переходу вещества в жидкое состояние.