Под покровом мантии

Если повнимательней присмотреться к мраморным плитам этой станции, то можно прочесть интересные страницы геологической истории Земли. В свое время при образовании мрамора были растащены по слоям и микрослоям те включения органической массы, которые сохранились в древнем иле. Сейчас они представляются в виде серых параллельных линий, изогнутых в ажурные складки. Особенно эффектны такие складки в Ленинградском метро на станции Балтийская. Мало кому приходит в голову, что здесь отражены, зафиксированы в каменных документах драматические эпизоды жизни мрамора, связанные с так называемыми пластическими деформациями, что здесь работало усилие в четыре тысячи килограммов на квадратный сантиметр.

Еще более интересны опыты по изучению уральской колчеданной руды. В шахтах и некоторых карьерах, где добывается эта руда, особенно на Карабашском месторождении Южного Урала, можно видеть довольно прихотливые изгибы пластовых залежей, которые ее слагают.

Опыты показали, что медную руду так же можно заставить растекаться, но уже при давлении в 10–12 тысяч килограммов на квадратный сантиметр. Здесь, сравнивая результаты процессов, происходящих в природе, с данными экспериментов, мы находимся на грани познания и тех процессов, которые происходят и в мантии Земли.

Практически говоря, мы можем получить в лабораториях искусственную мантию Земли. Для этого нужно воссоздать те условия, которые должны быть под земной корой. Первое из них — давление. Это колоссальная величина. Три слона, вставших на ноготь указательного пальца! Но давление это вполне достижимо для современной лабораторной аппаратуры. Его величину нетрудно рассчитать, и, следовательно, мы можем точно сказать, с какой силой будут сдавлены породы на той или иной глубине от поверхности Земли или океана.

Труднее с температурой мантии. У ученых нет единой точки зрения о степени и характере изменения температур при погружении к центру Земли.

Надо учитывать также и воды, проникающие в горные породы. Вода под давлением будет действовать иначе, чем на поверхности Земли. Каждое, даже малейшее отверстие, каждая мельчайшая, микроскопических размеров пора будут впитывать в себя влагу, и сама порода в таких условиях изменит свои свойства. Возможно, этим и объясняется коренное отличие океанических зон земной коры от ее континентальных участков. Может быть, под давлением воды, проникшей в поры горных пород, их свойства настолько меняются, что осадочные породы и граниты приобретают характеристики, чрезвычайно близкие к свойствам базальтов. Не поэтому ли базальтовый слой располагается так близко от поверхности в зоне дна океана? И может быть, это вовсе не базальтовый слой, а неузнаваемо измененный осадочный или гранитный?

Следствием давления, температуры, пористости и проницаемости горных пород являются, как мы видели, их пластичность, упругость и прочность. Все это мы можем получить в специальных лабораториях, которые занимаются изучением поведения горных пород при огромных давлениях и высоких температурах.

В одной из своих корреспонденций директор лаборатории физики сверхвысоких давлений Академии наук СССР профессор Л. Ф. Верещагин говорил: когда подвергли большим давлениям различные металлы и породы, то столкнулись с преобразованием их первичных качеств. Например, чугун, каменная соль, мрамор, помещенные в жидкость, сжатую до 20–25 тысяч атмосфер, претерпели удивительные изменения. Они становились пластичными и приобрели какую-то особую сверхпрочность.

Но при попытках воспроизвести свойства пород в условиях мантии мы сталкиваемся с многими трудностями. Ведь там все, даже хорошо изученные породы находятся в среде, которая нам не известна. А о том, какую роль она может играть, хорошо свидетельствуют опыты, произведенные с каменной солью. Оказывается, каменная соль растекается уже при сравнительно небольших давлениях. Если приложить к ней усилие в 40–80 килограммов на квадратный сантиметр, то она может быть вдавлена в узкую щель в стальной плите.

Но если чуть-чуть подогреть каменную соль, предположим, до 200–300 градусов, то она продавливается через это же отверстие при давлении вдвое меньшем, чем в предыдущем опыте.

Еще более поразителен эффект, который получается, если эту щель в стальной плите окантовать плавленым гипсом или плавленой солью… Через такое отверстие можно продавить каменную соль даже при давлении в два-три килограмма на квадратный сантиметр, то есть необходимо усилие еще в 10–15 раз меньшее.

Но геологические наблюдения над поведением мрамора и кварцита, о которых мы говорили выше, противоречат лабораторным опытам. В природных условиях кварцит обладает более легкой способностью к пластической деформации, чем мрамор, а в лабораторных условиях требуются меньшие усилия для того, чтобы вызвать пластическую деформацию в мраморе.