Наука Плоского мира

НЕИЗВЕСТНО, ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ НАША ЗЕМЛЯ ОБЫЧНОЙ ПЛАНЕТОЙ. Мы не знаем, как часто встречаются обводненные планеты, с океанами, континентами и атмосферой. По крайней мере в Солнечной системе она – одна-единственная. И вообще, выражение «планета земного типа» стоит использовать с осторожностью, поскольку около половины своего существования Земля совершенно не походила на ту сине-зеленую планету с белыми облачками, кислородной атмосферой и всем остальным, какой мы привыкли ее видеть на спутниковых снимках. Чтобы получить планету земного типа в прямом смысле этого слова, мы должны будем взять подходящую планету и подождать несколько миллиардов лет. То, что при этом получится, наверняка будет сильно отличаться от наших недавних представлений о прошлом Земли.

Прежде мы думали, что наша планета – чрезвычайно стабильное место и, отправившись в прошлое, в ту эпоху, когда начали разделяться континенты и океаны, мы найдем все на тех же местах, что и сейчас. Нам казалось, что и внутри Земля довольно проста.

Как мы ошибались!

Люди много узнали о поверхности Земли, но куда меньше о том, что у нее внутри. Поверхность изучать несложно, надо просто отправиться в нужное место, – это если, конечно, вам не требуется непременно попасть на вершину Эвереста. Используя специальные устройства, защищающие нежные людские тела от огромного давления, можно спуститься в океанские глубины. Еще можно вырыть в земле норы и послать туда людей. Мы можем получить немного больше информации, пробурив несколько миль земной коры, хотя это лишь тонкая корочка по сравнению со всем остальным объемом планеты. Нам остается лишь догадываться о том, что находится там, внизу, пользуясь косвенными инструментами, главными из которых являются сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, лабораторные эксперименты и теоретические выкладки.

В целом поверхность нашей планеты выглядит спокойно, если не считать погоды и кое-каких неприятных эффектов, связанных со сменой времен года. Однако частые извержения вулканов и землетрясения напоминают, что под нашими ногами не все ладно. Вулканы возникают там, где на поверхность поднимаются расплавленные породы и извергаются под большим давлением в сопровождении густых облаков газа и пепла. В 1980 году вулкан Сент-Хеленс в американском штате Вашингтон взорвался, словно скороварка с заклинившей крышкой, и половина горы ушла в небытие. Землетрясения происходят, когда массивы земной коры смещаются вдоль глубинных разломов. Позже мы разберемся, в чем причина того и другого, но вначале взглянем на все это в целом: несмотря на отдельные бедственные участки, поверхность Земли вполне благоприятна для развития и существования жизни уже в течение нескольких миллиардов лет.

Форма Земли близка к сферической: диаметр ее экватора – 7928 миль (12 756 км), тогда как расстояние от полюса к полюсу – 7902 мили (12 714 км). Небольшое расширение на экваторе – это результат действия центробежных сил, связанных с вращением Земли. Они появились еще тогда, когда наша планета находилась в расплавленном состоянии. Земля – самая плотная планета в Солнечной системе: ее средняя плотность в пять с половиной раз больше плотности воды. Когда Земля конденсировалась из первичного газопылевого облака, химические элементы и соединения разделились на два слоя: плотные материалы ушли в глубину, а легкие – всплыли на поверхность, так же как слой легкого масла плавает на поверхности более плотной воды.

В 1952 году американский геофизик Фрэнсис Берч предложил описание общей структуры нашей планеты, которое с тех пор почти не изменилось. Земля внутри очень горячая, и, кроме того, там чрезвычайно высокое давление. Наиболее экстремальные условия в самом ее центре, где температура – около 6000 °C, а давление в 3 миллиона раз выше атмосферного. Обычно от такого жара горные породы и металлы плавятся, однако давление удерживает их в твердом состоянии, то есть имеется комбинация двух противоположных факторов, определяющих жидкую или твердую фазу материи. В центре Земли находится ядро – довольно плотная сфера, состоящая преимущественно из железа, с радиусом примерно 2 220 миль (3500 км). Внутреннее ядро радиусом 600 миль (1000 км) – твердое, тогда как внешняя его часть – расплавлена. Самый верхний слой Земли – это тонкая оболочка, так называемая кора, толщиной всего в несколько миль. Между корой и ядром располагается мантия, в основном состоящая из твердых силикатных пород. Она также делится на внешнюю и внутреннюю часть, граница между которыми проходит на глубине в радиусе 3600 миль (5800 км). Выше этой «переходной зоны» находятся главным образом оливин, пироксены и гранаты, а ниже – их кристаллическая структура уплотняется, образуя такие минералы, как перовскит. Наружный край мантии и соприкасающиеся с ним нижние области коры также могут находиться в расплавленном состоянии.