К читателю
ЗЕМЛЯ СРЕДИ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Внутреннее строение нашей планеты
Глобальная тектоника литосферных плит. Плавающие континенты
Строение земной коры континентов и дна океанов
Планета Земля как химическая лаборатория
Путешествия химических элементов
Тайны земного магнетизма
Притяжение Земли
ПРОЦЕССЫ, ФОРМИРУЮЩИЕ ЛИК ЗЕМЛИ
Реки — разрушители и созидатели
На краю Земли. Образование берегов
Ветры, изменяющие лик Земли
Геологическая работа льда
Что может сделать снежная лавина?
Обвалы и оползни
Подземные воды
Вечная мерзлота
Метеориты. Пришельцы из космоса
Гигантские метеоритные кратеры. Звёздные раны
ВНУТРЕННИЕ СИЛЫ ЗЕМЛИ
Магма, застывшая на глубине
Современные движения земной коры
Складки в горных породах
Можно ли разорвать пласты горных пород?
Землетрясения
Образование гор
МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Горные породы
ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
Происхождение месторождений
История горнорудного производства
Руды металлов
Цветные камни
Строительные материалы
Агрохимическое сырьё
Нефть и газ
Ископаемый уголь
Горючие сланцы
Торф
ЖИЗНЬ НА ЗЕМЛЕ И ЖИЗНЬ ЗЕМЛИ
Протерозой. На пути к разнообразию
Палеозой. Начало «явной» жизни
Мезозой. Мир фантастических гигантов
Кайнозой. Планета приобретает знакомый облик
ИСТОРИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ОБЛИКА ПЛАНЕТЫ
Лунная стадия развития. Земля становится планетой
Катархей. Древнейшие ландшафты планеты
Архей и ранний протерозой. На рубеже древнейших эпох. Новые испытания
Рифей. История продолжается. Новые материки, новые катаклизмы
Венд, палеозой и мезозой. Рождение и гибель Пангеи
Кайнозой. Всё ближе и ближе к дню сегодняшнему
ИЗУЧАЯ ПРОШЛОЕ ПЛАНЕТЫ
Время и жизнь
ЧЕЛОВЕК И ЗЕМЛЯ
Микроскоп всё-таки нужен
Растения — разведчики недр
ЧЕЛОВЕК ИЗМЕНЯЕТ ЗЕМЛЮ
Использование природных богатств
Непосильная тяжесть городов
ВЫДАЮЩИЕСЯ ГЕОЛОГИ
Георгиус Агрикола. «12 книг о металлах»
Михаил Васильевич Ломоносов. У истоков отечественной геологии
Джеймс Геттон. Изучение настоящего — ключ к познанию прошлого
Абраам Вернер. Совершенство в мире минералов
Уильям Смит. «Отец английской геологии», и не только
Чарлз Лайель. Ниспровержение теории катастроф древности
Эли де Бомон. Концепция сжимающейся Земли
Аманц Грессли. Учение о фациях. «Разглядевший невидимое»
Эдуард Зюсс. Познание лика Земли
Иван Дементьевич Черский. Пионер исследования геологии Сибири
Александр Петрович Карпинский. Основатель русской геологической школы
Владимир Иванович Вернадский. «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой»
Владимир Афанасьевич Обручев. От древних ледников до «живой» тектоники и золотых россыпей
Иван Михайлович Губкин. «Главный нефтяник страны»
Альфред Лотар Вегенер. Концепция дрейфующих континентов
Александр Евгеньевич Ферсман. Блестящий популяризатор науки
СОДЕРЖАНИЕ
Text
                    \W i
* 4 5
1 . ■
; ' G
... л


щт Й I -
i
Совет директоров Георгий Храмов Мария Аксёнова Главная редакция С. Арутинов Д. Володихин Н. Грабарова О. Гусарова Е. Дукельская Ю. Евдокимова К. Иванов Т. Исмаилов С. Кошель М. Кудрявцева И. Мальцева Н. Мистрюкова Т. Поповская A. Пущина B. Радакова Н. Саркисова О. Таранова Ю. Титов Л. Харченко Е. Шурхно Главный редактор Светлана Исмаилова Редактор тома Анастасия Ростоцкая Научные редакторы Н. Короновский B. Старостин C. Буланов ;^Я
энциклопеоня аая детей ш # &*m Ifc* I \ Bf?; Ё&Й! Москва «АвантаН-» 1995
ББК 2б.3я2 Э68 УДК 087.5 Составитель СТ. Исмаилова Энциклопедия для детей: Т. 4 (Геология). Э68 Сост. СТ. Исмаилова. — М.: Аванта+, 1995. ISBN 5-86529-021-5 (т. 4) ISBN 5-96529-002-9 624 с: ил. В томе «Геология», не имеющем аналогов в современной научно-популярной литературе для детей, доступным языком изложены последние достижения теоретической и прикладной геологии. Читатель узнает о возникновении и строении Земли, слагающих её горных породах, геологических процессах, зарождении и эволюции жизни. В разделах, посвященных полезным ископаемым, подчеркнута не только их экономическая, но и культурная и эстетическая роль в ж#зни человечества от древнейших времен до наших дней. В составлении статей принимали участие известные ученые и преподаватели МГУ им. М.В. Ломоносова и ведущих институтов Российской Академии наук. Через всю книгу проходит мысль о древних и вполне возможных будущих катастрофах, об уникальности и уязвимости планеты Земля. Хорошо иллюстрированная, книга рассчитана на детей среднего и старшего школьного возраста, но, несомненно, будет интересна всем, кто интересуется естествознанием. ISBN 5-86529-021-5 (т. 4) ISBN 5-96529-002-9 ББК 26.3я2 © *Аванта+», М. Аксёнова, С. Исмаилова, 1995
Над ним широко, необозримо опрокинулся небесный купол, полный тихих сияющих звёзд. С зенита до горизонта двоился ещё неясный Млечный Путь. Ф.М. Достоевский <<Братья Карамазовы» ГДЕ НАШЕ МЕСТО ВО ВСЕЛЕННОЙ? н р^ гереброшенная через ночное небо мерцающая арка из ста миллиардов звёзд — это Галактика Млечного Пути, в которой находится Солнечная система, а в J_L-_L.HeH одна из девяти планет — Земля, на которой мы живём. Это наша родная планета, исключительная в грандиозной Вселенной. И очень трудно осознать, насколько по своим размерам Земля ничтожна на фоне даже Галактики Млечного Пути, являющейся рядовой галактикой из многих тысяч ей подобных и обладающей огромным диаметром в 100 тыс. световых лет. Иными словами, свет от одного её края до другого идёт 100 тыс. лет. Где-то на краю гигантского диска, состоящего из ста миллиардов звёзд и шаровых скоплений межзвёздной пыли и газа, имеющих невероятные с точки зрения наших земных представлений размеры, мерцает самая рядовая звезда — Солнце, вокруг которого в одном и том же направлении вращаются девять планет и третья по счёту от Солнца — планета Земля с крохотным в масштабах Вселенной радиусом всего 6371 км. Заурядная звезда Солнце, в недрах которой уже более 5 млрд лет бушуют термоядерные реакции, порождающие колоссальную энергию, создаёт условия для жизни на Земле. Надо же было так распорядиться природе, чтобы планета Земля образовалась не слишком близко и не слишком далеко от Солнца, а именно на расстоянии, обеспечивающем существование воды, без которой жизнь была бы невозможна. Каждый день обращенная к Солнцу сторона Земли поглощает огромное количество энергии, и каждую ночь почти вся эта энергия, за исключением небольшой доли, остающейся в растениях, излучается в космическое пространство. Сами того не сознавая, мы всё время используем ранее накопленную солнечную энергию. Когда сжигаем каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть или газ, мы пользуемся энергетическими ресурсами, запасёнными нашей планетой много десятков и сотен миллионов лет назад в виде органического вещества. ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ У СОЛНЦА? Несмотря на колоссальное количество солнечной энергии, которую получает Земля, это всего лишь ничтожная доля общей энергии, излучаемой Солнцем, температура поверхности которого превышает 5000° С, достигая миллионов градусов во внутренних его частях. Всё живое на Земле обязано Солнцу, а вернее, термоядерным реакциям, протекающим в недрах этой звезды — раскалённого газового шара. Все звёзды, как и люди, рождаются, живут и умирают, только их жизнь длится сотни миллионов и миллиарды лет. Солнце существует около 5 млрд лет, и, судя по расчётам астрофизиков, в следующие 5 млрд лет ничего существенного с ним не 5
произойдёт, так что причин для беспокойства нет. Однако в очень далёком будущем, примерно через 7—9 млрд лет, водородное горючее в недрах Солнца начнёт иссякать, будет накапливаться гелий, температура поверхности Солнца станет уменьшаться, а его диаметр увеличится в 2 раза. Солнце превратится в так называемого красного гиганта. Что тогда будет с нашей планетой? Не знающее предела воображение может нарисовать огромный красный шар, занимающий почти всё небо над раскалённой, мёртвой поверхностью некогда обитаемой цветущей Земли. Картина, безусловно, довольно мрачная, но столь отдалённая, что может представлять исключительно научный интерес. Однако всё во Вселенной взаимосвязано. Например, рождение и развитие планеты Земля вплоть до сегодняшнего дня неотделимы от развития не только Солнечной системы, но и Вселенной, малой частью которой эта система является. Недаром геологи уделяют такое пристальное внимание метеоритам, спутнику Земли — Луне, с поверхности которой собрано около 5 т образцов, другим планетам Солнечной системы, прежде всего Венере и Марсу, наиболее сходным по своему строению с Землёй. Конечно, всё это стало возможным лишь после 1957 г., когда нашей страной был запущен в ближний космос первый искусственный спутник. С тех пор прошло всего 37 лет, но каких! Человечество наконец осознало, что оно живёт на очень маленькой и уязвимой планете, а цивилизация достигла такого уровня развития, что в состоянии себя уничтожить. МЕСТО РОЖДЕНИЯ — СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА Лик Земли, как и её недра, непрерывно изменяется с момента образования планеты 4,6 млрд лет назад из огромной газово-пылевой туманности. Известно, что космическая «пустота» всё-таки содержит 1 атом водорода на 1 см3 при температуре —170° С. В газовых облаках плотность атомов уже намного больше и составляет десятки тысяч кубических сантиметров. Температура таких облаков достигает 10 000° С за счёт излучения с ближайших звёзд. Подобное облако межзвёздного вещества подверглось влиянию взрыва сверхновой звезды. После этого сжимающееся облако начало быстро сплющиваться, превращаясь в линзу, в центре которой оказалась сосредоточена почти вся масса этого вещества, примерно 98,7%. Уплотняясь, межзвёздный газ превратился в шар, а когда температура в нём достигла многих миллионов градусов, началась термоядерная реакция и зажглось Солнце. Из остальной массы межзвёздной пыли и газа, составляющей не более 1,3%, образовались все известные нам девять планет, причём в Юпитере сосредоточено более 99% этой массы. Благодаря вращению и силе тяжести на эллиптических орбитах возникли сгустки вещества — зародыши планет, впоследствии очень быстро превратившиеся в те планеты, которые существуют и сейчас. По мнению учёных, процесс слипания частиц космической пыли и газа во всё более крупные кусочки, достигавшие нескольких сантиметров, или процесс аккреции, как его часто называют, протекал стремительно, и к рубежу 4,6 млрд лет назад наша Земля уже сформировалась как планета, обладавшая такой же формой и размерами, как в настоящее время. Всё в Солнечной системе состоит из 83 химических элементов, причём всего два элемента — водород и гелий — составляют 99,9% общей массы, и почти все они содержатся в Солнце. Ну а остальные атомы? Где же они находятся? Дело в том, что водород и гелий — это Солнце и космическое пространство, а Земля содержит много кислорода и железа, кремния, магния, кальция и других элементов. Возникает вопрос: когда же сформировалось всё разнообразие химических элементов? Для геологии очень важно знать ответ, а он весьма непростой, т.к. существуют разные гипотезы. Одна из них утверждает, что элементы возникли в момент так называемого Большого взрыва, с которым связывается образование Вселенной, и на возникновение всех химических элементов понадобилось всего 20 минут. Не правда ли, довольно ничтожный промежуток времени по сравнению с возрастом Вселенной в 10—15 млрд лет? Образование химических элементов и их изотопов — вопрос чрезвычайной важности для геологии, да и не только для неё. Возраст химических элементов, который определяют по составу изотопов, подсказал, что все они (за исключением водорода) образовались в результате
К читателю Метеорит Луотолокс. К. Хокусой. «Побережье Ситиригохомо. Фудзи». XIX в. ядерных реакций. А водород — как бы Богом данный элемент — уже существовал в момент Большого взрыва. Да, много тайн хранят Вселенная, Солнечная система и Земля... Самостоятельная жизнь нашей планеты началась 4,6 млрд лет назад, и самые ранние стадии её развития геологи хоть и с трудом, но всё же восстанавливают с помощью последних достижений науки. Первые несколько сот миллионов лет были поистине кошмарными для планеты: она непрерывно сотрясалась под ударами крупных метеоритов, сыпавшихся на неё из космоса. Поверхность современной Луны, покрытая метеоритными кратерами, позволяет нам представить, как могла выглядеть Земля примерно 4 млрд лет назад. Очень скоро внутри нашей планеты заработал ♦тепловой двигатель», горючим для которого служил распад радиоактивных элементов. В недрах Земли началось медленное движение вещества, нагретые струи которого поднимались вверх, а холодные — опускались вниз. Планета стала похожа на спелый персик. Большая её часть — мякоть персика — так называемая мантия; кожица — твёрдая и хрупкая земная кора; косточка с ядрышком внутри — внешнее и внутреннее ядра Земли, только вместо твёрдой косточки образовалась жидкая оболочка — внешнее ядро, внутри которого — очень тяжёлое и плотное твёрдое внутреннее ядро. Уже через 0,5 млрд лет после образования Земли на ней существовала атмосфера, хотя и отличавшаяся от современной, и была вода, а ещё через 200 млн лет появились первые организмы, следы которых найдены в древнейших породах возрастом примерно 3,8 млрд лет на юго-западе Гренландии (тогда как самые древние породы, обнаруженные на Земле, имеют возраст около 4,0 млрд лет и также находятся в Гренландии и Канаде). Поразительно быстро проходила эволюция нашей планеты — от слипания частиц межзвёздного вещества до появления первой континентальной коры и первых следов жизни прошло всего 0,7—0,8 млрд лет. Даже по земным меркам это небольшой промежуток времени, учитывая, что вся история Земли насчитывает 4,6 млрд лет, а первые скелетные организмы появились лишь 570 млн лет назад. Пытаясь понять историю Земли, её внутреннее строение и развитие самой поверхностной тонкой оболочки — земной коры — мощностью в несколько десятков километров, геологи сталкиваются с парадоксами недоступной Земли. Действительно, самая глубокая скважина на земном шаре пробурена в России на Кольском полуострове и едва превышает 12 км. Всё, что находится ниже, недоступно для прямого изучения. Правда, некоторые сведения о веществе, залегающем глубже, получают за счёт обломков пород, выносимых при извержениях вулканов с глубин в десятки километров, в редких случаях 100—200 км. Сведения о строении и свойствах более глубоких сфер земного шара, вплоть до внутреннего ядра, т.е. до глубин 6371 км, можно получить только на основании косвенных данных. Однако в руках современных геологов имеются инструменты, которые помогут им проникнуть в тайны нашей планеты. Но об этом чуть позже. ДАЛЬНИЕ «РОДСТВЕННИКИ» УГРОЖАЮТ ЗЕМЛЕ На заре своего возникновения, примерно 4,0—4,2 млрд лет назад, Земля подвергалась непрерывной метеоритной бомбардировке. Метеориты падали ня Землю в 7
Энциклопедия для детей течение всей её истории, падают они и сейчас. Они, эти «внуки Солнца», исключительно интересны для изучения истории Солнечной системы и образования Земли. Каменные и железные метеориты — свидетели времени, когда наша планета формировалась из сжимающегося облака межзвёздного вещества. Иногда эти вечные странники космической пустоты пролетают в земной атмосфере огненным шаром и, если не успевают сгореть, достигают поверхности нашей планеты, оставляя на ней чашеобразные впадины — метеоритные кратеры. На поверхности Земли сейчас известно около 170 крупных древних метеоритных кратеров, например Аризонский кратер в США, Байдарацкий на территории России, Болтыш- «УМОМ И МОЛОТКОМ» («MENTE ЕТ MALLEO») : Р 1878 г. в Париже собрались геологи из разных стран на Освой I Международный геологический конгресс. Тем самым было положено начало регулярным встречам учёных. Необходимо было узнать, кто какими проблемами занимается, каковы полученные результаты, что нового в геологическом мире. В 1897 г. в Санкт-Петербурге собрался VII конгресс. Молодой геолог Леонид Спендиаров принимал активное участие в подготовке геологических экскурсий. Но перед самым открытием конгресса произошло несчастье — он упал с лошади и погиб. Его родители были состоятельными людьми, и в память о сыне они учредили премию имени Леонида Спендиарова в 5 тыс. рублей золотом, вручавшуюся молодому геологу, которому удалось внести большой вклад в организацию международных геологических конгрессов. i Девизом конгрессов стало изречение: «Умом и молотком». Действительно, молоток в то время был как бы основным инструментом исследователя. Несмотря на то что с I Международного геологического конгресса прошло более ста лет, молоток для геолога и сейчас не потерял своего значения. Специальным молотком геолог отбивает образцы горных пород, раскалывает небольшие обнажения, дробит породу. Для разных целей применяются разные молотки. Если геолог работает с рыхлыми породами — на конце молотка широкая лопаточка; если с твёрдыми — молоток более тяжёлый и на одном конце его не лопаточка, а «клюв». Ручки у молотков могут быть и длинные, и короткие, иногда деревянные, иногда облитые резиной, чтобы не было отдачи. Вообще каждый геолог имеет свой личный молоток. Он привыкает к нему и пользуется им всю свою геологическую жизнь. Замечание о том, что работать надо не только молотком, но и умом, сейчас тоже весьма актуально. Ещё две сессии Международного геологического конгресса проходили в России — в 1937 г. XVII сессия и в 1984 г. — XXVII. Последний конгресс был грандиозным по количеству участников — больше 4 тыс. человек принимали участие в экскурсиях, организованных в разные уголки бывшего СССР. После этого прошли ещё два конгресса в Вашингтоне и Киото. Следующая, XXX сессия Международного геологического конгресса состоится в 1995 г. в Пекине, столице Китайской Народной Республики. И тысячи геологов с нетерпением ожидают встреч, дискуссий, геологических экскурсий и новостей в своей науке. х ский на Украине и др. Человечество должно отдавать себе отчёт в том, что опасность столкновения Земли с большим метеоритом хоть и невелика, но существует. Что произойдёт, если небесное тело размером в несколько километров столкнётся с Землёй? Это будет глобальная катастрофа, по своим последствиям вполне соизмеримая с термоядерной войной, а её результаты давно просчитаны и предсказаны учёными. Со скоростью 15—20 км/с метеорит врежется в поверхность Земли. Столкнувшись с твёрдыми горными породами, он мгновенно испарится, расплавив породы и вызвав грандиозный взрыв, равный взрыву десятков или сотен водородных бомб. Ударная волна сметёт всё на расстоянии сотен километров. В воздух, на большую высоту, будет выброшено колоссальное количество обломков и пыли; начнутся пожары, сажа от которых закроет небо плотной пеленой. Температура воздуха резко понизится, и наступит «зима», подобная той, которую учёные предсказывают в случае термоядерной катастрофы. А если метеорит упадёт в океан? Страшно подумать, какой высоты будет волна и какие разрушения она произведёт на низменных равнинах у океанских побережий. Землетрясение у Южных Курил 2—4 октября 1994 г. вызвало волну высотой 2—3 м, которая обрушилась на Курильские острова и японский остров Хоккайдо и стала причиной многочисленных бедствий. Поэтому вполне вероятно, что падение крупных метеоритов в геологическом прошлом могло вызвать глобальные катастрофы. Так, примерно 65 млн лет назад подобное событие стало возможной причиной вымирания большого количества видов животных, в том числе и всем известных динозавров. одиноки ЛИМЫ ВО ВСЕЛЕННОЙ? Зарождение жизни на одной из планет Солнечной системы 3,6 млрд лет назад, появление человека и бурное развитие цивилизации за ничтожный отрезок времени — это одна из величайших и наиболее интересных загадок природы. Одиноки ли мы в безбрежной Вселенной или где-то существует жизнь, по крайней мере обладающая такой же химической основой, как и наша? Может быть, на других планетах, которые настолько удалены от нас, что мы даже не в состоянии их наблюдать, жизнь существует в каких-то других формах? Все ли звёзды обладают планетными системами, подобными нашей, или нет? И возможна ли на них жизнь? Эти и многие другие вопросы, над которыми учёные задумывались уже в XV в., не разрешены до сих пор. 8
К читателю Несколько десятилетий назад активно обсуждался вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?» Сколько было гипотез, какие споры разгорались, с какой силой скрещивались копья в научных дискуссиях! Уж очень невероятным казалось, что мы единственные во всей Вселенной. Особенно большие надежды возлагали именно на Марс: уже давно при наблюдении планеты в телескоп заметили, что она покрыта довольно правильной сетью «каналов». Длительное время даже считали, что эти «каналы» — не что иное, как «творение рук марсианских». Но, увы, первые же снимки, полученные с американской автоматической межпланетной станции «Маринер-4», которая 14 июля 1965 г. пролетела на расстоянии 9600 км от Марса, развеяли этот миф. Искусственных каналов не оказалось... А на изображениях различных районов Марса впервые обнаружили кратеры, подобные лунным, и глубокие расселины на его поверхности, которые и были приняты за каналы. Однако окончательно покончить со слухами и ответить на вопросы, мучившие учёных, стало возможным только в 1976 г. Две американские автоматические межпланетные станции «Викинг-1» и «Викинг-П» подошли близко к Марсу, имея одну цель — установить, действительно ли на Марсе есть жизнь. Каждая из межпланетных станций состояла из орбитального отсека и спускаемого аппарата. Благополучно совершив мягкую посадку на поверхность Марса — «примарсившись», спускаемые аппараты начали свою работу. В результате тщательных исследований поверхности планеты не было обнаружено никаких признаков воды и растительности, а анализ состава грунта показал, что в нём не содержится сложных органических молекул. Чувствительность прибора, правда, позволяла определить только около 1 млн бактерий в 1 см3 исследуемого материала. К Пластинка с закодированной информацией, установленная на борту автоматических межпланетных станций «Пионер-10» (1972 г.) и «Пионер-11» (1973 г.). Они уже покинули Солнечную систему и продолжают путешествие в мир звёзд. На «визитной карточке» Земли изображены фигуры мужчины и женщины. За ними — схема космического аппарата в масштабе. Внизу — схема Солнечной системы «адрес» нашей планеты и трасса полёта «Пионера» Шифр к раскрытию земной информации заключён в положении 14 пульсаров (космических источников радиоизлучения), определяющем Солнце как звезду системы, из которой запущен космический аппарат. У концов лучей изображены числа в двоичной системе, определяющие частоты излучения пульсаров в момент запуска космических аппаратов За единицу измерения принята частота излучения атома водорода (самого распространённого элемента в нашей Вселенной) Схематически молекула водорода, состоящая из двух атомов, показана вверху слева в виде двух кружочков, соединённых чёрточкой (единицей в двоичной системе). тому же на Марсе наблюдается такое губительное ультрафиолетовое излучение, которое способно уничтожить всё живое... К сожалению, название равнины, на которой оказался один из спускаемых аппаратов («Викинг-П»), — Равнина Утопии — в некотором смысле себя оправдало. И всё-таки учёные пока не исключают вероятности существования на Марсе примитивных и довольно экзотических форм жизни, отличных от существующих на Земле. В наше время были попытки посылать сигналы на такие звёзды, как, например, Тау Кита, откуда исходило странное радиоизлучение, которое при желании можно рассматривать как сигналы каких-то разумных обитателей других планет. В надежде встретить представителей других цивилизаций американцы, запустив два космических аппарата «Пионер» (в 1972 и 1973 гг.) в сторону Юпитера, на их борту установили пластинки с «посланием к внеземным цивилизациям». В середине 80-х гг. оба «Пионера» покинули пределы Солнечной системы и отправились в мир звёзд. Остаётся только надеяться, что тщетное пока ожидание будет когда-нибудь вознаграждено... Загадка появления жизни на одной планете Солнечной системы не даёт покоя учёным (и не только биологам, химикам и астрономам). Она также волнует и геологов. Если говорить об органических соединениях, а не о живых существах, то они известны как в метеоритах, так и в кометах. А ведь эти небесные скитальцы явно не связаны с Землёй. Но как возникла жизнь? Что такое живое вещество? Самое главное в таком непростом определении — это понимание того, что без воспроизведения нет живых 9
Энциклопедия для детей организмов. А способностью к воспроизведению себе подобных обладает кислота с мудрёным названием — рибонуклеиновая, или РНК. Именно её молекулы, вытянутые в цепочки, способны создавать свои копии. Не будем углубляться в эту проблему, её решение — дело будущего, а сейчас мы должны признать, что не знаем, как на Земле возникла жизнь. Однако геологов волнуют и другие проблемы, связанные с живыми организмами. Несмотря на появление первых следов существования жизни 3,6 млрд лет назад, она была крайне примитивной и оставалась таковой почти 3,0 млрд лет. И только около 600 млн лет назад, как бы внезапно, начался бурный расцвет разнообразных живых организмов, которые получили возможность строить скелет. Почему это произошло? Какие условия были необходимы для того, чтобы вызвать взрыв в эволюции жизни? На этот вопрос также нет точного ответа, но есть много гипотез, о которых можно прочесть в предлагаемом томе. ВЕЧНО МЕНЯЮЩАЯСЯ ПЛАНЕТА Водопад Иг/осу — «Большая вода» на языке индейцев племени гуорони — достопримечательность национального парка, находящегося в джунглях Южной Бразилии. Ширина водопада 2,5 км. Тысячи туристов замирали от восторга на смотровой площадке Большого Каньона на западе США в штате Колорадо, глядя на гигантский «слоёный пирог», состоящий из различных, лежащих горизонтально пластов горных пород, рассечённых огромным ущельем глубиной более 2 км, прорезанным рекой Колорадо за 2 млн лет. Сама река едва просматривается на дне каньона, но каждодневно и ежечасно она размывала в течение этих миллионов лет и продолжает размывать сейчас горные породы, создавая чудо природы, любоваться которым приезжают путешественники со всех концов света. Речные гиганты — Волга, Ганг, Миссисипи, Ориноко, Амазонка, Нил — на тысячи километров переносят большие массы взвешенных в воде частиц. За миллионы лет накопились целые километры осадков. Ещё более медленно, но непрерывно, в толще океанских вод идёт «снегопад» из отмерших мельчайших организмов, крохотные скелеты которых, состоящие из кальцита и оксида кремния, образуют на дне океанов толщи отложений. 10
К читателю /$£ Шш 6ШВ Ш@з£\ 1 Wjr Так же медленно создаются и разрушаются горы: год за годом увеличиваются размеры оврагов; реки меняют свои русла; со склонов холмов ежегодно сносится тонкий слой почвы; дождевые и снеговые воды, просачиваясь вглубь, растворяют известняки, создавая в них изумительные по красоте пещеры, которые привлекают спелеологов и туристов. Все эти процессы непрерывно изменяют поверхностный облик Земли, и очень часто человек, не бывавший в знакомых местах десятки лет, с трудом узнаёт их. ...Последние, но самые трудные метры перед вершиной Эльбруса. Наконец, альпинист понимает, что выше подниматься уже некуда, и, пройдя ещё несколько шагов, сняв рюкзак, устало опускается на него, радуясь победе — главным образом победе над собой. Достигнув высоты 5642 м над уровнем моря, он молча наблюдает грандиозную панораму искрящихся в лучах утреннего солнца белых вершин Главного Кавказского хребта, как бы нанизанных на невидимую нить и теряющихся, сливающихся с горизонтом к востоку и западу. Открывшаяся перед ним картина настолько величественна, что безразличное её созерцание невозможно. Какие силы и когда создали это невообразимое нагромождение горных пород? Сколько времени понадобилось рекам, чтобы размыть в горах столь глубокие долины и ущелья? Давно ли происходили на Эльбрусе извержения, благодаря которым образовались две вершины вулкана, ныне лишь слегка прикрытые снежно-ледяной шапкой? Каким образом и на какой глубине возникла магма, вырвавшаяся на поверхность и оставившая застывшие, но на вид совсем свежие лавовые потоки, сложенные глыбами красно-чёрной породы, с блестящими, как бы лоснящимися от жира, поверхностями, на которых видны многочисленные вкрапления каких-то белых минералов? Трудно ответить на эти и многие другие вопросы туристу или альпинисту, впервые задумавшемуся о них под впечатлением пейзажа, усиленным полной тишиной, прозрачным лёгким воздухом и ярко-синим небом. Однако геолог может сделать это довольно уверенно, т.к. владеет специальными знаниями и методами, позволяющими ему за кажущимся каменным хаосом увидеть порядок и стройную картину формирования Главного Кавказского хребта. 11
Энциклопедия для детей К. Брюллов. «Последний день Помпеи». XIX в. ПЛАНЕТА СЕРДИТСЯ Однако вернёмся на поверхность нашей планеты, облик которой, как мы уже выяснили, непрерывно меняется под воздействием разных процессов, внимательно изучающихся геологами с различными целями. В одних случаях необходимо предсказать катастрофические события, например землетрясения; в других — огромные океанские волны — цунами, опустошающие берега; в третьих — извер-
К читателю ПОСЛЕДНИЙ ДЕНЬ ПОМПЕИ Помпеи, древний цветущий город у подножия Везувия, буквально в одночасье ушёл в небытие без малого 2 тыс. лет назад. Мощные землетрясения 64 и 79 гг. н.э. уничтожили город, а пепел извергавшегося Везувия покрыл его многометровым слоем, так что даже местонахождение Помпеи долго оставалось неизвестным. Вторая жизнь города началась в конце XVIII в., когда по счастливой случайности канавокопатели наткнулись на засыпанные руины города, а затем археологи начали систематические раскопки, которые продолжаются и по сей день. Сейчас можно войти в древний город и увидеть, как всё было устроено в нём почти 2 тыс. лет назад. Это привлекает ежегодно десятки тысяч туристов со всего света. Каждый входящий обязательно увидит древний форум с разрушенной колоннадой, руины храмов Аполло- на и Венеры, базилики, дворцы, виллы состоятельных граждан. Можно пройти по знаменитым римским мостовым из плоских камней, отполированных тысячами сандалий и со следами колёс тяжёлых повозок. Можно войти в богатые виллы с колоннами, статуями, фонтанами, полюбоваться мозаикой на полах и удивительной фресковой живописью на стенах, посидеть на мраморных ступенях театра, забраться на верхние скамьи огромного цирка с видом на классический конус Везувия... И представить себе, как протекала здесь жизнь в древности и как всё происходило в тот трагический день, когда затряслась земля, тучи пепла посыпались на город, закачались и стали рушиться здания, как обезумевшие люди тщетно искали спасения от неотвратимой стихии... Конечно, лучше всё это увидеть воочию, но можно поступить иначе. Пойти в Русский музей в Санкт- Петербурге, в зал знаменитого художника Карла Брюллова. Там висит картина «Последний день Помпеи» (1633 г.) («для русской кисти первый день»). Можно вполне верить тому, что изображено на этой сколь огромной, столь и впечатляющей картине. И не только потому, что каждый великий художник по-своему правдив, но и потому, что Брюллов многое писал с натуры, изучал древние источники. уеий зев открыл — дым хлынул клубом — пламя Широко разлилось как боевое знамя. Земля волнуется — с шатнувшихся колонн Кумиры падают... — так откликнулся на картину А.С. Пушкин Когда схлынут первые впечатления о картине и переживания за пытающихся спастись и защитить друг друга людей, обратите внимание на падающие с портиков статуи и рушащуюся колоннаду дворца на заднем плане картины (между прочим, в одну сторону!). А если будете очень внимательны, то разглядите в нижнем левом углу картины смещённые уступчиком плоские камни мостовой, которые сдвинуты не чем иным, как самбй подземной стихией. Вот что значит зоркий глаз художника — он подметил даже такую небольшую, но весьма типичную для сильных землетрясений деталь. Но если всё-таки доведётся оказаться в Помпеях и пройти по мостовым двухтысячелетней давности, смотрите внимательно под ноги, как бы не споткнуться о такой сейсмический «порожек» посередине мостовой. * жения вулканов, грязекаменные потоки и т.д. Нет необходимости говорить о том, какие печальные последствия имеют эти бедствия. Только Спитакское землетрясение в Армении в 1988 г. в течение нескольких секунд унесло 25 тыс. жизней, а сотни тысяч человек оказались ранеными и лишились крова. Раскалённая туча, вырвавшаяся из жерла вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника (Малые Антильские острова), в мгновение ока разрушила в мае 1902 г. город Сен-Пьер и стала причиной гибели свыше 40 тыс. человек. Ещё одна катастрофа, поразившая нашу 13
страну, — землетрясение и цунами на Южных Курильских островах — случилась 2—4 октября 1994 г. Есть жертвы, огромные разрушения, сотни жителей вынуждены покидать родные посёлки. Их не сумели вовремя предупредить о грозящей опасности. Однако на соседнем с Курилами японском острове Хоккайдо население заблаговременно оповестили и эвакуировали из опасных районов. Жертв нет и разрушения минимальны. К сожалению, противостояние человека и стихии пока в пользу последней. Особенно трудно предвидеть разрушительные землетрясения. Несмотря на огромные усилия учёных и современную технику, особенно компьютерную, на большое количество очень чувствительных приборов, улавливающих малейшие колебания почвы, предсказать день и час, когда произойдёт землетрясение, не удаётся. Землетрясение — мгновенная разрядка накопившихся напряжений в горных породах, причём разрядка с разрывом горных пород, с их смещением на десятки сантиметров или даже несколько метров. Казалось бы, достаточно установить приборы, измеряющие возрастание напряжений, и дело сделано. Однако в действительности всё намного сложнее. Сейчас учёные ограничиваются тем, что обозначают на картах районы, где ожидаются землетрясения той или иной силы, и дают специальные рекомендации строителям. Землетрясения, вернее волны, возбуждаемые ими, оказывают геологам огромную помощь в изучении внутреннего строения Земли. После каждого сильного землетрясения планета ещё долго «гудит», как колокол. Возникшие сейсмические волны устремляются во все стороны от центра землетрясения и пронизывают Землю. В разных породах скорость волн различна, и, таким образом, появляется возможность узнать, какие породы или вещества залегают на больших глубинах. Для этого достаточно расположить на поверхности земного шара специальные приборы — сейсмографы, которые улавливают эти волны, что, собственно, давно уже сделано. Такие же волны возникают в Земле при мощных искусственных взрывах, например при подземных испытаниях атомных бомб. Поэтому их невозможно скрыть, т.к. возникшие при взрыве колебания (волны) будут немедленно отмечены на всех сейсмических станциях мира. МЫ ПЛЫВЁМ ИЛИ СТОИМ НА МЕСТЕ? В XIX в., особенно во второй его половине, геология сделала мощный рывок вперёд. До этого времени она была в основном описательной наукой, в которой за многочисленными данными о минералах, горных породах, полезных ископаемых проглядывали и более общие теоретические законы, хотя рождались они в научных муках и ожесточённых спорах, не утихающих и по сей день. Пытливых учёных-геологов всегда занимал вопрос о постоянстве контуров современных океанов и материков. До начала XX в. практически никто не сомневался в этом, хотя в 1595 г. фламандский картограф Абрахам Ортелий, отметивший сходство береговых очертаний Старого и Нового Света, высказал предположение о расширении Атлантического океана. В 1912 г. немецкий метеоролог Альфред Лотар Вегенер выдвинул гипотезу о том, что несколько десятков миллионов лет назад Европа и Африка, с одной стороны, и Северная и Южная Америка — с другой, были единым огромным континентом, а Атлантического океана не было. К этому континенту примыкали Антарктида, Австралия и Индостан. Такой гигантский континент был назван Пангея, т.е. «единая Земля». Сходство очертаний материков по обе стороны Атлантического океана натолкнуло Вегенера на мысль о том, что континенты не «прибиты гвоздями» к каким-то более глубоким слоям Земли, а могут передвигаться по её поверхности, хотя и очень медленно — со скоростью всего несколько сантиметров в год. Боже! Что за шум поднялся в научном геологическом мире! Какие только громы и молнии не метали в Альфреда Вегенера! Он так и не дожил до признания своей гениальной догадки, погибнув во льдах Гренландии в 1830 г. В 60-х гг. XX в. появились бесспорные доказательства движения не только континентов, но и прилегающих к ним участков океанского дна. Это стало возможным в результате применения совсем новых методов исследований в геологии, особенно океанологии. С помощью эхолотов, автоматически измеряющих глубину океанского дна, была
К читателю составлена подробная карта его рельефа, настолько удивительного, что он требовал объяснения. Потом были открыты полосовые, как матрац, симметричные относительно срединно-океанических хребтов, магнитные аномалии дна, резко отличавшиеся от таковых на суше. И наконец, в 1967 г. родилась современная геологическая глобальная теория — так называемая «тектоника литосферных плит». Под этими мудрёными словами понимаются обширные участки самой поверхностной и тонкой оболочки Земли — земной коры, похожие на крупные льдины, которые перемещаются и даже погружаются друг под друга. Эта теория впервые дала объяснение всей совокупности фактов на земном шаре. На основании этой теории в океанах пробурили более 800 глубоких скважин, которые блестяще её подтвердили. Благодаря развитию космической геодезии стало возможным использование измерений, проведённых на разных материках. В результате было получено подтверждение действительного перемещения плит земной коры с очень малыми скоростями — несколько сантиметров в год. Словом, эта первая в истории геологии глобальная теория обладает, как и положено теории, а не гипотезе, способностью предсказывать геологическое строение разных участков земной коры (особенно в океанах), объяснять размещение современных вулканов, землетрясений, находить рудные залежи, месторождения нефти и газа и т.д. ЧЕЛОВЕК ОБЖИВАЕТ ЗЕМЛЮ Любопытство заставляло древнего человека интересоваться явлениями природы превозмогая страх и сильный жар, он наблюдает за извержением вулкана Изучая современные геологические процессы, учёные преследуют далеко идущие цели. Настоящее — это ключ к познанию прошлого. Зная, как сейчас образуются галечники и пески на морских пляжах, можно уверенно распознать эти пляжные отложения и в древних горных породах, галечники и пески которых сцементи- ровались в очень плотную массу. Опытный взгляд геолога сразу же определит, например, где 200 млн лет назад была береговая линия древнего морского бассейна. А это крайне важно, потому что целый ряд полезных ископаемых, например россыпи титана и олова, связаны именно с пляжными, прибрежными отложениями. Рассмотрим залежи каменного угля, образовавшегося из остатков древней наземной растительности. Чтобы сформировать пласты угля толщиной в десятки метров, необходим тёплый и влажный климат, благоприятный для расцвета густых зарослей, лесов. Значит, надо уметь распознавать, где такие условия могли существовать в давние времена, и там искать залежи каменного угля. Эта практическая, прикладная направленность геологии была необходима человеку во все времена. Задолго до нашей эры люди довольно много знали о тех местах, в которых они жили. Уже тогда были настоящие знатоки минералов и горных пород, умевшие использовать дары земных недр. В течение более 2 млн лет после появления «человека умелого» (Homo habilis), следы которого найдены в Восточной Африке, все орудия изготавливались из твёрдого камня — кремня, обсидиана (вулканического стекла) или кварцита. На территории современной Восточной Турции 9 тыс. лет назад люди научились перерабатывать медь, по-видимому самородную, и ковать из неё разные предметы. И только примерно 6,5—7 тыс. лет назад они стали выплавлять металл (медь) из медной руды. Так возникла металлургия. Ещё через тысячу с лишним лет нашли олово и, смешивая его с медью в пропорции 1 : 9, получили гораздо более твёрдый сплав — бронзу. В Хеттском царстве, располагавшемся на территории современной Восточной Турции, 3,5 тыс. лет назад научились ковать железо, выплавленное из руды. И только ещё тысячу 15
Энциклопедия для детей Чёрные курильщики, открытые но дне океоно, — возможный новый источник полезных ископаемых. лет спустя в Китае начали выплавлять подобие настоящего чугуна. Поэтому роль людей, знавших приметы местонахождения медных, железных, золотых, серебряных и других руд, или, как сказали бы современные геологи, поисковые признаки, заметно возросла. Очень долгое время практическое использование геологии было всегда на первом месте. Так продолжалось по существу до XIX в., когда стали обращать внимание и на теоретические вопросы геологии, которые всё равно были тесно связаны с поисками разнообразных полезных ископаемых. Ну кто до XIX в. обращал серьёзное внимание на тёмную, маслянистую горючую жидкость — нефть? Однако её качества высоко оценили тогда, когда научились получать из неё керосин, использовавшийся для освещения в лампах, а также побочный продукт переработки нефти — бензин, который поначалу выбрасывали, пока не изобрели двигатель внутреннего сгорания. Сейчас нефть и газ — полезные ископаемые номер один. Богатые нефтью страны уверенно чувствуют себя на мировой арене. На нефти делаются баснословные деньги. * Нефтяные» доллары позволили превратить безжизненные, пустынные берега Персидского залива в цветущий оазис, в котором выросли современные города, построили прекрасные шоссе и аэропорты. И всё это сделала нефть. Но с каждым годом открывать новые месторождения нефти и газа становится всё труднее. Геологи переместились в акватории океанов и морей, откуда сейчас добывают почти 1/4 часть всей нефти. Приходится бурить всё более глубокие скважины, однако надо учитывать, что нефть не может находиться на глубинах более 8—10 км. В наши дни огромные усилия и средства затрачиваются геологами на поиски новых месторождений нефти и газа. И на помощь им приходят современные методы исследований — космическая съёмка, просвечивание земных глубин сейсмическими волнами, детальный анализ мельчайших организмов — микрофауны, реконструкция древних ландшафтов, компьютерные программы. И всё это для того, чтобы обнаружить такие участки в земных недрах, где могли бы находиться потенциальные кладовые нефти. Сейчас человечеству необходимо огромное количество природных ресурсов, в первую очередь обеспечивающих его энергией: нефть, газ, каменный уголь, торф, горючие сланцы, уран, вода (гидроэлектростанции), Солнце (солнечные электро- 16
К читателю станции), ветер (ветряные электростанции). На втором, а иногда и на первом месте стоит вода, как поверхностная, так и подземная. Далее идут разнообразные металлы, получаемые из руд, затем строительные материалы — камень, глина, гравий, песок; неметаллические полезные ископаемые — фосфориты, соль и многое другое. Потребности во всех этих полезных ископаемых непрестанно увеличиваются. Однако руды полезных ископаемых, залегавшие на поверхности Земли или на небольших глубинах, уже практически все обнаружены, и вряд ли сейчас можно найти неизвестные крупные залежи. Перед человечеством есть два пути. Или искать глубже, или изобретать новые способы использования так называемых бедных руд, в которых содержание какого-нибудь металла исключительно мало. И то и другое, разумеется, требует огромных материальных затрат. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ Нередко удивляются, как геологам удаётся точно определять время далёких геологических событий? Действительно, как мы узнали, что извержение вулкана случилось, скажем, 1 млрд лет назад, а кварцевые жилы с золотом сформировались 60 млн лет назад? Как можно определить время их образования? Безусловно, один из самых важных вопросов — периодизация геологической истории. Для её выяснения существуют разные методы, но два являются главными. Первый основан на эволюции органического мира. Бесскелетная, а через 50 млн лет и скелетная фауна сначала беспозвоночных, а ещё через 150 млн лет и позвоночных появилась 620 млн лет назад. А 570 млн лет назад произошёл своеобразный «взрыв» биоты, и как бы в одночасье (конечно, по геологическим меркам) возникли разнообразные организмы. Эволюция их шла очень быстро — одни виды сменялись другими через очень короткие промежутки времени. По найденным окаменевшим остаткам животных и растений палеонтолог может определить, к какому интервалу геологической истории они относятся. Так возникла стратиграфия, наука о последовательности залегания слоев горных пород (от лат, stratum — «слой» и греч. «графо» — «пишу»). 17
А как быть с гранитами или лавами, образовавшимися из огненно-жидкой массы — магмы? В данном случае на помощь приходит метод, основанный на распаде радиоактивных элементов и превращении их в другие элементы (или в изотопы тех же элементов). Скорость распада — величина постоянная, и, зная количество образовавшихся изотопов, можно определить абсолютный возраст горной породы. Именно такими методами, а они очень разные, определили, что древнейшие горные породы Земли имеют возраст 4,0 млрд лет, а отдельные минералы — цирконы — даже 4,2 млрд лет. Этими же методами был определён возраст лунных пород, оказавшийся в интервале 3,5—4,5 млрд лет. Но мы никогда не найдём на поверхности Земли или на небольшой глубине породы, которые отвечали бы первым 5—6 сотням миллионов лет после её рождения. Эти породы давно переработаны «тепловой машиной» Земли и уничтожены. Таким образом благодаря усилиям тысяч геологов составлена летопись горных пород Земли начиная с момента, близкого к её формированию и до наших дней. Кто хотя бы один раз побывал в горах, никогда не забудет нагромождения слоев горных пород, смятых в причудливые складки гигантской неведомой силой. Как это происходило? Когда? Почему горные породы местами как бы разрезаны гигантским ножом? И почему в этих местах часто происходят землетрясения? Этими чрезвычайно интересными проблемами занимается тектоника (от греч. «тектоник» — «строительное искусство») — наука о деформациях земной коры, очень тесно связанная с физикой и механикой. Самую внешнюю оболочку Земли — тоненькую земную кору — непрерывно корёжат, сжимают и растягивают силы, зарождающиеся глубоко в земной мантии, которая, как очень вязкая и нагретая паста, медленно перемешивается. Если напряжения в земной коре возрастают, она может лопнуть, разорваться, мгновенно высвободив гигантскую энергию в виде землетрясений, сотни и тысячи которых происходят на Земле каждый день. Маленькая, но для всех нас такая родная планета Земля живёт своей беспокойной жизнью, предначертанной ей законами природы, законами Вселенной. Интерес к Земле как единому целому сейчас неизмеримо возрос. Внезапно выяснилось, что знания о Земле — сведения о её строении, процессах, происходящих на её поверхности и в недрах; полезных ископаемых; развитии органической жизни, причинах вымираний биоты, катастрофах при землетрясениях, извержениях вулканов, гигантских волнах в океанах (цунами), оледенениях и многих других вещах — стали интересны всем. Выяснилось, что существуют районы, неблагоприятные для жизни человека. Вскоре возникло учение о геопатогенных зонах, которое занимается влиянием геологической обстановки, состава горных пород и некоторых газов, выделяющихся из недр Земли (например, радона), на самочувствие людей. ГЕОЛОГИЯ. ИСКУССТВО ИЛИ НАУКА? Несколько десятилетий назад можно было слышать упрёки в адрес геологии, что она является чисто описательной дисциплиной, не имеющей числа и меры, как физика, химия и другие науки. Сейчас эти упрёки вряд ли уместны, т.к. в руках геологов точнейшие приборы, например микрозонды, позволяющие практически мгновенно произвести химический анализ минерала размером в сотые доли миллиметра. Вместе с тем для геологов стали доступны фотоснимки огромных территорий. Уникальная космическая информация сосредоточена в руках геологов. Мечтой каждого исследователя всегда было оказаться повыше и посмотреть на район сверху для того, чтобы охватить взглядом все его особенности. Аэрофотосъёмка позволяла это сделать с высот 7—10 км. Но снимки Земли с космических аппаратов — нечто фантастическое. По существу снимки из космоса дают почти готовую геологическую карту большой территории. И то, на что раньше уходили годы, сейчас можно получить в считанные часы. Например, с помощью космических аппаратов удалось составить подробную карту рельефа океанского дна, используя точнейшую измерительную аппаратуру. Фудзияма — символ чистоты и объект поклонения паломников.
К читателю **&Г
Энциклопедия для детей Карта рельефа дна океанов, составленная С ПОМОЩЬЮ искусственных спутников Земли. В геологию активно внедрилась компьютерная техника, особенно в геофизику — ветвь геологии, изучающую Землю физическими методами, требующими громоздких расчётов, которые теперь выполняются очень быстро и качественно. По нескольку раз в год собираются геологи-нефтяники всего мира на конференциях, чтобы обменяться опытом применения ЭВМ для поисков нефти и газа. ЭВМ рисуют геологические карты, прогнозируют месторождения полезных ископаемых, помогают решать множество задач и, главное, хранят в своей памяти невообразимое количество сведений, для получения которых раньше требовались недели работы с книгами и другими материалами, а теперь достаточно лишь нажать клавишу. В геологию всё быстрее и глубже проникают физика, химия, биология, математика, кибернетика и другие науки, находившиеся раньше в стороне. Необозримое поле деятельности открывается в инженерной геологии. Нельзя ведь построить ни здания, фабрики, завода, моста, плотины, ни атомной электростанции, дороги, аэродрома и т.д., не зная геологических условий местности. Иначе — жди СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА *. г\ М»~&£ АВСТРАЛИЯ ^ "Зс>на разлома v Элтанинг"' 20
К читателю неприятностей. А строительство в зоне вечной мерзлоты, занимающей более 60% площади России! Ведь летом оттаивает слой почвы не более чем на 2 м, а глубже вниз — ледяной грунт, промёрзшие породы. Если построить на них дом так, как это делается обычно, то через пару лет он покосится и разрушится из-за того, что ледяной грунт под ним растает. В зоне «вечной мерзлоты» расположены такие крупные города России, как Норильск, Якутск, Магадан и др. Там построены атомные электростанции и аэродромы, железные дороги и порты. Как возникла зона мёрзлых пород, уходящая на глубину до 700 м в северных районах Сибири и Канады? Оказывается, это следы грандиозных оледенений, неоднократно охватывавших нашу планету за последние 2 млн лет, но особенно интенсивно в последний миллион лет, когда ледяные покровы в Европе продвигались южнее Киева и Воронежа, а в Северной Америке занимали большую её часть. Образование огромных объёмов льда отнимало воду у океана, уровень которого понижался. Береговая линия в ледниковые периоды имела совершенно
Энциклопедия для детей МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПОЛЯРНЫЕ ГОДЫ другие очертания, нежели сейчас. Всего лишь 10 тыс. лет назад Скандинавия и Карелия целиком были покрыты ледяным панцирем. Почему возникают оледенения на равнинах? Почему и когда образовались ледяные шапки в Антарктиде и Гренландии? Оледенения за последние 2 млн лет то возникали, то исчезали. Интересно, как реагировали на него уже появившиеся наши далёкие предки? Эти и масса других вопросов, многие из которых ещё не решены, встают перед геологами. Например, такой вопрос: «Каким образом и когда на Земле образовались вода и атмосфера?» Современный человек не задаётся таким вопросом, видя медленно текущую реку, созерцая гладь лесного озера или смотря на бушующий прибой на берегу моря. Но ведь сначала воды на Земле не было! Сейчас можно утверждать, что вода в океанах и атмосфера — «дочери» земных недр. После разогрева внутренних сфер Земли из её недр выделялись газы, в том числе пары воды. На поверхности они охлаждались и конденсировались, превращаясь в воду первых морей и океанов. Взаимодействуя с первичной атмосферой, тоже возникшей за счёт выделения газов из земных недр, вода океанов приобрела состав, близкий к современному. А самое главное — в атмосфере появился кислород, концентрация которого росла, что повлияло на изменение атмосферы и дало толчок зарождению жизни на Земле. Всё настолько тесно переплетено, что невозможно рассматривать эти проблемы порознь, к тому же все они входят в сферу интересов геологии. Б 1875 г. австро-венгерский полярный исследователь Карл Вайпрехт (1838—1881), первооткрыватель заснеженной Земли Франца-Иосифа в Северном Ледовитом океане, обратился к учёным всего мира с призывом изучать нашу планету по единой, заранее согласованной программе. Ведь Земля — всеобщее достояние, а такие явления, как погода, землетрясения, полярные сияния, морские течения, наступление и отступление ледников, изменения магнитного поля, государственных границ не признают. Конечно, и геофизику, и биологу важно знать, что делает его коллега в другой стране, чтобы не открывать уже открытое. Например, геофизик, не имея возможности сопоставить свои наблюдения с работой иностранных коллег, не сможет сделать правильных выводов, ведь объект его исследований — весь земной шар. Призыв Карла Вайпрехта — не устраивать спортивных гонок к полюсу, не стремиться к «голым» географическим открытиям, а познавать законы природы, управляющие планетой, на которой мы живём, — нашёл отклик во всех странах. Выла создана Международная полярная комиссия во главе с представителем России академиком Генрихом Ивановичем Вильдом (1833—1902), директором Главной физической обсерватории в Петербурге. Особое внимание было решено обратить на полярные области, т.к. именно там многие геофизические явления наиболее ярко выражены, да и изучены эти края были хуже других. Так возник первый всеобщий научный «крестовый поход» против тайн нашей планеты, получивший название Международного полярного года (МПГ). Время его проведения — с августа 1882 по август 1883 г. — выбрали не случайно. Ещё раньше было замечено, что Солнце в разные периоды ведёт себя по-разному; примерно каждые 11 лет оно как бы вскипает и на его поверхности резко увеличивается количество пятен и вспышек. Почему это происходит, доподлинно неизвестно и сегодня. Но такой всплеск солнечной активности сильно влияет на нашу планету — на магнитные явления, погоду, климат, морские течения. А в 1883 г. как раз наблюдался подобный максимум солнечной «ярости». В Международный полярный год включились учёные Австро-Венгрии и Великобритании, Голландии и Швеции, Франции и Дании, Германии и США. Россия приняла в нём активнейшее участие, организовав несколько зимующих полярных станций в труднодоступных районах устья реки Лены и на Новой Земле. Трагедией закончилась американская экспедиция в Канадской Арктике под руководством Адольфа Грили (1844—1935): корабль, который должен был забрать ЧЕЛОВЕК И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ Появление человека несколько миллионов лет назад длительное время не оказывало влияния на природные процессы. Человек всецело зависел от них. Но за последние 50 лет ситуация резко изменилась, и человек стал наиболее активным субъектом биосферы. Иными словами, деятельность людей стала геологическим фактором, вполне сопоставимым с природным, а в целом ряде случаев превосходящим его по силе воздействия, т.к. по сравнению с геологическими процессами она проявляется в очень короткое время. Чем выше потребности человечества (а они непрерывно растут), тем быстрее это влияние на Землю будет усиливаться. Развитие цивилизации зашло так далеко, что она в состоянии уничтожить жизнь на всей нашей планете, по крайней мере в её разумной форме. Перед людьми встала реальная угроза собственными руками создать на Земле условия жизни, совершенно неподходящие для выживания на планете. Например, человек способен изменять не только облик поверхности планеты, но и влиять на верхние слои атмосферы. Сколько споров развернулось вокруг ставшей столь знаменитой озоновой «дыры» над Антарктидой! Озон — это форма существования кислорода в нашей атмосфере, но форма особая — не Ог, а Оз. Слой концентрации озона располагается на высоте примерно 17—18 км. Несмотря на то что озона в целом очень мало, всего одна миллионная часть всех других молекул, он служит щитом, предохраняющим нас от губительного ультрафиолетового излучения. Исчезнет озоновый слой, может исчезнуть и всё живое. Активная промышленная деятельность человека уже 22
К читателю привела к загрязнению атмосферы соединениями хлора, которые разрушают озон. Учитывая грядущую опасность для человечества, сейчас сокращают выпуск аэрозолей, содержащих газ фреон. Кто знает, может быть, в далёком прошлом какие-то события на Земле, например мощные вулканические извержения, приводили к выбросу газов, которые тоже разлагали озон. В результате смертоносное ультрафиолетовое излучение свободно проникало на Землю и убивало живые организмы. Сейчас известны рубежи биологических катастроф и эпохи вымирания биоты. Всё больше и больше исследователи обращаются к планете Земля, стремясь понять её прошлое, настоящее и предвидеть хотя бы ближайшее будущее. Впервые, пожалуй, человечество осознало, как важно знать о Земле если не всё, то по возможности многое. В частности, влияние разных сфер Земли друг на друга и зависимость их от сферы разума, или «ноосферы», как назвал её великий русский учёный Владимир Иванович Вернадский. Деятельность человека сейчас во многих случаях превосходит природные факторы по силе их воздействия на поверхность планеты. Всего лишь за десятки лет возникают карьеры глубиной в 500—700 м, тогда как природе потребовались бы на это многие тысячи лет. Человек создал огромные искусственные моря, изменив климат и рельеф больших территорий. Гигантские города- мегалополисы заняли сотни и тысячи квадратных километров, загрязняют атмосферу и отравляют водоёмы и реки, многие из которых превратились в сточные канавы. Никогда ещё поверхность Земли не подвергалась столь быстрому и мощному воздействию. Если образование нефти, газа, каменного угля происходило в течение десятков миллионов лет, то человек может их выработать в течение десятилетий. Но это не означает, что земные ресурсы в обозримом будущем иссякнут. Человечество изобретёт новые способы переработки бедных руд, найдёт альтернативные источники энергии, наверняка станет бережнее относиться к природе. Вряд ли нам грозит какая-нибудь глобальная космическая катастрофа, хотя падение крупного метеорита или столкновение с кометой не исключено. В июле 1994 г. астрономы всего мира наблюдали столкновение кометы Шумейкера—Леви-9 с Юпитером. Такое событие происходит один раз в десятки миллионов лет. Самый крупный осколок кометы вызвал на Юпитере возмущение газовой оболочки диаметром в 12 тыс. км. Что случилось бы на Земле при аналогичном взрыве? Наверное, это был бы «конец света». Человек и все живые организмы устроены таким образом, что условия среды, в которых они могут существовать, имеют очень узкие пределы. Шаг влево, шаг вправо за эти пределы — и жизнь прекращается. Длительное время природа уверенно поддерживала этот хрупкий баланс, однако сейчас человек производит столько энергии, что её можно сравнивать с энергией, поступающей на Землю от Солнца. Влияние человека на процессы, протекающие на поверхности Земли и в атмосфере, усиливается. Медленное развитие геологических процессов в течение сотен и десятков миллионов лет, по-видимому, всё-таки нарушалось какими-то катастрофическими событиями типа падения крупных метеоритов, которые приводили к глобальным катаклизмам. На рубеже XX—XXI вв. мы подошли к пониманию возможности катастрофы, вызванной самим человечеством. полярников по окончании работ, не смог пробиться сквозь льды. Через год спасательная экспедиция застала в живых лишь семь человек из двадцати шести — остальные погибли от голода и холода. Но уникальные результаты их наблюдений были сохранены для науки. Геофизика благодаря МПГ получила факты, в которых она так нуждалась. Спустя полвека учёные вернулись к идее совместного наступления на тайны природы и решили провести Второй Международный полярный год в 1932—1933 гг. (И МПГ). Это был период пониженной солнечной активности, и сравнение с данными, полученными во время исследований Первого Международного полярного года, обещало быть очень плодотворным. В новом «наступлении» на тайны природы участвовали учёные 44 стран, работавшие более чем на сотне станций и обсерваторий. Программа также была сильно расширена: в неё, например, включили наблюдения за распространением радиоволн, о существовании которых во время I МПГ ещё никто и не подозревал. Были использованы многие недавно изобретённые приборы. Советский Союз стал крупнейшим участником II МПГ, организовав 15 морских экспедиций. Ледокол «А. Сибиряков» под руководством известного математика и геофизика академика Отто Юльевича Шмидта (1891—1956) провёл наблюдения вдоль всего северного побережья Сибири. В горах Памира, на леднике Федченко, была создана высочайшая в мире метеорологическая и гляциологическая обсерватория. Занялись учёные и изучением Антарктиды, где зазимовали 26 американских полярников под руководством Ричарда Бэр да (1888—1957). Второй Международный полярный год оказался очень плодотворным. Впервые начатое тогда изучение верхних слоев атмосферы, поступавшие по радио климатические обзоры труднодоступных районов, созданная по инициативе академика Юлия Михайловича Шокальского (1856—1940) первая карта глубин Северного Ледовитого океана, сведения о развитии ледников в горах и на неведомых просторах Антарктиды, множество фотографий полярных сияний, ленты, зафиксировавшие магнитные бури, — всё это надолго стало «пищей ума» для многих учёных мира. Результаты II МПГ могли быть ещё более ошеломляющими, если бы не начавшаяся в 1939 г. Вторая мировая война, надолго прервавшая контакты между учёными. А в нашей стране 30-е гг. ознаменовались такими репрессиями, что международное сотрудничество вообще стало невозможным; немало видных специалистов трагически погибли в тюрьмах и лагерях... И всё-таки благодаря исследованиям, проведённым во время международных полярных годов, наша планета постепенно становилась для человека всё более изученной. 5? 23
Энциклопедия для детей Из ближнего космоса наша Земля выглядит как маленькая голубая точка. Планета, на которой возникла жизнь, уникальна в наблюдаемой Вселенной, но она очень уязвима. Предлагаемая вниманию читателя книга — о Земле. О том, как она устроена, из чего состоит, какие процессы происходят на её поверхности и в её глубинах и какие силы могут быть причиной этих процессов. Нам хотелось бы рассказать о Земле как планете, о её месте в бесконечном космическом пространстве и ряду других планет Солнечной системы. Когда и как образовалась Земля, когда возникли древнейшие горные породы, когда и каким образом на Земле, пока единственной из известных человечеству обитаемой планете, появилась жизнь, что происходило с Землёй на протяжении всей её истории и ещё много других вопросов будут рассмотрены в этой книге. Обычно Землю считают символом устойчивости, монолитности, твёрдости, неизменным и постоянным на протяжении веков и тысячелетий. На более длительные временные отрезки уже не хватает воображения. Но нет ничего более обманчивого, чем такое убеждение. В действительности мы живём на беспокойной, вечно и непрерывно меняющейся планете. Земля ежедневно дрожит от десятков землетрясений и извержений вулканов; где-то происходят обвалы и оползни; океанские и морские волны перемещают огромное количество гальки и песка на пляжах и разрушают берега; реки переносят тысячи тонн взвешенного материала и откладывают его в своих устьях; мощные ливни вызывают грязевые потоки, сметающие на своём пути все преграды; горные ледники, продвигаясь на несколько метров в сутки, полируют и обтачивают скалы; в толще океанских вод медленно оседают на дно остатки животных и растительных организмов, окончивших свой земной путь. Каждый день на поверхность Земли выпадают мельчайшие космические частицы, а внутри Земли непрерывно работает «тепловая машина», горючим для которой служит энергия, выделяемая при распаде радиоактивных элементов. В результате действия этой фантастической по размерам машины вещество внутренних частей Земли приходит в движение, а на её поверхности также очень медленно, со скоростью нескольких сантиметров в год, перемещаются гигантские плиты земной коры, напоминающие льдины. Можно ещё много рассказывать о разных сторонах геологии — науки не столь широко известной по сравнению, скажем, с физикой, химией или географией, но чрезвычайно увлекательной, если только познакомиться с ней поближе. Работа геолога во многом похожа на работу следователя, который пытается по крупицам восстановить происшествие. Так же и геолог, найдя минерал, горную породу, кусок руды или окаменевшую раковину, воспроизводит условия их образования или обитания: устанавливает древний рельеф и климат; показывает, какая была в то далёкое время атмосфера и как были устроены океаны или моря; какие происходили извержения и где были их центры. И ещё на многие вопросы может ответить геолог. Том «Геология» нашей «Энциклопедии» поможет получить представление о многих сторонах геологии — одной из древнейших наук цивилизации. Недаром она МЕЖДУНАРОДНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ГОД Через четверть веке после Второго Международного полярного года (IIМПГ) (1932—1933 гг.) назрели многие важные вопросы. Климат на Земле теплеет или надвигается новый ледниковый период? Сколько влари в морях и сколь- ко льда в ледниках? Что находится в сокровенных недрах Земли, вплоть до её ядра, и как это влияет на её поверхность? Отчего бывают магнитные бури и полярные сияния? Что таится на дне океанов?.. И всё это — не географические проблемы, а геофизические, т.е. связанные с физическим развитием планеты, на которой обосновались люди... К тому же появились ранее невиданные приборы для сбора необходимых геофизику сведений: радиолокаторы, следящие за полётом шаров-зондов в атмосфере, акустические инструменты, ощупывающие дно океанов, и многие другие. Изменялись и средства доставки геофизиков и оборудования к месту наблюдения: теперь у них на службе были мощные ледоколы, самолёты-лаборатории, ракеты. Владея подобными средствами, можно было узнать у природы много новых тайн. Вот почему так единодушно поддержали специалисты предложение крупнейшего британского геомагнитолога Сидни Чепмена [1888—1970) и его американских коллег провести новое международное научное мероприятие для познания Земли. Его назвали Международным геофизическим годом (МГГ), чтобы подчеркнуть, что на этот раз дело не сведётся к полярным районам, хотя на них тоже было решено обратить немалое внимание. Наблюдения по единому плану было решено начать 1 июля 1957 г. и продолжить 18 месяцев. В невиданное по размаху научное предприятие включились специалисты из 67 стран. Вступление в их число Советского Союза с его огромной территорией и многочисленным отрядом учёных приветствовали коллеги из всех государств мира. Видный специалист по геотектонике член-корреспондент АН СССР В.В. Белоусов был избран вице-президентом Международного комитета по МГГ. Этот комитет должен был координировать усилия учёных всех стран: необходимо было равномерно распределить сеть геофизических обсерваторий и станций, найти научные институты, желающие принимать участие в трудных и дорогостоящих экспедициях, оказывать помощь малым и слаборазвитым странам в приобретении приборов, использовать единую методику исследования и формы, по которым должны были регистрироваться результаты... Огромная «машина» уже пришла в действие, и планета поступила «в руки» учёных, когда произошло событие, которое мало назвать сенсацией: оно никогда не будет забыто. 4 октября 1957 г. в соответствии с программой Международного геофизического года в нашей стране был запущен первый в истории искусственный спутник Земли. Эта дата, день открытия «двери» в новый для человека мир, не уступает по значимости дате открытия Колумбом Америки. Впервые человек получил возможность взглянуть на свою планету со стороны, и это теперь навеки связано с МГГ. Тем временем около 30 тыс. специалистов на 4 тыс. станций, расположенных на всех материках, вели повседневную работу, по единому плану регистрируя все 24
К читателю названа так в честь Геи — древнегреческой богини Земли, которая первая возникла из Хаоса и дала жизнь всему, что живёт и растёт на ней. Но как же случилось, что наука геология возникла лишь в XVII—XVIII вв., хотя уже за несколько тысяч лет до нашей эры люди знали, где следует искать золото, серебро, олово, железо, медь и другие металлы. В том-то и дело, что эти знания передавались из поколения в поколение и, постепенно накапливаясь, создавали зачатки геологии как сугубо практической науки. В средние века людей, владевших тайной поисков полезных ископаемых, называли рудознатцами, а значение таких знаний на государственном уровне подчёркивалось созданием в России ещё при Иване Грозном «Приказа рудокопных или каменных дел». По существу это был нынешний Комитет по геологии. Во многих местах мира, в том числе в России и странах ближнего зарубежья, находят древние горные выработки: обрушившиеся шахты и штольни, небольшие ямы — прообразы нынешних карьеров. На территории Армении древнейшие разработки относятся к V тыс. до н.э. Геология была и остаётся наукой о горных породах и минералах. Людям необходимо знать, из чего они состоят, когда, где и каким образом сформировались. Почему в одних породах есть свинец, золото, уран, серебро, медь, а в других они отсутствуют? В нашей книге можно прочесть не только о различных минералах и горных породах, возникших либо из магмы — вязкого или жидкого расплава, нагретого выше 1000° С, либо из медленно накапливающихся в морях, озёрах, реках и океанах осадков, которые образуются не только за счёт разрушения уже ранее происходящие глобальные геофизические процессы. Дело пошло столь успешно, что по предложению советских учёных было даже решено продлить МГГ ещё на 12 меся- цев. В результате этот невиданный «год» длился целых два с половиной. Научные результаты Международного геофизического года и многие десятилетия спустя являются актуальными для исследователей во всех странах мира. По сей день выходят в свет книги и статьи, обобщающие сделанные тогда наблюдения. Запросы о присылке таблиц и сейсмограмм, фотографий и карт беспрерывно поступают в специально созданные Мировые центры данных; один из них находится в Вашингтоне, а другой — в Москве. Эти невиданные раньше учреждения стали Меккой для специалистов по наукам о Земле, которые ищут информацию о физических процессах, охватывающих земной шар. И очень многое, о чём рассказывается в томе «Геология» нашей «Энциклопедии», было открыто лишь благодаря нелёгкому труду участников Международного геофизического года. Так выглядит наша планета из космоса. Панорама сделана с использованием многих космических снимков. 25
Энциклопедия для детей Ручки тростей и зонтов, изготовленные из различных минералов. Фирма Фаберже. Начало XX в. сформировавшихся пород, но и за счёт остатков растений и микроскопических живых организмов, населяющих приповерхностный слой воды океанов. В ней можно будет узнать о жизни выдающихся естествоиспытателей-геологов; о необычных и грозных явлениях природы; о современных геологических теориях и достижениях науки о Земле. Хотелось бы надеяться, что эта книга о геологии (или отдельные её главы) не оставит равнодушным читателя, заставит задуматься о прошлом, настоящем, будущем нашей планеты и почувствовать всю красоту познания. Тогда цель авторов и составителей этого тома «Энциклопедии для детей» будет достигнута.
ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ Сотворение мира во все времена занимало умы людей. Каким образом образовалось всё то, что мы видим вокруг себя? Как возникли звёзды, Солнце, Луна? Когда и как родилась Земля и почему на ней появилась жизнь? Эти и другие столь же вечные вопросы человек задавал себе всегда и пытался найти на них ответ сообразно с тем, во что он верил и во что верили его предки уже не одну тысячу лет. В наше время мы уже можем ответить на вопрос о сотворении мира на основании фактов и научных гипотез, можем сказать с большей определённостью, когда и как это произошло. Ответ на этот вопрос стал возможен лишь совсем недавно, во второй половине XX столетия. А ведь ещё в 1654 г. епископ Ашер «точно» рассчитал, что окружающий нас мир возник в 4004 г. до н.э., и эта дата была признана почти официальной. БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ Рождение Вселенной — поистине драматическое событие, называемое учёными Большим взрывом. Его имеет смысл рассматривать только спустя некоторое время, прошедшее с момента начала взрыва. Уместно спросить: что же «взорвалось»? Ответить на этот вопрос можно очень приблизительно: взорвалось вещество, занимавшее неизмеримо меньшее пространство, чем то, которое сейчас занимает Вселенная. Оно обладало фантастической плотностью и было нагрето до миллиардов градусов. В таком веществе никакие атомы существовать не могли, не действовали известные нам законы физики. Сжатое до немыслимых состояний вещество в момент Большого взрыва начало расширяться с колоссальной скоростью. Может быть, самое невероятное — то, что оно продолжает расширяться и сейчас, спустя 15—20 млрд лет после «взрыва». Расширение сразу же вызвало охлаждение вещества, и через какое-то время температура упала настолько, что появились условия для образования сначала ядер, а потом и атомов. Через сотни миллионов лет из непрерывно расширяющегося облака раскалённых газов стали формироваться звёзды и их скопления — галактики. Если ясным летним вечером, ещё лучше ночью, выйти из дома и посмотреть на небо, можно увидеть нечто необычайное. «Открылась бездна, звезд полна, звездам числа нет — бездне дна». Не правда ли, как точно изобразил захватывающую картину звёздного неба великий русский учёный, мыслитель и поэт Михаил Ломоносов. Действительно, бездна открывается человеческому взору, и в ней тысячи и тысячи мерцающих звёзд разной яркости и величины. Расстояния до них настолько велики, что их невозможно представить исходя из нашего обыкновенного человеческого опыта. Светящаяся дуга Млечного Пути пересекает небосвод, и трудно вообразить, какое количество звёзд он заключает в себе, хотя учёные и подсчитали, что эта величина составляет по крайней мере 100 млрд. Что такое Млечный Путь? Это галактика, лишь одна из 10 млрд наблюдаемых галактик! Она имеет форму гигантского вращающегося диска со спиральными «рукавами» (так хорошо заметными на многих фотоснимках галактик). Наша крохотная планета находится довольно далеко, на расстоянии приблизительно 2/3 радиуса от центра Галактики, поэтому мы видим только её часть, т.е. скопление звёзд как бы изнутри в поперечном разрезе диска. Однако даже сказанного, по-видимому, не достаточно, чтобы окончательно осознать наше место во Вселенной, которая родилась 15—20 млрд лет назад в результате описанного выше Большого взрыва. Только спустя сотни миллионов лет из смеси водорода и гелия начали формироваться миллиарды галактик. В одной из них, получившей 28
Земля среда планет Солнечной системы название Галактики Млечного Пути, диаметром ♦ всего лишь» 100 тыс. световых лет (световой год — это расстояние, которое проходит луч света за 1 год, а скорость света равна 300 тыс. км/с), примерно 5 млрд лет назад произошёл взрыв сверхновой звезды. (Так называют внезапно вспыхивающие звёзды, мощность излучения которых во время вспышки во много тысяч раз превосходит мощность вспышки новой звезды.) Невероятная по своей силе ударная волна начала сжимать межзвёздное вещество, эту «пыль Вселенной», пока из неё не сформировалось уже более плотное газопылевое облако. Благодаря силам гравитации (всемирного тяготения) оно сжималось всё сильнее. Через несколько десятков миллионов лет — так быстро шёл этот процесс — из-за сжатия межзвёздного вещества температура в центре облака превысила 10—12 млн градусов Цельсия, начались термоядерные реакции и * зажглось» Солнце — в масштабе нашей Галактики самая рядовая звезда. Однако для нас Солнце — это жизнь. Пока оно существует, существуем и мы. В поперечном сечении Земля получает от Солнца количество тепла, равное 4*1026 Дж/с. Такую огромную величину человек просто не может себе представить. Астрономы полагают, что атомного «горючего» Солнцу хватит ещё примерно на 5 млрд лет, так что у человечества причин для беспокойства нет. Когда запасы водорода подойдут к концу, гелиевое ядро Солнца сожмётся, внешние же оболочки расширятся, и оно превратится в ♦ красного гиганта», а потом — в * белого карлика». (♦Красный гигант» — это звезда, на которой выгорел весь водород; она * разбухает», температура поверхностных слоев снижается, увеличивается светимость, и звезда приобретает красный цвет. Когда звезда потеряет оболочку, останется одно ядро, где загорится гелий; температура будет очень высокой, а светимость — слабой, звезда приобретёт белый цвет. Это — «белый карлик».) Однако это всё такие далёкие прогнозы, что они вызывают столько же эмоций, сколько и рождение Солнца, происшедшее около 5 млрд лет назад. Так что мы находимся как раз посередине действия спектакля под названием «Жизнь и Смерть Солнечной системы», хотя Вселенная не умрёт никогда. РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ А что же наша Земля? О ней мы немного забыли, поражённые грандиозной картиной мира. Через полмиллиарда лет после взрыва сверхновой звезды или немного раньше наша планета уже существовала. Облако межзвёздного вещества вокруг Солнца, сжавшись до уплощённых колец, постепенно, в течение сотни миллионов лет, образовало сгустки — зародыши будущих планет. 4,5— 4,6 млрд лет назад Земля уже приняла те размеры и форму, которые имеет и сейчас. Наша замечательная, уникальная во многих отношениях пла- Наша спиралевидная Галактика и её поперечный разрез нета — всего лишь одна из девяти планет Солнечной системы. Диаметр Солнечной системы составляет 40 астрономических единиц (расстояние от Земли до Солнца, равное 150 млн км). Итак, частицы межзвёздного вещества различного размера, начиная от нескольких сантиметров и кончая сотнями метров и более, — так называемые плане тезимали — слипались и образовывали планеты. Они подразделяются на две группы: внутреннюю, расположенную ближе к Солнцу и состоящую из четырёх планет — Меркурия, Венеры, Земли и Марса, и внешнюю — включающую Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Между Марсом и Юпитером находится 29
Энциклопедия для детей пояс астероидов — источник практически всех метеоритов, которые падали, падают и будут падать на Землю. Именно метеориты являются свидетелями рождения Солнечной системы, т.к. могут быть тем веществом, которое осталось после того, как из планетезималей были образованы планеты. Существует гипотеза, что астероиды — это обломки десятой планеты, названной Фаэтоном и погибшей при какой-то космической катастрофе. Однако вряд ли они являются обломками разрушенной планеты, т.к. общая масса астероидов оказывается намного меньше расчётной массы планеты, которая могла бы находиться на орбите между Марсом и Юпитером. Астероиды часто имеют неправильную угловатую форму, их размеры достигают сотен километров в поперечнике (например, Церера — 767 км, Паллада — 483 км, Веста — 385 км), но могут быть и гораздо меньше — несколько километров. Исследователи полагают, что общее количество астероидов, которое можно обнаружить, составляет около 150 тыс. Иногда астероиды могут приближаться к Земле, если их орбиты пересекают орбиту нашей планеты. Так, в 1993 г. астероид Икар прошёл в опасной близости от Земли. Образование Солнечной системы. 30
КОСМИЧЕСКИЕ «БРАТЬЯ» И «СЕСТРЫ» ЗЕМЛИ Все планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, которые очень близки к окружности. Все они вращаются в одну сторону, причём в ту же сторону медленно вращается и Солнце. От почти круговых орбит остальных планет отличается своей вытянутостью лишь орбита Плутона. Согласованность движения почти всех планет вокруг своих осей нарушает лишь Венера, которая вращается в обратную сторону вокруг своей оси, и Ураном, как бы лежащим «на боку», т.к. ось вращения этой планеты располагается в плоскости её орбиты. Венера задаёт нам великую загадку, и для того, чтобы разгадать её, выдвигалось много гипотез. Большинство учёных сходятся во мнении, что вращаться в обратную сторону эта планета стала не сразу, а спустя какое-то время после возникновения, возможно, от столкновения с каким-то крупным космическим телом. Согласованное вращение всех (кроме двух) планет и Солнца подтверждает гипотезу одновременного формирования всей Солнечной системы из единого газопылевого облака. Внутренние планеты, или планеты земной группы, сравнительно небольшие и состоят в основном из силикатов (минералов, в состав которых входит кремний) и железа. По некоторым показателям Земля имеет наибольшее сходство с Венерой. У них близкие массы, радиусы, средняя плотность, но очень сильно различаются периоды вращения вокруг собственной оси: у Земли — одни сутки (24 ч), а у Венеры — 243. Различается и средняя температура на планетах. На Земле она составляет +4° С, а на Венере — +467° С. Это — благодаря очень плотной атмосфере на Утренней звезде, как называют нашу ближайшую «родственницу» в Солнечной системе (в средних широтах Венера видна на небе утром, при восходе Солнца). Венерианские облака состоят из капелек серной кислоты и углекислого газа. Атмосферное давление на Венере такое, какое существует на Земле в океанах на глубине около 1 км. Из-за плотных и мощных облаков «сестру» Земли начали изучать с помощью космических аппаратов радиолокационными методами. Первые сенсационные результаты были получены советскими автоматическими станциями «Венера». Более детальные исследования (например, атмосферы и грунта) проводились с помощью спускаемых аппаратов. Сейчас составлены подробные карты Венеры, которая обладает некоторыми чертами сходства с Землёй: сильно расчленённым рельефом, обширными понижениями, напоминающими впадины, в которых располагаются земные океаны. Там, так же как и на Земле, есть крупные вулканы, плато (невысокие плоскогорья с крутыми склонами), холмистые равнины, глубокие ущелья. Не исключено, что и сейчас на Венере извергаются вулканы, и сера, Земля среди планет Солнечной системы присутствующая в атмосфере, являет- з51^ ся продуктом этих извержений. ДЕ»У | Меркурий расположен ближе всех к Солнцу, и это одна из самых маленьких планет Солнечной системы — с радиусом меньше половины земного. Меркурий напоминает Луну; он весь изрыт кратерами — следами падения метеоритов. Гелиево-водородная атмосфера Меркурия чрезвычайно разрежена, а температура поверхности колеблется от —173° до +430° С. Марс — самая дальняя от Солнца планета внутренней группы, он вдвое меньше Земли, так же быстро вращается вокруг своей оси и так же, как у Земли, его экватор наклонён по отношению к орбите. Именно поэтому мы наблюдаем на Марсе смену времён года, когда в полярных областях появляются белые шапки снега, состоящего из углекислоты и воды. Атмосфера Марса очень разрежена и состоит в основном из углекислого газа, а на поверхности температура изменяется от —140° до —28° С. Знаменитые каналы Марса, о которых столько было разговоров в прошлом, представляют собой высохшие русла каких-то потоков. Следовательно, когда-то по поверхности Марса текла какая-то жидкость. А другие «каналы» — это грандиозные ущелья глубиной 10 км, протягивающиеся на тысячи километров. Таких природных образований на Земле нет. На Марсе есть гигантские вулканы, например Олимп (высота его 21 км, а диаметр основания вулканического конуса — 600 км). У Меркурия и Марса имеется слабое магнитное поле, а вот наличие его у Венеры вызывает сомнения (если оно и есть, то очень слабое). Внутренние планеты небогаты спутниками. Луна сопровождает Землю, а у Марса даже две свои «Луны» — изрытые кратерами, неправильной формы глыбы спутников, Фобоса и Деймоса, один из которых вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном вращению Марса и другого спутника, что также является загадкой. За поясом астероидов, дальше от Солнца, располагаются планеты внешней группы — планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, поражающие своими размерами, а также Плутон. Радиус Юпитера, например, в 11 раз больше земного, Сатурна — в 9, Урана — в 4, Нептуна — почти в 4 раза, и только Плутон в 2 раза меньше Земли. Уже в 1973 г. космические аппараты начали исследовать Юпитер, и с тех пор человечество получило «портреты» не только всех планет внешней группы, но и их спутников, которых у Юпитера 16, у Сатурна — 23, у Урана — 15 и у Нептуна — 2. Четыре спутника Юпитера были открыты ещё в 1610 г. Галилеем, и сейчас они носят название Галилеевых спутников. Размеры их впечатляют. Так, Ганимед, самый большой спутник Юпитера, имеет радиус 1892 км, а Титан, спутник Сатурна, — 2575 км. Эти спутники были изучены с американской автоматической межпланетной станции «Вояджер-2», запущенной 31
Энциклопедия для детей ЗАГАДОЧНАЯ ПЛАНЕТА ФАЭТОН У древних греков есть миф о Фаэтоне. Однажды Фаэтон, сын бога Солнца Гелиоса, попросил отца позволить ему хотя бы один раз управлять золотой колесницей Солнца, в которой Гелиос совершает свой ежедневный путь по небесной дороге и к вечеру опускается в священные воды Океана. Но Фаэтон не был бессмертным богом. Он был рождён смертной нимфой Клименой, дочерью морской богини Фетиды, и тоже был смертен. Фаэтон потерял путь среди небесных созвездий, а кони, почувствовав слабую руку возничего, понесли, и огненная колесница приблизилась к Земле. Пламя от солнечной колесницы охватило Землю. Горят леса, горят горы, от пожара трескаются скалы, закипает вода в морях и реках. Гибнут рыбы, дельфины, тюлени, падают сожжённые птицы, сгорают звери. Погибают города и целые племена... Моря и океаны выкипают и превращаются в песчаные равнины. Взмолилась тогда Гея, богиня Земли, и попросила защиты у повелителя богов Зевса-громовержца. Разгневанный Зевс, чтобы спасти Землю от гибели, поразил молнией колесницу Гелиоса. А Фаэтон, с охваченными пламенем кудрями, пронёсся по небу и упал на краю ойкумены в воды далёкой северной реки Эридан. Не случайно возникла эта красивая легенда. Ещё древнегреческий философ Платон в IV в. до н.э. понимал, что в мифе о Фаэтоне содержатся указания на действительно происшедшие события. Но какие же события послужили основой для сказания о Фаэтоне и где они произошли! В Прибалтике до сегодняшнего дня сохранились воронки идеально круглой формы. В одной из них было найдено несколько осколков железного метеорита. Это свидетельствует о том, что воронки образовались при падении небесного тела и представляют собой кратеры. Валы вокруг кратеров сложены обломками, выброшенными из воронок. Кратеры находятся на острове Сааремаа в Балтийском море. Так были найдены «могила» Фаэтона и мифологическая река Эридан. Катастрофа, происшедшая здесь, послужила источником для создания античного мифа. Ведь в то время Рижского залива не существовало и река Западная Двина впадала в море недалеко от современного острова Сааремаа. Побережье же Балтийского моря для древних греков было «гчуждым прибрежьем». 20 августа 1977 г., причём отклонений от рассчитанной траектории практически не было. Так, например, при его подлёте к Нептуну (а расстояние от Земли до Нептуна равно 30 астрономическим единицам), отклонение составило 30 км по расстоянию и 1,4 с по времени — поистине феноменальное достижение. Исследования показали, что не только у Сатурна, а практически у всех внешних планет есть кольца, каждое из которых состоит в свою очередь из тысяч отдельных колечек, образованных мельчайшими обломками и пылью, вращающимися вокруг планеты. Огромные внешние планеты обладают большой массой, но низкой плотностью. Они вращаются вокруг своих осей с высокими скоростями и из-за этого сильно сплюснуты в районе полюсов. Сила притяжения у этих гигантов такова, что в состоянии удержать гелий и водород, которые исчезли с относительно небольших планет земной группы. Все планеты внешней группы в большей части своего объёма газо-жидкие в отличие от практически полностью твёрдых планет внутренней группы. Внешние оболочки планет-гигантов образованы толщей газовых вихрей, достигающей 15 тыс. км и состоящей из водорода, гелия, метана, аммиака. По-видимому, эти же газы, но в твёрдом состоянии в виде льда, слагают и более удалённые от поверхности части внешних планет, хотя частично они могут находиться и в жидком виде. Тем не менее предполагается, что во внутренних частях планет внешней группы, где давление велико, содержатся силикаты и металлы, которые скорее всего находятся в жидком сос- 32
Земля среда планет Солнечной системы тоянии благодаря очень высокой температуре. Не исключено, что на большой глубине водород может находиться в необычном * металлическом * состоянии. И Юпитер, и Сатурн излучают в космическое пространство гораздо больше тепла, чем они получают от Солнца. На Юпитере открыты такие загадочные явления, как, например, Большое красное пятно. Оно имеет диаметр 40 тыс. км и размерами превышает несколько таких планет, как Земля. Это пятно (как, впрочем, и похожие явления на другой планете — Сатурне) представляет собой вращающийся против часовой стрелки грандиозный вихрь, обладающий довольно устойчивой, хотя и несколько изменяющейся формой. На некоторых спутниках планет внешней группы известны вулканы, выбрасывающие газ (газовые вулканы). На Ио, сравнительно молодом спутнике Юпитера, зафиксированы истечения газа, излияние серной лавы по крайней мере из восьми действующих вулканов. На Энцеладе, спутнике Сатурна, обнаружены вулканы, выбрасывающие струи жидкости, а сам спутник состоит из замёрзших газов. На спутнике Юпитера, ледяной Европе, состоящей из замёрзшей воды, аммиака и метана, хорошо видны огромные трещины и расколы. Самая дальняя от Солнца (6 млрд км) планета — это Плутон, она совсем маленькая, возможно потому, что полностью потеряла газовую оболочку и представляет собой лишь сохранившуюся внутреннюю часть некогда крупной планеты. За Плутоном кончается Солнечная система. Картина бедствий, происшедших в результате катастрофы, передана авторами легенды чрезвычайно красочно и образно. Именно такие катастрофические явления действительно наблюдаются при падении крупных метеоритов и других небесных тел на Землю, Согласно последним исследованиям, метеорит упал в Прибалтике около 2,6 тыс. лет назад. И эта дата как раз укладывается в интервал исторических событий, описанных в легенде. В истории Земли метеориты и другие небесные тела не раз падали на нашу Землю и оставляли на ней свои следы. С катастрофическими явлениями связаны вымирания крупных сообществ растительного и животного царств и опустошения огромных территорий. Падение астероида на рубеже мела и палеогена, как считают современные учёные, виновато в гибели динозавров и других представителей органического мира. Но самая крупная катастрофа в истории Солнечной системы, а значит, и Земли произошла в далёком докембрии, и связана она была с разрушением планеты Фаэтон. Эта планета возникла одновременно с планетами Солнечной системы и существовала 2 млрд лет. Она находилась между Марсом и Юпитером, имела такие же, как у Земли, ядро, мантию и кору. Однако около 4,6— 4,7 млрд лет назад в один из периодов вхождения Солнца в струйные потоки Галактики началось разрушение Фаэтона. Пролетавшая рядом звезда нарушила устойчивую форму планеты, что послужило причиной её распада. Столкновения обломков Фаэтона с галактическими кометами струйных потоков привели к полному разрушению ядер комет, а их вещество испарилось и рассеялось, перемешавшись с астероидным материалом. Разрушение Фаэтона сопровождалось также выбросом в межпланетное пространство огромного количества твёрдого и расплавленного планетного материала и кометных газов. Метеориты, поступающие сегодня из астероидного пояса, представляют собой остатки того вещества, которое сформировалось и отвердело 4,4—4,7 млрд лет назад. X Сатурн Плутон Нептун Уран юпитер Планеты Солнечной системы. зз
Энциклопедия для детей Ж НЕПОВТОРИМАЯ 1 ' ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ Наша планета — Земля — неповторима, несмотря на то что планеты открыты в настоящее время и у ряда других звёзд. Уникальность Земли заключается прежде всего в том, что на ней живём мы, разумные люди, появление которых является вершиной эволюции жизни. А следы жизни были обнаружены в горных породах, возраст которых — 3,6 млрд лет. Сама же проблема возникновения жизни до сих пор не решена. Иными словами, не прошло и миллиарда лет с момента образования планеты, а жизнь на ней уже существовала, имелись атмосфера и гидросфера. Близкие наши «родственники», другие планеты земной группы — Меркурий, Венера и Марс, хотя и похожи на планету Земля, но отличаются от неё полной безжизненностью. Почему же Земля настолько уникальна, что в космическом пространстве вокруг неё нет ничего подобного? Это не простой вопрос. Только изучив внутреннее строение планеты, историю её формирования, химический состав, развитие оболочек Земли (включая мантию, литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу), структуру и эволюцию земной коры и ещё много других вопросов, мы сможем приблизиться к пониманию причин, сделавших планету Земля столь уникальной. По существу этими проблемами и занимается наука геология, название которой дала древнегреческая богиня Земли Гея. У Земли есть ядро, внешняя часть которого находится в жидком состоянии, а внутренняя, будучи твёрдой, обладает очень большой плотностью. Земная кора уникальна по своему гранитно-метаморфическому слою (см.ст. «Строение земной коры континентов и дна океанов»), по химическому составу и тем полезным ископаемым, без которых человечество не смогло бы достичь столь впечатляющего прогресса. За счёт выделения газов из мантии (оболочки, расположенной между земной корой и ядром Земли) образовались первичные гидросфера и атмосфера, без которых, как, впрочем, и без Солнца, не возникла бы биосфера. Но для этого Земле надо было образоваться именно на таком расстоянии от Солнца, на котором она находится, т.е. 150 млн км. Ни дальше, ни ближе. Это расстояние создаёт наиболее благоприятные условия для температурного режима земной поверхности, чтобы не было ни слишком холодно, ни слишком жарко и могла существовать вода. Земле надо было возникнуть таким образом, чтобы достаточный запас радиоактивных элементов служил горючим для поддержания работы Образование Земли из планетезималей, непрерывно падающих на зарождающуюся планету под влиянием притяжения её растущей массы. В разрезе видны металлическое ядро и каменная оболочка, а также рой планетезималей вокруг Земли и зародыш Луны гигантской тепловой машины, которой и является наша планета. Земля имеет также наиболее подходящий радиус, такой, который позволяет веществу мантии медленно перемешиваться, а внешней части ядра — сохраняться жидкой, что в свою очередь создаёт над Землёй защитное магнитное поле. Другую защиту для биосферы создаёт озоновый слой, не пропускающий к Земле губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Сочетания подобных условий нет больше ни на одной планете земной группы, не говоря уже о внешних планетах. В такой небольшой статье нет возможности говорить более подробно обо всех планетах Солнечной системы, чертах их сходства с Землёй и отличиях от неё. Нам хотелось только подчеркнуть, какое место занимает Земля в ряду других планет и в нашей Вселенной. Несмотря на всю заурядность Солнца как самой рядовой звезды и ничтожные размеры Земли на фоне грандиозности Вселенной, наша планета имеет для всех людей, населяющих её, исключительно важное значение, ибо в наблюдаемой части мирового пространства другое небесное тело, подобное Земле, пока неизвестно.
Земля среда планет Солнечной системы ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ «АНКЕТА» НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ, ИЛИ ЧТО МЫ ТВЁРДО ЗНАЕМ О ЗЕМЛЕ Сегодня мы твёрдо знаем о той планете, на которой обитает человечество, что её средний радиус составляет 6371 км. Однако в плоскости экватора он чуть больше — около 6378 км, а расстояние от центра Земли до полюса — меньше, почти 6357 км. Поверхность Земли — 510 млн км2, из которых 71% занимает океан, а остальное — суша. Может быть, вообще нашу планету правильнее было бы называть Океаном, раз уж земли на Земле значительно меньше? Объём земного шара обозначается таким числом кубических километров, которое оканчивается двенадцатью нулями. Каждый кубический метр материала, из которого состоит Земля, в среднем весит чуть больше 5,5 т. Так что, если бы некоему великану удалось поместить планету на исполинские весы, она «потянула» бы на шесть с двадцать одним нулём тонн! Во внутреннем составе планеты преобладает железо — его почти 35%; затем идёт кислород (около 30%), потом — кремний (15%) и магний (12%). Но это в среднем. За 4,6 млрд лет существования Земли сила тяжести увлекла вглубь более тяжёлые породы, а более лёгкие оставила ближе к поверхности. Такой ♦сортировке» помогал и жар земных недр — в самой середине Земли температура от 5000 до 6000° С. Поэтому тело планеты стало неоднородным и по физическим свойствам, и по химическому составу. В сердцевине находится ядро планеты; оно окружено мантией, а поверх всего — земная кора. О том, как людям стало известно всё это, мы сейчас и расскажем. ФОРМА и РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ Мы живём на огромном шаре. Лучшие умы человечества начали об этом догадываться, отказываясь от представлений о «плоском, как блин», мире, очень давно. Ещё древнегреческий математик Пифагор (VI в. до н.э.) высказывал мысль о шарообразности нашей планеты. Внутреннее строение Земли. Он же довольно робко предположил, что Земля делает «вокруг себя» оборот между восходом и заходом светила один раз (т.е. за сутки), а за 365 дней огибает Солнце, — теперь мы называем это годом. Сегодня всё это доказано наукой, а 2500 лет назад подобное мог предположить только гениальный учёный. Но подтвердить эту смелую гипотезу тогда ещё было невозможно: слишком мало фактических сведений накопили люди к тому времени. Первые подлинно научные свидетельства шарообразности Земли представил великий древнегреческий философ Аристотель (IV в. до н.э.). Наблюдая лунные затмения (а они происходят потому, что Земля на время оказывается между Солнцем и Луной), он следил за тенью, отбрасываемой Землёй на Луну. Какой бы стороной ни была повёрнута к Луне Земля, эта тень всегда круглая. А какое тело в любом положении отбрасывает круглую тень? Шар. Значит, планета наша имеет шарообразную форму — к такому заключению пришёл Аристотель. (Необходимо отметить, что до Аристотеля халдеи — племена, обитавшие в Южной Месопотамии, — наблюдали лунные затмения и обращали 35
Энциклопедия для детей «ТОТ, КТО СПЛЮСНУЛ ПЛАНЕТУ» Пля того чтобы выяснить, сплющена ли наша планете у ли^полюсов или имеет форму правильного шара, нужно Выло сравнить длину отрезка меридиана около экватора с длиной такого же отрезка как можно ближе к полюсу, И в 1735—1736 гг. две французские экспедиции отправились в разные концы земного шара, чтобы провести эти измерения. Значительная часть экватора проходит по океанским водам, а подобные измерения на воде в XVIII в. учёные вести не умели. В Восточном полушарии по суше экватор проходит через Африку с её джунглями, которые тогда ещё ни разу не посещались европейцами, и через остров Борнео (Калимантан), где сохранялось людоедство. Пришлось остановиться на Западном полушарии, освоенном цивилизацией. Туда отправилась экспедиция во главе с астрономом Шарлем Кондамином. Кондамин и его спутники в 1736 г. высадились на тихоокеанском побережье Южной Америки, в тогдашней испанской колонии Перу. Вскоре они углубились в горную страну Анд и, проводя тщательные измерения, стали продвигаться к самому экватору. По дороге путешественникам пришлось пробираться через непроходимые тропические леса и преодолевать бурные реки. Высокая влажность, жара и лихорадка досаждали учёным, покинувшим уютные парижские кабинеты ради познания планеты, на которой мы живём. В горах исследователей ждал мир вечных снегов и льдов. Путешественники мёрзли, порой из-за метели они неделями вынуждены были не выходить из палаток, оставаясь без огня и горячей пищи. В довершение бед индейцы приняли их за авантюристов, искателей клада, будто бы спрятанного в здешних краях от алчных испанских завоевателей. Столкновение было нешуточным: один из исследователей погиб под градом камней, которыми их забросали туземцы... Учёным не давали шагу ступить без повседневного надзора испанских офицеров, но как раз в это время Англия вступила в войну с Испанией, и военных «надзирателей» отозвали в действующую армию, так что научные работы надолго прервались. Словом, на всё это ушло более восьми лет. Участники экспедиции возвращались в Европу порознь. Неугомонный Кондамин решил всесторонне и исчерпывающим образом изучить неизведанные края, до которых он добрался. Он проплыл на плоту по великой Амазонке чуть ли не от самых истоков и вплоть до её впадения в Атлантический океан! 1Чего только не привёз учёный с собой во Францию... Например, образцы каучука и описание того способа, которым индейцы делали из него непромокаемую обувь. Собранные Кондамином гербарии, коллекции бабочек и чучела неведомых зверей произвели в Париже настоящую сенсацию. Книга, в которой учёный описывал свои приключения, была переведена на многие языки и повсеместно вызывала большой интерес. Направившаяся в холодную Скандинавию экспедиция во главе с Пьером Луи Мопертюи также не обрела там райской жизни. На берегах негостеприимной реки Торнио, отделяющей Швецию от Финляндии, болотистые зыбкие трясины, ледяной непрестанный дождь, непроглядный туман, таёжное бездорожье и тучи мошки надолго стали повседневными условиями их работы. Короткое северное лето быстро кончилось, река, по которой двигались путешественники, стала замерзать. Началась долгая полярная ночь с невиданным для южан I северным сиянием. Полгода работы в таких условиях показались вечностью. На обратном пути пришлось задержаться в 36 внимание на форму тени, которую при этом Земля отбрасывает на Луну.) Аристотель приводил и другие доказательства шарообразности Земли. Одно из них — то, что при движении на север или на юг мы видим в небе над собой уже другие созвездия. За 250 лет до нашей эры древнегреческий учёный Эратосфен Киренский, хранитель крупнейшей в античном мире Александрийской библиотеки в Египте, уже решился измерить Землю. Он знал, что в городке Сиена (ныне он называется Асуан), расположенном точно к югу от Александрии, у первых порогов Нила, в день летнего солнцестояния Солнце, находясь в зените, освещает дно одного очень глубокого колодца. А на севере Египта, в его столице, в тот же момент оно отстоит от зенита на 1/50 (запомним эту дробь) долю окружности. Следовательно, расстояние между этими городами составляет 1/50 долю земной окружности, или 712' долготы. А в мерах длины эту дистанцию он приблизительно определил по тому, за сколько времени её преодолевает... верблюжий караван — других * измерительных приборов» в то время ещё не было. Оказалось, что расстояние равно 5 тыс. египетских стадий, а одна стадия — немного меньше 160 м. Значит, от Александрии до Сиены около 800 км, окружность же всей планеты в 50 раз больше — около 40 тыс. км. А любой, знакомый с геометрией, по длине окружности может вычислить её радиус. Он в данном случае равен 6311 км. Можно возразить, что это неправильно, — окружность Земли по экватору составляет почти 40 100 км. А средний её радиус, как известно, 6371 км. Знаменитый Эратосфен километров на шестьдесят ошибся... Однако если учесть, какими ♦приборами» (колодец + верблюд) он пользовался, то надо признать, что для своего времени вывод древнегреческого учёного был довольно точным. Этот момент можно считать днём рождения теоретической геодезии — науки о форме Земли. А немного позднее появилась и геофизика — наука о её строении, развитии, физических процессах, происходящих в теле планеты (ведь не зная размеры Земли, нельзя судить о её плотности, массе и других характеристиках). Результаты, полученные Эратосфеном, * продержались» целое тысячелетие... Лишь в 827 г. н.э. астрономы, трудившиеся в Багдадской обсерватории халифа аль-Мамуна (он был сыном Гаруна аль-Рашида, известного по арабским сказкам * Тысяча и одна ночь», и сам занимался науками), немного подправили величину радиуса планеты, давным- давно определённую библиотекарем из Александрии. ...Шар-то шар, но не совсем правильный. Понимал это ещё знаменитый математик Архимед (III в. до н.э.), друг Эратосфена. Он учитывал, что есть на Земле высокие горы, есть равнины и глубокие провалы; значит, идеальным шаром она быть не может. Он первым предложил термин «сфероид» — фигура, близкая к сфере, но не совсем идеальный шар...
Земля среди планет Солнечной системы Идея * непогрешимой» шарообразности планеты не была полностью отвергнута ещё очень долго. Даже не принимая на веру догадки античных мыслителей, европейские учёные считали, что Земля — правильный шар. Так было до самого конца XVII столетия, когда англичанин Исаак Ньютон и голландец Христиан Гюйгенс нашли физические опровержения того, что Земля имеет форму правильного шара: раз тело долго и быстро вращается, значит, оно должно быть сплющено сверху и снизу. Ведь центробежные силы на экваторе действуют сильнее, чем у полюсов. И расстояние от полюса до полюса (полярный диаметр) будет короче, чем диаметр Земли в плоскости экватора. Это следует из законов физики, а им подчиняется весь материальный мир. В 1680 г. Ньютон подсчитал, что наша планета сплющена вдоль оси вращения на 1/230 долю этой оси. Как ни велик был авторитет знаменитого учёного, следовало проверить его вычисления на практике. И в 1734 г. французские исследователи во главе с астрономом Жаком Кассини отправились измерять длину земного меридиана на север — от Парижа до Дюнкерка, города у пролива Па-де- Кале, и на юг — от Парижа до Перпиньяна на берегу Средиземного моря. Это расстояние побольше, чем между Александрийской библиотекой и Сиенским колодцем в Египте, и точность крошечном шведском посёлке на берегу Ботнического заливе, пока туда не зашел парусник и не взял путешественников на борт. Зато в Париже их ждал подлинный триумф. Ещё бы: наконец была окончательно доказана правота Ньютона — Земля действительно оказалась сжатой с полюсов. Остроумный Вольтер, к которому прислушивалась вся образованная Европа, «присвоил» мужественному Мопертюи почётное «звание» — «Тот, кто сплюснул планету». Учёного даже изобразили на специально отчеканенной медали — в меховрй одежде, в одной руке держит палицу Геракла, а в другой — сплющенную Землю. ...Может возникнуть недоумение: что же это, просто конец схоластического спора, не имеющего никакого практического значения! Всё это любопытно, но какой от этого прок? Ответ был готов у того же Мопертюи: «Если построить карту по градусам, вычисленным в своё время Кассини и другими сторонниками «лимоноподобной» Земли, то мореплаватель, который, пользуясь ею, пересечёт Тихий океан по экватору, ошибётся на... 300 км. А сколько случилось кораблекрушений и вследствие куда меньших ошибок». ...Итак, форма Земли — не правильный шар и не вытянутая к полюсам «дыня», а сфера, несколько сплюснутая «сверху» и «снизу» в результате вращения. . Караван верблюдов, пересекающий пустыню, «помог» знаменитому Эратосфену измерить Землю. 37
Энциклопедия для детей измерений была уже выше. И всё-таки ошибок оказалось тоже немало. Сплющена ли Земля с полюсов, оставалось неясным (а если да, то насколько?). В век Просвещения так обстоять дело не могло, и Парижская академия наук послала ещё две экспедиции. Одну возглавил астроном Шарль Кондамин; она работала в Южной Америке. А другую — Пьер Луи Мопертюи; ей «достался» север Европы — скандинавская Лапландия. После нескольких лет странствий в тяжёлых условиях Андского высокогорья и скандинавской тундры учёные привезли свои ценнейшие данные в Париж (Мопертюи в 1737 г., а Кондамин в 1742 г.). Здесь их обработал Кассини, и был сделан окончательный вывод: Ньютон прав, расстояние от центра Земли до экватора больше, чем до полюса! ...Итак, сегодня очевидно: наша планета немного сплющена с полюсов, поэтому её экваториальный радиус больше, чем у идеального шара, а вдоль оси вращения радиус Земли на 5 км меньше, чем у правильной геометрической сферы. Но до сих пор мы всё время говорили только о том, что специалисты называют фигурой Земли, т.е. о форме планеты. Пора заглянуть себе «под ноги»... ЗЕМНАЯ КОРА Подлинной наукой о Земле стала геология, родившаяся лишь в конце XVIII в. Тогда «отец английской геологии» Уильям Смит предложил определять возраст земных слоев по включённым в них окаменелым остаткам вымерших животных и растений, как это делают специалисты и по сей день. Тем самым Смит основал стратиграфию — науку о слоях земной коры. Его немецкий коллега Абраам Готлоб Вернер показал, как надо сравнивать различные слои горных пород по определённым ископаемым, залегающим только в них, а не в слоях, лежащих выше или ниже. Именно он «поручил» геологии быть наукой о строении, происхождении и развитии Земли. Сейчас такое сравнение слоев по ископаемым остаткам кажется вполне очевидным, но тогда явилось открытием, позволявшим геологам во всех странах мира приступить к исследованиям, результаты которых могли быть сопоставлены между собой. Так что за следующие полтора века ученики и коллеги Вернера собрали множество данных о физической и химической природе верхней части нашей планеты — земной коры, на которой, собственно, и расположилось человечество. Катастрофические землетрясения несут гибель людям и городам 38
Земля среда планет Солнечной системы Около 120 лет назад австрийский геолог Эдуард Зюсс скорее догадался, чем доказал: планета по своему строению подобна... луковице. Она состоит из концентрических (имеющих общий центр) слоев, уплотняющихся по мере приближения к центру. Самый верхний из них — это земная кора. С ней человечество довольно неплохо знакомо: ведь это и есть тот внешний твёрдый слой планеты, на котором люди живут, откуда добывают полезные ископаемые, который (хотя бы на глубину нескольких километров) в разных местах пронизало множество глубоких скважин. Надо сказать, что земная кора не всюду одинакова. Наиболее существенно отличаются её континентальные участки от океанических. Оказывается, мощность (толщина) коры под континентами в среднем составляет около 35—40 км. Там, где на суше громоздятся молодые высокие горы, она часто достигает 50 км и более. Под Альпами кора «утолщается» до 70 км, а под великими Гималаями — до 90 км. А вот под океанами кора «тоненькая» — в среднем около 7—10 км, а кое-где (например, в Тихом океане — у Гавайских островов или у острова Пасхи) — всего 5 км. Очевидно, что до поверхности, отделяющей кору от мантии, на суше довольно далеко, а на морском дне — как бы рукой подать. Но как учёные узнали обо всём этом? Раз заглянуть в самые глубины Земли мы пока ещё не можем, попробуем обратиться за помощью к естественным силам природы — например, к землетрясениям. Конечно, это страшное стихийное бедствие. Наиболее сильные из них уносят десятки, даже сотни тысяч человеческих жизней, причиняют колоссальный материальный ущерб. Но помимо этого для геофизика землетрясения служат, по словам известного русского сейсмолога Бориса Борисовича Голицына (1862—1916), фонарём, на мгновение освещающим лежащие во тьме недра. Конечно, «слоны» и «киты», которые, по представлениям древних, пошевеливаясь, сотрясают Землю, до наших дней не дожили. Сейчас мы знаем: колебания поверхности планеты вызываются растрескиванием, разламыванием, «распарыванием» геологических слоев, которые не выдержали накопившегося давления и напряжения. Такое явление может возникнуть под воздействием даже совсем слабой силы — как та соломинка из поговорки, которая переломила спину верблю- 39
Энциклопедия для детей NEg^ да; только вот такой «верблюдь сперва | /ЗЙу | должен быть чем-то нагружен почти до предела. И вот большой блок или целый слой земной коры «не вытерпел», нагрузка превысила его прочность, и он как бы лопнул. Законы физики велят ему немедленно искать новое положение равновесия, в котором породы могли бы выдерживать нагрузку. Он смещается, при этом на свободу вырывается огромная энергия, ранее бывшая потенциальной, и вдруг ставшая кинетической (т.е. энергией движения). И побежали по коре во все стороны сейсмические волны, от которых закачалась поверхность Земли. Землетрясение!.. Это не такая уж редкость, как может показаться на первый взгляд. Ежегодно во всём мире случается не меньше 100 тыс. землетрясений — таких, которые в состоянии ощутить не только чуткие приборы, но и органы чувств человека, не столь восприимчивые. А если считать и совсем слабые землетрясения, то в год их бывает, наверное, около 1 млн. Сейсмические волны можно уподобить тем колебаниям, которые распространятся по рельсу, если его ударить молотом. Существуют два основных вида сейсмических волн. К первому относятся так называемые продольные волны, которые распространяются, колеблясь вперёд и назад, в том же направлении, в каком бегут сами. Они то сжимают, то растягивают вещество, в котором движутся. (Так же ведут себя, например, всем известные звуковые волны.) А другой вид — поперечные волны. Они передают свою энергию перпендикулярно направлению собственного движения. В этом они подобны световым волнам. Продольная волна движется быстрее, а поперечная — медленнее. Поскольку мчатся волны с различной скоростью, зависящей от физических свойств породы, в которой они распространяются, приходящая к нам волна способна рассказать учёному немало любопытного, если только он сумеет её расспросить. Но как это сделать? В конце XIX в. англичанин Джон Милн, живший в Японии, где землетрясения особенно часты, сконструировал несложный прибор для их регистрации. Это была простая деревянная рама, укрепляемая на голом камне. К раме подвешена тяжёлая гиря. Как только рама начинает вместе с землёй качаться (а гиря остаётся неподвижной — она играет роль отвеса, указывая направление к центру Земли), несложное электрическое устройство тут же отмечает это колебание. Так что ни один подземный толчок, даже довольно слабо всколыхнувший землю, незамеченным не останется. Позднее этот прибор значительно усовершенствовал Б.Б. Голицын, создавший сейсмограф того типа, которым по существу пользуются и ныне. Так вызванная землетрясением разрушительная волна стала разведчиком глубин Земли. Теперь на всей планете работают сотни научных станций, оснащённых сейсмографами, которые и днём и ночью регистрируют подземные толчки. Все эти станции вместе взятые называются сейсмической сетью. Ежегодно на столы учёных ложатся километры похожей на кардиограмму бумажной ленты (её называют записью землетрясений), кривые линии на которой говорят о силе толчков, о скорости, с которой бежала возбуждённая толчком волна... ...В 1909 г. на Балканском полуострове, около города Загреба, произошло сильное землетрясение. Тогда хорватский геофизик Андрия Мохоровичич, изучая сейсмограмму, записанную прибором в момент этого события, заметил, что примерно на глубине 30 км скорость волн существенно увеличивается. Может быть, это явление сугубо местное? Но нет, другие сейсмологи подтвердили: подобное происходит на глубинах, близких к 30 км, повсюду. Значит, существует некий раздел, ограничивающий снизу земную кору. Для обозначения этого раздела ввели знакомый теперь научному миру термин поверхность Мохоровичича (иногда её также называют границей или разделом). А поскольку многим эта славянская фамилия показалась слишком труднопроизносимой, то часто говорят и пишут просто «Мохо», или даже «поверхность „М">. Эта поверхность и есть та нижняя граница, которая отделяет кору от того, что под ней, т.е. от мантии Земли. Не так давно сейсмограммы позволили установить, что кора толще всего там, где вздымаются могучие горные хребты. Это потому, что у гор, как показали исследования, есть свои... корни. И чем выше гора, тем глубже в недра уходят её корни. Горные вершины господствуют над окружающей их местностью, а их основания уходят «корнями» в более глубокие слои. Возникает некое подобие айсбергов: ♦ лёгкие» горы словно плавают в более плотных и тяжёлых породах, как ледяные горы со своей огромной подводной (тоже невидимой) частью — по морям и океанам. Континентальная и океаническая земная кора отличаются не только по толщине, но и по составу. Океаническую кору слагают два слоя — базальтовый и осадочный. Базальты — это тёмно-зелёная или даже чёрная силикатная порода, содержащая кальций, натрий, магний и железо (иногда и алюминий). Откуда берётся океаническая кора? Она выделяется из самого верхнего слоя мантии, находящегося всего в 10—50 км под дном океана. Именно там породы мантии расплавляются и оттуда по трещинам поступают наверх, где, застывая, образуют нижний — базальтовый — слой океанической коры. Другое дело — континентальная земная кора. Она тоже состоит из нескольких слоев. Верхний слой сложен песчаниками, глинами, известняками. Главное её отличие от океанической коры — наличие следующего слоя, образованного гранитами и метаморфическими (изменёнными под влиянием высокой температуры и давления) породами. Помимо этого — основного — слоя там присутствуют осадочные породы (песчаники, гли- 40
Земля среда планет Солнечной системы ны, известняки). Базальты или породы их напоминающие слагают нижнюю часть континентальной коры. Возраст у континентальной коры куда солиднее — он превышает 3 млрд лет (у океанической — не более 150—170 млн лет). Желающим узнать, почему так происходит, придётся прочитать статью «Глобальная тектоника литосферных плит. Плавающие континенты». МАНТИЯ ЗЕМЛИ 0 том, как «устроены» и из чего «сделаны» внутренние области земного «шара», мы знаем не так уж много: самая глубокая в мире скважина (а её пробурили советские геологи на Кольском полуострове) едва превышает 12 км. Это всего 0,2% радиуса Земли! Образно говоря, мы прокололи булавкой на глобусе лишь самый верхний слой его краски... И всё же мы знаем не так уж и мало. К счастью, недра планеты можно изучать не только при помощи бурения, а, как мы уже знаем, сейсмическими методами. Исследователи научились заглядывать глубоко в недра Земли, по косвенным признакам судя о том, что видеть непосредственно пока нам не дано. Так что же лежит непосредственно под земной корой, по которой мы ходим? Представления о внутреннем строении планеты раньше были довольно примитивными. Древние греки одними из первых задались вопросом: а что же у нас под ногами на больших глубинах? В их родном Средиземноморье нередко случались землетрясения. Почему они происходили? В то, что тут виновны три мифических слона или три черепахи, на которых якобы держится мир, уже тогда верил далеко не всякий. Например, Аристотель считал, что земля трясётся, потому что в её недрах... дуют мощные ветры. Наивно, конечно, но всё-таки уже не «слоны» и «черепахи». Древние римляне многие представления о Земле позаимствовали от учёных греков. Но, живя неподалёку от знаменитых вулканов — Везувия и Этны, они долгое время склонны были возлагать ♦вину» за подземные толчки на укрывшегося в недрах бога — кузнеца по имени Вулкан. Когда он на своей наковальне куёт оружие или подковы, всё кругом сотрясается... Конечно, сегодня подобные представления живут только в сказках. Весь долгий путь познания, приведший к современным представлениям о внутреннем строении нашей планеты, здесь не стоит описывать. Скажем только, что под корой укрылась от нашего взгляда так называемая мантия Земли, залегающая на глубинах от 30—50 до 2900 км. Хотя пощупать руками мантию нам не дано, о её свойствах можно судить по красноречивым «рассказам» всё тех же сейсмических волн, которые проникают в мантию, там многократно преломляются, отражаются от различных слоев, а потом передают свои «впечатления» приборам, установленным на сейсмических станциях. Из чего же состоит мантия? Главным образом из перидотита. Такая порода содержит jagT в себе 80% оливина — (Mg, Fe)2[SiC>4] I <™? и 20% пироксена — (Mg, Fe)2[Si20e]. Это зеленоватые минералы, силикаты магния и железа. Тот, кто читал знаменитый фантастический роман Алексея Николаевича Толстого «Гиперболоид инженера Гарина», помнит, как его герой добывал несметное количество золота из ♦оливинового пояса» Земли. По нынешним понятиям, этот «пояс» примерно соответствует мантии планеты. Сегодняшняя наука далеко ушла от представлений писателя — золота там, по всей вероятности, раздобыть не удастся, но железом и магнием перидотит очень богат. Высокие температуры в мантии заставляют расплавляться глубинные породы, превращая их в магму, которая по трещинам прорывается наверх в виде лавы. Здесь уже с ней могут ознакомиться геологи. Нодули (включения) вещества мантии в базальтах. Нодули сложены оливином, клинопироксеном (хромдиопсидом) и хромшпинелидом. Считается, что эти нодули, практически не изменяясь, выносятся из мантии. По ним можно судить о породах, слагающих мантийный слой Земли. Мантия занимает до 82% объёма нашей планеты. В последнее время специалисты начали подразделять её на верхнюю и нижнюю мантии. Первая из них залегает от поверхности Мохо до глубины 1 тыс. км. Не так давно на глубине 1450 км под материками и 15—150 км под океанами, т.е. в верхних слоях мантии, обнаружили слой, где продольные и поперечные сейсмические волны движутся сравнительно медленно. Его назвали астеносферой (от греч. «астенос» — «слабый»). Здесь породы находятся частично в расплавленном состоянии. Доля такого расплава небольшая (всего 1—3%), но играет он очень важную роль. Хотя астеносфера и не жидкость, у неё хватает пластичности, чтобы очень медленно течь. Для неё также характерна меньшая вязкость, так что астеносфера служит ♦смазкой», по которой перемещаются жёсткие 41
Энциклопедия для детей М*^ литосферные плиты, образующие верх- I f&&9 I нюю твёрдую оболочку Земли — литосферу (от греч. « литое» — * камень»). Литосфера включает в себя всю земную кору и самые верхние слои мантии. Но подробнее об этих плитах, о том, как и почему они «плавают», будет рассказано в статье «Глобальная тектоника лито- сферных плит. Плавающие континенты». Породы в мантии отличаются большой плотностью, а скорость распространения сейсмических волн заметно увеличивается. Оказалось, что одним только простым сжатием вещества под давлением такие резкие перемены не объяснить. Тут, видимо, «виноваты» химические превращения и фазовый переход. Что это такое, лучше всего объяснить на примере. Возьмём, скажем, углерод. До тех пор пока его плотность составляет «всего» 2 т/м3, он представляет собой простой графит вроде того, из которого делают карандаши. Если же углерод «уплотнить» до 3,5 т/м3, он претерпевает фазовый переход, «облагораживается» и становится... алмазом. Подобные преобразования, очевидно, и происходят на глубине около 400 км с оливином, структура которого изменяется, и он превращается в нечто подобное шпинели — (Mg, Fe)Ab04. Это бесцветный, иногда пурпурный, зеленоватый или жёлтый, а то и чёрный, очень твёрдый минерал, отличающийся большой плотностью. На этих глубинах сейсмическая волна может разогнаться и достичь больших скоростей. Ещё глубже, на глубине 650 км, и этот минерал не выдерживает могучего давления и высокой температуры. Он приобретает ещё более плотную «Первозданный хаос и разгул стихий». Немецкая гравюра XVII в. внутреннюю структуру, подобную структуре ильменита и перовскита. Эти минералы (FeTi03 и СаТЮз) образуют руду, из которой получают ценный металл титан. А когда мы на нашем воображаемом «лифте» спустимся на глубину 1 тыс. км, на смену ильмениту придут ещё более плотные вещества — оксиды (соединения металлов с кислородом). Но вот мы оказались в самом «подвале» нижней мантии — на расстоянии 1 тыс. км от ядра Земли. Плотность здесь по мере продвижения вглубь увеличивается постепенно, без скачков, достигая на границе с ядром 5,5 т/м3. Из чего состоит нижняя мантия — пока остаётся загадкой для учёных. ЯДРО НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ В эпоху Возрождения, примерно с середины XIV в., когда в Европе начали бурно развиваться искусство и наука, представления об окружающей нас природе стали расширяться. Замечательный французский математик Рене Декарт, живший уже позднее, в XVII в., полагал, что Земля образовалась из комка остывшей массы, который сначала был подобен яркому Солнцу. Поэтому в недрах нашей планеты и поныне спрятано горячее ядро. Однако проверить это тогда было ещё невозможно. Как мы рассказали выше, Ньютон установил (а экспедиции французских учёных подтвердили), что Земля у полюсов сплющена, так что правильным шаром она не является. Французский естествоиспытатель XVIII в. Жорж Луи Бюффон, подхватив эту мысль, пришёл к выводу, что такое возможно только в том случае, если земные недра находятся в расплавленном состоянии. В 1776 г. он предложил гипотезу, согласно которой в незапамятные времена некая комета столкнулась с Солнцем. Она выбила из светила огромный «ком» вещества, который, постепенно остывая, и стал нашей планетой. Её развитие шло так, что первыми затвердевали более тугоплавкие вещества, а из кислорода и водорода образовались океаны и атмосфера; затем появились и континенты... Догадку Бюффона стали проверять дотошные физики. Известные им законы термодинамики гласят: никакой процесс не идёт бесконечно; как только движущая его энергия исчерпается, он прекращается. В XIX в. британский математик и физик лорд Уильям Кельвин произвёл подсчёты, и оказалось: для того чтобы Земле потерять много энергии, остыть и перестать быть расплавленным шаром, превратившись в нынешнюю «твердь», нужно всего лишь... примерно 100 млн лет. «Быть того не может — ведь слои горных пород гораздо старше!» — воскликнули геологи. Тем более что в конце XIX в. уже открыли явление радиоактивности и стало ясно: распад элементов требует многих и многих сотен миллионов лет. Недаром ныне, по новейшим оценкам специалис- 42
тов, возраст Земли «увеличился» по сравнению с прежними представлениями до 4,6 млрд лет. Измерения показали: при погружении в недра на каждый километр температура вещества возрастает в среднем на 30° С (это называется геотермическим градиентом). Раз так, значит, действительно в сердцевине нашей планеты всё должно быть в расплавленном состоянии. Так и считали специалисты ещё совсем недавно. В середине XIX столетия французский учёный Габриель Огюст Добре первым «пригласил» геологию в лабораторию и поставил множество экспериментов над самыми различными минералами. Он сделал эту науку экспериментальной. Так геология ♦побраталась» с геофизикой, с самого начала опиравшейся на опыт. Недаром ещё Леонардо да Винчи говорил: «Науки, которые не родились из эксперимента, этой основы всех познаний, бесполезны и полны заблуждений...» Опыты позволили французскому учёному предположить: Земля по составу отнюдь не однородна, в её глубинах залегают более тяжёлые и твёрдые массы, которые по-разному реагируют на различные температуры и давления. Затем Добре отметил следующее: Ньютон астрономическими методами вычислил такую плотность нашей планеты, которая куда выше, чем у горных пород, слагающих верхнюю часть земной коры. Вот, например, гранит, который нередко встречается в горах: 1 см* этой породы весит всего 2,8 г. Если бы вся Земля состояла из такого материала, её тяготение было бы значительно меньшим, чем определил Ньютон. Значит, на глубине прячутся от наших глаз намного более плотные породы. Средняя плотность земного вещества побольше, чем у стали. Сравним это с тем веществом, из которого состоят метеориты. Эти скитальцы космоса могут быть обломками когда-то разрушившихся других планет, вероятно сходных с Землёй. Метеориты бывают разные: есть железные (так они называются, хотя состоят из железоникелевых сплавов), железокаменные, но больше всего среди них просто каменных. По мнению Добре, столь же разнородно и тело нашей планеты. Только вот железо и никель, как самые тяжёлые, «утонули» в недрах, сконцентрировавшись в самом земном ядре, а оболочку образовали силикаты железа и магния (из этих веществ в основном состоят и каменные метеориты). Эта концепция состава Земли в основе своей жива и по сей день. Некоторые уподобляли планету гигантскому куриному яйцу: тоненькая твёрдая скорлупка содержит в себе объёмистую жидкую массу. Астрономам и физикам это сразу не понравилось. По их данным, «твердь» должна быть куда большей, а «жидкость» — меньшей. Но в отсутствие точных данных с такими разногласиями пока приходилось мириться. Выходило, что мы живём как бы над огненным морем, а колебания оболочки — землетрясения — просто Земля среди планет Солнечной системы волны, бегущие по этому морю, то I NLg^ вздымающие, то опускающие его тон- F&B) кий твёрдый покров. Подобная теория просуществовала примерно полвека. Но вот в 1946 г. шотландский учёный Артур Холмс, проанализировав множество записей, полученных сейсмографами чуть ли не всего мира во время самых разных землетрясений, поставил гипотезу под сомнение. Он заметил, что волны, достигая глубины около 2900 км, резко изменяют свою скорость. Как мы рассказывали выше, сейсмические волны бывают двух видов: продольные и поперечные. Поперечные встречаются только в твёрдых телах. В газах и жидкостях они не распространяются. Эти среды не обладают упругостью, необходимой для движения поперечных волн. Незадолго до Первой мировой войны немецкий сейсмолог Бено Гутенберг выяснил, что продольные волны, порождённые землетрясением, в земном ядре не бегут, а * плетутся»; поперечные же совсем через него не передаются. Неужели в самом центре планеты находится... жидкость? Если да, то плотность её очень велика — она соответствует плотности железа с примесью никеля. Но ведь мы уже знаем от астрономов, что из этих же элементов состоят многие метеориты... Итак, достигнув глубины 2900 км, сейсмические волны * разведали»: там находится внешняя граница земного ядра. Ниже этой поверхности поперечные волны не проникают совсем. От неё вглубь плотность среды резко возрастает — сразу на 80%. Сейсмические волны свидетельствуют, что жидкой является лишь внешняя часть ядра (недаром же она «не пропускает» поперечную волну). А его внутренняя область, как бы * желток» планеты, состоит из железоникелевого сплава и ведёт себя уже как «твердь». Это обусловлено немыслимо высоким давлением — ведь на внутреннюю область ядра «давит» вес основной части планеты. Даже на верхней границе ядра теоретически рассчитанное давление составляет около 1,3 млн атмосфер, а в его центре оно достигает 3 млн атмосфер. Температура здесь — около 10 000° С. Представим себе: каждый кубический метр вещества земного ядра весит 12—13 т, так что один небольшой ящик, наполненный таким веществом, смог бы увезти разве что мощный грузовик. Соотношение между размерами разных частей ядра таково: на внутреннюю приходится только 1,7% всей массы планеты, а на внешнюю — около 30%. Очевидно, материал, из которого состоит внешнее ядро, сильно разбавлен чем-то относительно лёгким, скорее всего серой. Некоторые специалисты полагают, что этого элемента здесь содержится до 14%. Учёные пришли к выводу, что распределение веществ и строение планеты не всегда были такими, как теперь. Когда Земля была ещё совсем молодой, миллиарды лет назад, ядро было расплав- 43
Энциклопедия для детей ччу^г I ленным, но потом оно начало остывать; &BS} I тогда-то и образовалась его твёрдая внутренняя часть. До недавнего времени само собой разумеющимся считалось, что ядро Земли — совершенно гладкий правильный шар (наподобие пушечного ядра). Но вот в 80-х гг. XX в. американцы Дон Андерсон и Адам Дзевонский изобрели так называемую сейсмическую томографию. Раньше сеть сейсмических станций регистрировала волны, поступающие из недр при землетрясениях или после взрыва большого заряда, и учёные, рассматривая полученную «кардиограмму» Земли, судили о том, каков состав пород, сквозь которые волна пробежала на своём пути, и какие там существуют физические условия. Этот метод неплох, но его недостаток в том, что получаемое изображение — как бы «плоское», лишённое объёма, и очень приблизительное, без подробностей. А томография — всё равно что стереозвук по сравнению с обычной музыкальной записью, которая воспроизводит мелодию, но не позволяет услышать всё богатство звуков. Чтобы достичь объёмного, трёхмерного и подробного изображения недр, учёные и прибегли к сейсмической томографии — стали обрабатывать при помощи новейших компьютеров, которых раньше не было, не десяток-другой сейсмограмм, полученных при землетрясениях и взрывах, а тысячи и даже миллионы их. Вот тут-то и потребовались огромные массивы сейсмической информации о всевозможных сотрясениях, испытанных планетой за многие годы. Они «заговорили», и оказалось... ...Поверхность ядра обладает своеобразным Мотылёк, присевший на ствол векового дерева, не замечает, как оно растёт. Хотя человек — существо разумное, нечто похожее можно сказать и про него. Да, мы знаем, что мчимся во Вселенной вокруг Солнца вместе с планетой Земля. Известно также, что мы вращаемся вмеете с ней вокруг земной оси. Однако это не все движения, которые мы совершаем по воле планеты. Оказывается, любой участок каменной оболочки Земли — литосферы — постоянно перемещается по горизонтали, хотя и очень медленно, со скоростью, не превышающей нерельефом. Граница между ядром и нижней мантией — не просто геометрически правильная сфера, а целый слой. В одних местах его толщина составляет 150 км, а в других — целых 350 км. В среднем же «погранзона» между нижней мантией и ядром достигает толщины 260 км. Если бы кто-нибудь сумел «путешествовать» в этой зоне (что, конечно, по силам разве только сейсмическим волнам), то ему пришлось бы там то подниматься высоко «в гору», то спускаться з глубокую «долину». Учёные предполагают, что именно в этом «пограничье» происходит перемешивание глубинных веществ, обладающих различным химическим составом, и этим объясняется такая пересечённость этого подземного «рельефа». Кстати, многие, наверное, читали научно-фантастическую повесть «Плутония», написанную выдающимся русским геологом, академиком Владимиром Афанасьевичем Обручевым. Верно ли там говорится, что внутри Земли находится гигантская полость, по которой и путешествуют герои книги? Под сводом пещерного «неба», при свете подземного «солнца» они встречают древних, давно вымерших животных и людей каменного века. К сожалению, придётся разочароваться. Теперь установлено, что никакая подобная полость в глубинных недрах Земли существовать не может: она давно бы «захлопнулась» под тяжестью лежащих выше слоев. Дело здесь не в ^ом, что и академики могут ошибаться (или сознательно фантазировать), а в том, что 50—60 лет назад, когда Обручев писал свою фантастическую повесть, этого наука с уверенностью ещё не знала. А на самом деле пещер глубже одного с небольшим километра, по-видимому, в мире нет. скольких десятков сантиметров в год. И движение это можно заметить только с помощью точных приборов. Дома, деревья — одним словом, всё, что мы считаем неподвижным, — медленно перемещалось вчера, перемещается сегодня и будет перемещаться ещё очень долго вместе с континентами, на которых живут люди. Скорость, правда, настолько мала, что, подобно мотыльку на дереве, мы не замечаем этих движений. Между тем геологическое время измеряется миллионами лет, и даже такое медленное движение, если оно постоянно и направлено в одну ГЛОБАЛЬНАЯ ТЕКТОНИКА ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ. ПЛАВАЮЩИЕ КОНТИНЕНТЫ 44
Земля среда планет Солнечной системы сторону, будет иметь очень заметные последствия: величина перемещения может достигать десятков, сотен и тысяч километров. А если это так, возникают вопросы: — движется ли вся каменная оболочка Земли (литосфера) и как участвуют в этом движении отдельные её части? — как измерить направление и скорость этого движения? — что происходит на границе участков литосферы, если они движутся в различных направлениях и с разной скоростью? — есть ли какая-либо закономерность в этих движениях, если рассматривать их в пространстве (в пределах земного шара) и во времени? — каков общий геологический результат движения и взаимодействия литосферных плит? — каковы причины перемещения литосферы? Эти и множество других вопросов рассматривает глобальная тектоника, или тектоника плит, которая занимает важное место среди других наук о Земле. ПЕРВЫЕ ДОГАДКИ И ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ Вскоре после того как Колумб открыл Америку, на географических картах стало появляться всё более точное изображение американского побережья, и было замечено удивительное соответствие береговых линий континентов по разные стороны Атлантического океана. В середине XIX в. Антонио Сни- дер узнал о полном сходстве ископаемых растений каменноугольного периода палеозойской эры, найденных в Европе и Северной Америке. И после этого его осенила блестящая догадка: вероятнее всего, ископаемые деревья росли в одном большом лесу, половина которого теперь оказалась в Европе, а другая — в Америке! Сблизив на карте материки так, чтобы океан * закрылся *, а берега соединились, он получил единый континент. Книга Анто- В середине XIX в. Антонио Снидер первым догадался совместить берега Атлантического океана; в результате получился один огромный континент. нио Снидера ♦Мироздание и его разоблачённые тайны» была напечатана в Париже в 1858 г. Но современникам его идея показалась невероятной, и о ней забыли. В последующие полвека та же судьба постигла гипотезы ещё нескольких европейских и американских учёных, каждый из которых самостоятельно приходил к мысли, что континенты наших дней — всего лишь обломки более крупных ♦суперконтинентов» далёкого прошлого, удалившиеся друг от друга на тысячи километров. Идея витала в воздухе, она будоражила умы учёных. Наконец в 1910—1912 гг. немецкий исследователь Альфред Вегенер не только вновь выдвинул эту гипотезу, но и подкрепил её разнообразными геологическими и геофизическими данными. Она стала предметом споров в научном мире. В наши дни хорошо известна * гипотеза Вегенера*, или гипотеза плавающих (♦дрейфующих») континентов. Единый суперконтинент палеозойской эры, позже расколовшийся и распавшийся, Вегенер назвал ♦Пангея», т.е. ♦единая земля». Понадобилось ещё полвека, чтобы к концу 60-х гг. XX столетия представления о крупных перемещениях земной коры превратились из гипотезы в развёрнутую теорию, в учение о тектонике плит. ЛИТОСФЕРНЫЕ ПЛИТЫ И ИХ ЖИВЫЕ ГРАНИЦЫ Долгое время считалось, что твёрдая земная кора образовалась при остывании огненно-жидкой планеты. И поэтому учёные полагали, что она как бы плавает на подстилающем расплавленном веществе. Действительно, когда в XIX в. измерили силу тяжести в Гималаях, выяснилось, что при нагромождении этих высочайших гор земная кора проседала в полном соответствии с законом Архимеда. Она погрузилась в более плотное, вязкое подстилающее вещество, которое отступило из-под горного массива в стороны. При этом масса вытесненного глубинного вещества равна массе горного сооружения. Вскоре стал известен и другой пример: в Скандинавии во время оледенения в четвертичный период земная кора прогнулась под тяжестью льда. А потом, когда лёд растаял, она начала подниматься — сначала быстро, затем всё медленнее. В наши дни земная кора там ещё продолжает ♦всплывать» со скоростью 1 Однако, сказанному, см в год. вопреки всему когда провели 45
Энциклопедия для детей «просвечивание ► глубоких недр упругими (сейсмическими) волнами, то оказалось, что под земной корой вещество находится не в расплавленном, а в твёрдом состоянии. И так на тысячи километров вниз, вплоть до границы с ядром Земли. Стало ясно, что очаги магмы, которая изливается в вулканических областях, образуются среди твёрдых пород лишь время от времени, то в одном, то в другом месте. На чём же в таком случае плавает земная кора? В 1914 г. Джозеф Баррел из Йельского универ- Так в начале XX в. Альфред Вегенер представлял себе Пангею («единую землю») и её последующий распад с образованием Атлантического и Индийского океанов. ситета (США) высказал догадку, что где-то в мантии существует астеносфера, т.е. ♦ослабленная оболочка► разогретых и сравнительно пластичных горных пород. Полвека спустя это полностью подтвердилось: астеносфера обнаружила себя как проводник сейсмических волн («волновод ►) и электрических токов. Более твёрдые породы, залегающие над астеносферой, было решено называть литосферойу т.е. * каменной оболочкой*. Её толщина 150—300 км под континентами и от нескольких километров до 90 км — под океаном. Литосфера объединяет самую верхнюю часть мантии Земли и земную кору, которая служит как бы её внешней облицовкой. Итак, литосфера плавает на астеносфере; при этом она поднимается, опускается и скользит в горизонтальном направлении относительно нижней мантии и ядра Земли. Земная кора участвует во всех этих движениях как составная часть литосферы. Каменная оболочка Земли не представляет собой единого целого. На карте землетрясений (см.ст. «Землетрясения») видно, что они происходят вдоль крупных расколов, которые делят литосферу на части, называемые литосферными плитами. Всего на земном шаре сейчас семь больших, а также несколько более мелких плит. В их внутренних частях землетрясений мало, значит, это сравнительно спокойные области. Возникновение землетрясений на границах литосфер- ных плит говорит о том, что именно там накапливаются напряжения, происходит смещение одной плиты относительно другой. Заметно различаются два вида границ между литосферными плитами. На одних плиты расходятся, удаляются друг от друга. По тому, как идёт разрядка глубинных напряжений при образовании очагов землетрясений, видно, что в них происходит растяжение. На поверхности появляются глубокие расщелины — Каменная оболочка Земли (литосфера) состоит из больших и малых литосферных плит. Из-за движения плит на их границах часто происходят землетрясения. Чёрные стрелки — направления движения плит относительно нижней мантии и ядра Земли (максимальная скорость — 10 см в год). 46
л, >АСКА ЮЖНО- МЕР ИКАНСКА В СТ Р АЛ И И С КАЯ \ АН Т АР КТИ Ч Е СКАЯ Названия малых литосферных плит: X — Хуан-де-Фука; Ко — Кокос; К — Карибская; А — Аравийская; Кт — Китайская; И — Индокитайская; О — Охотская
Энциклопедия для детей рифты (от англ. rift — «трещина», ♦щель»). Эти границы тянутся вдоль подводных срединно-океанических хребтов, их называют дивергентными, т.е. дающими движение в двух расходящихся направлениях (от лат. divergere — «обнаруживать расхождение»). На других границах литосферные плиты сходятся, и в очагах землетрясений там чаще всего происходит сжатие. Такие границы называют конвергентными (от лат. convergere — «приближаться», «сходиться»), поскольку они образуются в результате встречного движения. Эти границы выражены в рельефе высокими горами, глубоководными желобами, островными дугами и расположены главным образом вокруг Тихого океана. Есть ещё и третий, дополнительный, вид границ. Это прямые разломы, вдоль которых одна литосферная плита как бы скользит, сдвигается горизонтально относительно другой. Их называют трансформными разломами (от англ. transform — «преобразовывать»), поскольку, сдвигая плиту, они переносят движение от одной активной зоны к другой. В очагах землетрясений здесь происходит скол пород — их сдвиг параллельно разлому. Литосферные плиты различаются не только размером, но также составом пород и толщиной. Под глубоководными частями океанов литосфера намного тоньше, чем в пределах континентов и обширных мелководий — шельфов. Огромная Тихоокеанская плита, которая подстилает западную часть океана, образовалась целиком из тонкой океанической литосферы. Большинство же плит в одной своей части образованы континентальной литосферой, в другой — океанической. Например, одна часть Южно-Американской плиты — это континент, другая её часть находится на дне Южной Атлантики. А в Африканской плите континентальная литосфера окружена океанической с трёх сторон. Замечено, что чем больше толстой континентальной литосферы, тем меньше подвижность плиты. Это неудивительно, потому что под континентами остаётся меньше места для вязкого слоя — астеносферы, которая к тому же не так разогрета и не так пластична, как под океаном. Быстрее всех остальных двигаются океанические плиты. откуда и кум движутся ЛИТОСФЕРНЫЕ ПЛИТЫ? Главный источник движения находится под литосферой, где происходит круговое движение — циркуляция, или конвекция, мантийного вещества под действием тепловых и иных эффектов. Там, где конвективные кольца сходятся в восходящий поток, литосфера приподнимается и раздвигается в стороны. Образуются срединно-океанические хребты с их расщелинами-рифтами, где по трещинам изливаются базальтовые лавы. Под поверхностью дна магма, заполнившая такую трещину, застывает и превращается в кристаллическую горную породу. Поэтому по мере того как две половины срединно-океанического хребта расходятся в стороны, зияние между ними заполняется веществом, вышедшим из глубины, и происходит образование срединно-океаническии хребет глубоководный * л жёлоб V л Модель тектоники плит. Разрастание (спрединг) океанической литосферы происходит за счёт подъёма базальтовой магмы, которая выплавляется из мантии. Конвективные течения уносят литосферные плиты в стороны и затягивают их обратно в мантию. 48
новой океанической коры, разрастание морского дна, его спрединг (от англ. spreading — «развёртывание», «расстилание»). Скорости спрединга — от нескольких миллиметров до 18 см в год, если измерять их в одну сторону от оси хребта, а полные скорости вдвое больше. Размер земного шара на протяжении нескольких миллионов лет (небольшого отрезка времени, с геологической точки зрения) можно считать неизменным. Значит, если в срединно-океаниче- ских хребтах литосфера разрастается, то где-то она должна поглощаться или же сокращаться за счёт смятия в складки, надвигания одного участка на другой» Это действительно происходит там, где потоки мантийного вещества встречаются и затем направляются вниз. В таких местах океаническая литосфера сначала пододвигается под встречную плиту и затягивается мантийными потоками на глубину, а потом при высоких давлениях она уплотняется и начинает сама погружаться, «тонуть» в вязкой астеносфере, опускаясь на поверхность нижней мантии. В некоторых местах, как, например, под Камчаткой, литосфера затягивается и дальше, на глубину более 1 тыс. км, где она теряется. Такое пододвигание, погружение и поглощение океанической литосферы называют субдукцией. На дне океана, там, где литосфера ♦ныряет» в мантию, образуются глубоководные желоба. Самый глубокий из них — Марианский в Тихом океане (более 11 км). Рядом с желобами обычно цепочкой выстраиваются действующие вулканы, например вулканы Курильской островной дуги и Камчатки рядом с Курило-Камчатским жёлобом. Они образуются над тем местом, где литосфера, наклонно уходящая на глубину, начинает плавиться при высоких температурах и давлениях. В разных зонах скорость субдукции различна: от 1 до 12 см в год. Итак, литосферные плиты движутся от средин- но-океанических хребтов, где разрастается океаническая литосфера, к глубоководным желобам, где она уходит на глубину и там поглощается. Вместе с океанической литосферой движутся и континенты, которые, будучи спаяны с ней, образуют единые плиты. При столкновении двух континентов (в тектонике это называют коллизией) происходит нагромождение высочайших гор, таких, как Гималаи, Памир, Альпы. Размещение зон спрединга (растяжения) и субдукции (пододвигания), а значит, и движение литосферных плит зависят от общих для всей Земли глобальных процессов. В последние 200 млн лет (мезозой и кайнозой в геологическом летоисчислении) в движении литосферных плит господствуют распад суперконтинента Пангея и центробежное перемещение его частей. Раскрылись Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны; они продолжают разрастаться и в наши дни. Если в зонах спрединга рождается океаническая литосфера, то в зонах субдукции наращивается континентальная. В тех и других зонах располага- новообразованная океаническая литосфера и оси её разрастания (оси спрединга) зоны пододвигания океанической литосферы (зоны субдукции) спокойные («пассивные») границы континент—океан и затопленные морем участки континентов В начале мезозоя единый континент Пангея был окружён единым океаном Панталассой С тех пор Пангея постепенно распадается, её обломки (современные континенты) движутся центробежно, а между ними раскрываются Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. На карте изображена вся поверхность Земли. С — Северный полюс, Ю — Южный. 49
Энциклопедия для детей M-g^ жений; оно рассматривает, как форми- I Щщ I руется океаническая и континентальная кора и как в зависимости от этих движений возникают рудные месторождения и проявляется магматизм. Оказалось, что когда океаническая кора погружается и возвращается в мантию, она уносит с собой морские отложения, накопившиеся на дне, в том числе горные породы органического происхождения. Таким образом, воздух атмосферы, вода океанов и даже животные и растения оказывают влияние на состав мантии Земли до глубин в сотни, а может быть, и тысячи километров! Время от времени в геологической истории происходила перестройка глубинных процессов. Прежние зоны спрединга и субдукции литосферы отмирали, закладывались новые, но круговорот вещества Земли не останавливался, «машина» тектоники плит продолжала работать. Впечатляющая картина того, что происходит в зонах спрединга и субдукции — самых активных областях Земли, — каждый год пополняется всё новыми наблюдениями. В расщелины срединно- океанических хребтов и в глубоководные желоба вновь и вновь опускаются исследователи в батискафах и других аппаратах для подводного плавания. Скважины, которые бурят со специальных кораблей, вскрывают глубокие слои на океанском дне и даже проникают в напряжённую зону, где одна плита пододвигается под другую. Сейсмологи следят за землетрясениями; геофизики «просвечивают» литосферу и мантию упругими волнами, измеряют электрическую проводимость пород и идущий из глубины тепловой поток, обнаруживают аномалии магнитного поля и силы тяжести. С помощью спутников и радиотелескопов измеряют направление и скорость движения одного континента относительно другого. Исследователи изучают особенности состава вулканических лав, несущих информацию о глубинных процессах. Это и многое другое лежит в основе современного учения о тектонике литосферных плит. Тем удивительнее прозорливость, с которой ещё в 30—40-х гг. XX в. Артур Холмс из Эдинбургского университета (Великобритания) определил основные черты всего круговорота: рождение базальтовой коры посреди океана, её перемещение расходящимися конвективными течениями, а потом — погружение в глубины мантии. Движущийся базальтовый слой он уподобил «бесконечной транспортировочной ленте», передвигающей континенты. Прошли десятилетия, прежде чем в конце 60-х гг. эти идеи обрели новую жизнь в теории тектоники плит. Она сложилась как итог ряда блестящих исследований, особенно по сейсмологии, магнитометрии и морской геологии. Ведущая роль в этих исследованиях принадлежала учёным США, Канады, Англии и Франции. XX век подходит к концу, и можно с уверенностью сказать, что эта теория — одно из главных 50 достижений столетия, оказавшееся очень плодотворным для всех наук о Земле. РОЖДЕНИЕ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЛИТОСФЕРЫ В июне 1783 г. на острове Исландия, в северной части Атлантического океана, земля разверзлась и из трещины Лаки длиной 24 км хлынула базальтовая лава. В то время никто не мог себе представить в полной мере геологического значения происходящего. Жидкая лава (её общий объём составил около 12 км3) заливала всё на своём пути, покрыв площадь 565 км2. Для жителей Исландии извержение Лаки, сопровождавшееся выбросом вулканического пепла и ядовитых газов, — самая страшная катастрофа за всю тысячелетнюю историю их обитания на острове. А между тем, как стало ясно теперь, это одно из бесконечно повторяющихся, обыкновенных проявлений геологической активности на оси Срединно-Атлантичес- 0 12 3 4 млн лет I I I I I | ^ 4,4 см/год Поднимаясь вдоль оси хребта и застывая, базальтовая магма «записывает» состояние магнитного поля Земли. Образуется базальтовая кора, которая расходится в стороны и, подобно магнитным лентам, даёт две записи изменений магнитного поля, дублирующие одна другую. Показаны линейные магнитные аномалии на Восточно-Тихоокеанском поднятии (51° южной широты), их номера, возраст и соответствующая скорость спрединга
Земля среди планет Солнечной системы кого хребта, приподнятый участок которого и представляет собой Исландия. Как мы уже знаем, там проходит граница раздвигающихся в разные стороны литосферных плит, и за счёт магмы идёт разрастание (спрединг) океанической коры. Механизм этого разрастания изучали и в Исландии, и на дне океанов. Восходящий мантийный поток поднимает горячее вещество астеносферы в область меньших давлений, где его легкоплавкая часть превращается в жидкую базальтовую магму. Она, как вода из губки, отжимается от более тугоплавких кристаллов и образует скопления (магматические очаги) у подошвы литосферы. Магма находится под постоянным давлением «крыши* вышележащих пород. Поэтому, когда расходящиеся мантийные течения растягивают литосферу, магма внедряется и раздвигает её в направлении растяжения. Жидкий расплавленный базальт образует плоский клин («гидравлический клин») шириной 1— 3 м, который поднимается к поверхности, а после застывания превращается в вертикальное тело горных пород, так называемую дайку, что на старом шотландском наречии означает «стена». Растяжение литосферы в сре- динно-океанических хребтах всё время подновляется глубинными течениями, что вновь и вновь создаёт условия для подъёма магмы и образования множества параллельных друг другу даек. Так, шаг за шагом, под напором магмы раздвигаются литосфер- ные плиты. Большинство магматических клиньев, поднимаясь со скоростью до 100 м в час, добирается до поверхности дна. На дне океана происходят излияния из трещин, очень похожие на извержение Лаки в Исландии. При одном из них в Восточно-Тихоокеанском поднятии на дно вышло около 15 км3 магмы, и базальтовые покровы разлились под водой на площади 220 км2. Толщина таких базальтовых покровов — от одного до нескольких десятков метров. По мере напластования земная кора проседает под тяжестью базальтов. Поэтому при спрединге раздвиг сопровождается опусканием земной коры, и базальтовые покровы всё больше наклоняются к оси хребта. Благодаря подводным наблюдениям известно, что большие покровы базальтов образуются на дне океана только при быстром удалении литосферных плит друг от друга. Чем медленнее они расходятся, тем труднее подняться магме. При малых скоростях, например в рифтах Срединно- Атлантического хребта или в Красном море, к поверхности дна подходит уже потерявшая часть тепла и поэтому вязкая магма. Соприкасаясь с морской водой, она не растекается в стороны, а застывает в виде округлых тел, напоминающих подушки или ветвящиеся хоботы. Такие «подушечные» лавы нагромождаются, подобно насыпи, прямо над трещиной, по которой поднимается магма. В прогретых рифтовых зонах на дне океана, где изливаются базальты, обнаружено множество горячих (до 330° С) источников минерализованной воды, богатых медью, цинком, марганцем, — так называемых гидротерм. Соединения этих и других ось СПРЕДИНГА Разрастание (спрединг) океанической коры при её растяжении. Магматический клин, внедряясь под давлением, раздвигает литосферные плиты, а потом застывает в виде плоского вертикального тела горных пород, так называемой дайки. Под тяжестью изливающихся на поверхность базальтов земная кора всё больше проседает, базальтовые покровы наклоняются. 51
Энциклопедия для детей элементов, выделяясь из раствора, образуют на дне наросты, столбы и трубы высотой до 27 м, т.е. с 10- этажный дом! По трубам продолжает подниматься горячий раствор, на выходе из него выделяются мелкие частицы минералов, и труба как бы дымится. Это и есть знаменитые чёрные курильщики, вокруг которых образуются отложения, богатые металлами, и железомарганцевые шары — конкреции. Даже на самых больших глубинах вокруг них кипит подводная жизнь: тут и бактерии, и черви, и моллюски, и даже крабы. Одна из примечательных особенностей земной коры под океаном — многочисленные линейные магнитные аномалии, которые тянутся линиями, или полосами, вдоль срединно-океанических хребтов. Аномалии располагаются симметрично относительно оси хребта: по обе стороны размещаются сходные аномалии и в одинаковом порядке. Важно ещё и то, что во всех океанах удалось установить одни и те же аномалии; им присвоили порядковые номера. Всего их больше 70. Всё это убедительно и просто объяснили Фред Вайн и Друм Мэтьюз, геофизики из Кембриджского университета (Великобритания). Когда вдоль оси срединно-океанического хребта внедряется и застывает базальтовая магма, она «записывает» состояние магнитного поля Земли. Затем застывшие базальтовые породы раскалываются посередине и начинают расходиться в разные стороны. Получаются как бы две магнитные ленты с двумя дублирующими друг друга записями всех измене- 3.4 6.5 24.2 37.7 59.2 66.2 84.0 118.7 143.8 млн. лет Линейные магнитные аномалии прослежены почти на всём дне Мирового океана. Их возраст проверяли и уточняли с помощью глубоководного бурения, он увеличивается симметрично по обе стороны от оси срединно-океанических хребтов По ширине полос одного возраста на карте нетрудно заметить, что в Восточно-Тихоокеанском поднятии скорость разрастания дна (спрединга) во много раз больше, чем в Срединно-Атлантическом хребте Видно также, что вдоль Восточно-Тихоокеанского поднятия скорость спрединга быстро убывает с севера на юг. Рисунок карты усложняется там, где менялось направление спрединга, и молодые магнитные аномалии в таких местах следуют под углом к более древним Стрелки — векторы скоростей спрединга, максимальная скорость — 18 см в год. 52
Земля среди планет Солнечной системы ний магнитного поля Земли. При быстром раздвигании океанского дна (спрединге) получается длинная «лента», аномалии располагаются далеко одна от другой. При медленном спрединге те же аномалии располагаются ближе, запись получается более сжатой. Благодаря этому удаётся вычислить скорость спрединга по любой линии, пересекающей срединно-океанический хребет. Давно уже разработана общая (глобальная) шкала магнитных аномалий, где геологический возраст каждой датирован в миллионах лет. Измерив расстояние от линейной аномалии до оси спрединга или расстояние между двумя аномалиями и разделив его на время, полученное по возрасту аномалии, мы узнаем скорость спрединга. Когда ещё тонкая, только что образовавшаяся базальтовая земная кора начинает отодвигаться от оси спрединга, под ней застывает и содержимое магматического очага. В нижней части океанической коры образуются кристаллические горные породы, в результате чего её толщина увеличивается и достигает 5—7 км. В дальнейшем эта кора составляет основу всё более зрелой океанической литосферы. Снизу на подошву коры нарастают самые тугоплавкие минералы астеносферы, оставшиеся после выделения базальтовой магмы. Это напоминает утолщение льда в замерзающих водоёмах. Чем древнее океаническая литосфера, тем больше тяжёлых, богатых железом мантийных пород успевает нарасти к ней снизу. Под самыми древними (юрскими) участками дна толщина этих пород достигает 70—80 км, что в 10 раз больше толщины земной коры. В результате средняя плотность литосферы со временем увеличивается, и по закону Архимеда она всё больше погружается в вязкий подстилающий слой — астеносферу. Океан в этом месте становится всё глубже и глубже. Таким образом, глубина океана зависит от возраста дна и, если возраст известен, может быть рассчитана по формуле. По мере удаления от оси срединно-океанического хребта дно становится древнее. Поэтому склоны хребта делаются более пологими и происходит их плавный, постепенный переход к окружающим подводным равнинам, где дальнейшее увеличение глубин незначительно. В это же время сверху на базальтовой коре отлагаются морские осадки. Чем дальше от оси срединно-океанического хребта, тем больше их успевает накопиться и тем больше глубина отложения современных осадков. В самых древних частях океана толщина осадочного слоя около 1 км, но у окраин континентов она бывает и во много раз больше. Так зреет океаническая литосфера, становясь толще и тяжелее. Ей всё труднее удерживаться на плаву поверх астеносферы, и при горизонтальном сжатии она легче пододвигается под встречную литосферную плиту и уходит на глубину. Поэтому чем древнее дно океана, тем меньше его сохранилось. К тому же океаны не безграничны, и при существующих скоростях движения океаническая литосфера * добирается» даже до са- \яеГ мых отдалённых их окраин не дольше $Щ чем за 180 млн лет. Океаническую литосферу, более древнюю, чем юрская, на дне нигде не находили, она известна только по небольшим * клиньям», включённым в складчатые горные пояса на краю континентов. По сравнению со всей Землёй (её возраст — около 4,6 млрд лет) дно океана очень молодо. В результате каменная летопись почти всей геологической истории нашей планеты (более 95%) сохранилась только на континентах, и лишь последние несколько процентов представлены также и в океане. Но зато для этого, ближайшего к нам времени геология океанов даёт неоценимые знания, которые служат ключом к расшифровке и более ранней истории Земли. ТАМ, ГДЕ СХОДЯТСЯ ЛИТОСФЕРНЫЕ ПЛИТЫ Разнообразные по геологическим последствиям и иногда драматические события происходят там, где сходятся литосферные плиты. В 70-е гг. XX столетия экраны всего мира обошёл художественный фильм * Гибель Японии». Сюжет его строился на вполне научных предпосылках: дно Тихого океана пододвигается под Японские острова и разрушает их, увлекая на глубину целые участки побережья. Всё это сопровождается землетрясениями, извержениями вулканов и несёт гибель населению страны. К счастью, эта картина далека от реальности: воображение авторов фильма ускорило ход событий в сотни тысяч раз! То, что они изобразили, действительно может произойти с Японией, но через десятки миллионов лет. Мы уже знаем, что при встречном движении двух литосферных плит одна из них может пододвигаться под другую, затягиваться на глубину и погружаться в мантию — всё это называют субдукцией. Если сходятся континентальная и океаническая литосферные плиты, то вниз всегда уходит океаническая, потому что она тяжелее и, плавая на астеносфере, погружена в неё глубже. Такие зоны субдукции наклонены под континент. Если же сходятся две океанические плиты, то вниз уходит более древняя из них, поскольку она толще и тяжелее. Например, на юго-западе Тихого океана зона субдукции островов Новых Гебрид направлена под молодую литосферу моря Фиджи и, таким образом, наклонена к океану. А недалеко оттуда, вдоль островов Тонга и Кермадек, где более древняя литосфера подходит со стороны океана, еубдукция направлена в обратную сторону, от океана. Погружение океанической литосферы начинается в глубоководном жёлобе. Сначала погружающаяся литосферная плита уходит вниз полого, под небольшим углом к горизонтали (10—35°). Перемещаясь на глубину, породы испытывают всё большее давление и уплотняются. Океаническая 53
Энциклопедия для детей плита начинает тонуть в астеносфере, перегибается и следует вниз под крутым углом, иногда почти вертикально. Наконец, опустившись до более плотной нижней мантии (на глубину около 670 км), она направляется более полого, а затем почти горизонтально. Об этом нам говорят сейсмические волны, которые «просвечивают» недра Земли. Плотная, холодная и упругая плита хорошо выделяется среди окружающей её разогретой и вязкой астеносферы. Путь уходящей на глубину литосферной плиты прослеживается и по очагам многочисленных землетрясений. Первые очаги появляются уже в океане под склоном жёлоба, где литосфера перегибается, прежде чем «нырнуть» в мантию. При этом на внешней стороне изгиба она растягивается и растрескивается. Гораздо больше землетрясений, в том числе катастрофических по своей силе, происходит дальше, там, где океаническая литосфера упирается в край встречной плиты, отжимается вниз и начинает пододвигаться под неё. Очаги землетрясений размещаются здесь на границе плит, и в них происходит скол пород в направлении подо- двигания. Ещё дальше, на глубинах свыше 60—100 км, где океаническая плита опускается в вязкую астеносферу, землетрясений становится меньше. Их очаги размещаются уже не на границе, а внутри опускающейся плиты. Они образуются оттого, что горные породы нагреваются и расширяются. Затем они сжимаются под высоким давлением, когда слагающие их минералы начинают переходить в минералы с более плотной «упаковкой» атомов. Погружаясь в астеносферу, плита как бы потрескивает, «погромыхивает» своими сейсмическими очагами. Так она попадает в окружение всё более горячего мантийного вещества. По мере погру- Вулканы Глубоководный жёлоб 1500 2000 км -3% +3% Аномалии скорости сейсмических волн Зона субдукции под Идзу-Бонинской островной дугой в Тихом океане Холодная и плотная литосферная плита (заметно по повышенным скоростям сейсмических волн/ круто уходит вниз, затем следует горизонтально над поверхностью нижней мантии. Её путь сначала отмечен очагами землетрясений, образующими наклонную зону скопления сейсмических очагов (зону Беньофо) По мере погружения плита разогревается, но расстоянии 800 км от желоба она настолько теряет упругие свойства, что при дальнейшем движении землетрясения в ней не рождаются 54
Земля среди планет Солнечной системы жения литосферная плита разогревается настолько, что теряет способность раскалываться, и возникновение в ней землетрясений становится невозможным. Поэтому дальше субдукция идёт без землетрясений. В разных зонах это происходит на различной глубине: 670—700 км — под островными дугами Тонга, Новые Гебриды и Марианской на западе Тихого океана, 140 км — в Мексике и всего лишь на глубине в несколько десятков километров от поверхности под Каскадными горами в Кордильерах. Чем выше скорость субдукции, чем древнее (а значит, толще и холоднее) океаническая литосфера, тем дальше от жёлоба успеет она продвинуться до своего полного разогревания. И действительно, под Японией, где относительно древняя литосфера (возраст которой 130 млн лет) пододвигается со скоростью до 10 см в год, очаги землетрясений прослеживаются в наклонной зоне на расстоянии до 1400 км от жёлоба. Такие наклонные зоны, проникающие глубоко в мантию Земли, в которых происходит множество землетрясений, привлекли внимание учёных сразу же после того, как в 1935 г. их впервые обнаружил японский сейсмолог Кию Вадати. 20 лет спустя сейсмолог из Калифорнийского технологического института Хуго Беньоф подвёл итоги изучения этих зон во всём мире, и с тех пор их называют зонами Беньофа. Это самые мощные скопления очагов землетрясений на земном шаре. Именно над зонами Беньофа, рядом с глубоководными желобами, размещаются цепи действующих вулканов, которые протянулись на многие тысячи километров вокруг Тихого океана и образуют его «огненное кольцо». Появление этих вулканов не случайно: когда при субдукции океаническая плита попадает в область высоких давлений и температур, на глубине 100—200 км из неё выделяются так называемые флюиды и, возможно, некоторое количество расплавленного вещества. Литосфера продолжает погружаться, а отделившиеся от неё вещества направляются вверх, где у подошвы земной коры и внутри неё образуются очаги магмы. Время от времени магма прорывается к земной поверхности и извергается; появляются вулканы. Таковы действующие вулканы на островных дугах всего земного шара (Курило-Камчатской, Алеутской и других), а также на краю Южно-Американского континента, в тысячекилометровых вулканических цепях Анд. Над зоной субдукции образовались и вулканы Эгейского моря, в том числе Санторин, грандиозный взрыв которого за 1500 лет до н.э. считают главной причиной гибели крито-микен- ской цивилизации. Отделение флюидов при субдукции происходит на определённой глубине, и именно над этим местом появляются вулканы. Отсюда вытекает простая геометрическая закономерность размещения вулканов: чем круче наклонена зона субдукции (берущая начало от глубоководного жёлоба), тем ближе к жёлобу вулканическая цепь. Например, в Японской островной дуге расстояние от к вулканического фронта» до оси жёлоба около 250 км, а в соседней Идзу-Бонинской островной дуге (к югу-востоку), где океаническая плита погружается круче, — всего лишь 160—170 км. Эта закономерность отмечается повсеместно. Иногда при субдукции край встречной плиты, подобно бульдозеру, соскребает слои морских отложений с пододвигающейся под неё океанической литосферы. Слои сминаются в складки, и так образуется целый складчатый пакет. В результате Вулканическая островная дуга При субдукции и температур, Над этим местом океаническая литосфера попадает в область высоких давлений где от неё отделяются флюиды и, возможно, немного расплава. образуются магматические очаги, а на поверхности — цепочки вулканов. Линии с цифрами указывают температуру. 55
Энциклопедия для детей При погружении аппарата «Наутилус» в Японский глубоководный жёлоб, где дно Тихого океана пододвигается под островную дугу, была обнаружена подводная гора Косима. Отколовшиеся от неё части уже затянуты в зону субдукции край континента или островной дуги наращивается в сторону океана. Обычно, как, например, у берегов Мексики, ширина такого пакета не превышает 20—30 км, но при благоприятных условиях она может быть гораздо больше. Так, перед дугой Малых Антильских островов, отделяющей Карибское море от Атлантического океана, глубоководный жёлоб заполняется обильными выносами реки Ориноко. Видимо, и в прошлом туда поступало много осадочного материала, и поэтому ширина полосы, образовавшейся из смятых донных осадков, достигает почти 300 км. У побережья Гватемалы в Центральной Америке, наоборот, силы трения в зоне субдукции настолько малы, что осадки, покрывающие океаническую плиту, не задерживаются в жёлобе, а пододвигаются вместе с плитой под край континента. Благодаря бурению скважин удалось выяснить, что «смазкой», уменьшающей трение, служит сверхвысокое давление разогретой воды, заполняющей все поры и трещины на границе плит. В таких условиях субдукция поглощает не только морские осадки, но даже вулканические горы, которых немало на дне океана. Вот что открылось взору исследователей летом 1985 г., когда в аппарате «Наутилус» они опустились в Японский жёлоб на глубину 6 км от поверхности океана. В этом месте на дне находилась древняя вулканическая гора Касима, которая постепенно «подъехала» к жёлобу на подстилающей её литосфере, как на ленте транспортёра. Когда «лента» начала опускаться и уходить под островную дугу, гора Касима раскололась, и сейчас её части тоже затягиваются под склон жёлоба. В некоторых зонах субдукции край встречной литосферной плиты соскребает слои морских отложений с пододвигающейся океанической коры Так наращивается в наши дни тихоокеанская окраина Северной Америки в штате Орегон Но есть и другие зоны субдукции, где, напротив, силы сцепления между плитами очень велики. Это проявляется на Тихоокеанском побережье Южной Америки, в Чили, где пододвигающаяся океаническая плита отделяет и захватывает с собой целые участки противостоящего берега. При сильном сцеплении плит и их встречном движении там накапливаются большие напряжения и происходят сильные землетрясения. Это можно сравнить с пружиной, которую мы сжимали всё сильнее, но, соскользнув с упора, она мгновенно распрямляется. Так же в какой-то момент освобождается энергия и на границе плит. Они резко смещаются, и земля содрогается. В мае 1960 г. такое землетрясение произошло на юге Чили, в районе города Вальдивия, где побережье сразу опустилось на 1—2 м, наклонилось в сторону континента и немного сдвинулось от него к глубоководному жёлобу. Океанские воды навсегда затопили тысячи гектаров прибрежной равнины, и только местами над уровнем моря выступали крыши уцелевших строений и вершины деревьев. В редких случаях край континента сталкивается с островной дугой. Бывает также, что закрывается неширокий, ещё только начавший формироваться глубоководный бассейн, такой, как Красное море. Тогда тяжёлая океаническая литосфера выжимается вверх и надвигается на континентальную окраину. В противоположность субдукции такое явление называют обдукцией. Огромный участок океанической литосферы, длиной почти 500 км и шириной до 100 км, был надвинут подобным образом на восточную оконечность Аравийского полуострова. Он так и остался лежать там, а позднее, изрезанный многочис- 56
Земля среди планет Солнечной системы <^ 7\^ч ленными долинами и оврагами, превратился в горную гряду Оман. Некоторые овраги, прорезав бывшую океаническую кору, вскрыли в её породах рудные залежи. При выветривании руды приобрели яркую окраску, которая ещё в доисторические времена привлекла внимание человека. До наших дней здесь сохранились остатки простейших горных выработок. Так благодаря обдукции рудокопам древности стали доступны месторождения, образовавшиеся среди чёрных курильщиков в тёмных пучинах океана. Иногда там, где сходятся лито- сферные плиты, сталкиваются два континента — это, как мы уже знаем, называют коллизией. При коллизии лёгкая гранитная ♦облицовка» континентальных лито- сферных плит не поддаётся заталкиванию и затягиванию в мантию. Она слишком плавучая, чтобы погрузиться в астеносферу, и поэтому отслаивается отдельными огромными пластинами, которые нагромождаются у поверхности в виде горных сооружений. Самый яркий пример такого горообразования — поднятие цепи Гималаев и Тибетского нагорья в ходе столкновения Индостана с южным краем Евразиатского континента. Это поднятие началось 45—50 млн лет назад и продолжается поныне. Близ поверхности земли * скучиваются» лёгкие породы верхов континентальной литосферы, а вся остальная, нижняя тяжёлая её часть в это же время круто погружается в астеносферу почти так же, как это происходит при субдукции. Подробнее о горообразовании, о связанных с ним землетрясениях и вулканических извержениях рассказывается в статье * Образование гор». СЛОЖНАЯ СУММА ДВИЖЕНИЙ Если все литосферные плиты на Земле находятся в непрерывном движении, то как измерить его направление и скорость? Ведь для этого надо иметь какую-то неподвижную точку отсчёта, по отношению к которой и будет определяться их движение. Ни одна из литосферных плит не может служить таким ориентиром. Горизонтальное движение мы замечаем главным образом на границе двух плит или сравнивая повторные измерения расстояния между точками, находящимися на разных плитах. Это всего лишь относительные движения, т.е. движения одних плит относительно других. • 9 •1> ■?■ 4? Г - * - . * . -гГ - * " . ' - <г 7** /^ В редких случаях, когда при субдукции край континента сталкивается с островной дугой (верхний рисунок) или когда закрывается неширокая зона спрединга (нижний рисунок), тяжёлая океаническая литосфера выжимается и надвигается на континентальную окраину. Они очень важны, но не дают полного представления о перемещении литосферы по отношению к глубоким недрам Земли, т.е. к её нижней мантии и ядру. Один из способов вычисления расстояний между континентами — определение разности во времени приёма радиосигнала квазара, очень далёкого космического источника радиоизлучения, находящегося вне нашей Галактики. Моменты приёма сигнала определяют и сравнивают по атомным часам, точность хода которых составляет несколько десятимиллиардных долей секунды! При другом способе используются лазеры: луч с одного континента направляют на Луну или на искусственный спутник Земли таким образом, чтобы, отражённый, он попал в нужную точку на другом континенте. Оба способа дают почти одинаковую точность и позволяют уловить изменение расстояния между континентами, произошедшее за несколько лет. Относительные движения были измерены подобным образом между всеми литосферными плитами. Относительные движения плит, происходящие за длительное время (миллионы лет), изучают 57
Энциклопедия для детей другими методами. Мы уже знаем, как по размещению и возрасту линейных магнитных аномалий на дне океана вычисляют скорость спрединга по одну сторону от оси срединно-океанического хребта. Если эту величину удвоить, получим полную скорость относительного движения двух расходящихся от хребта литосферных плит. Но как измерить движение литосферной плиты в координатах планеты Земля, т.е. по отношению к её глубоким недрам? Эта задача решается только приблизительно, на основе гипотезы о горячих точках, которую высказал в 1963 г. Дж. Тузо Вилсон из Университета Торонто (Канада). После посещения Гавайских островов в Тихом океане он предложил объяснение того факта, что действующие вулканы этих островов находятся на окончании целой гряды давно уже остывших древних вулканов, протянувшейся на 2600 км к северо-западу вдоль подводного Гавайского хребта. Возраст этих вулканов увеличивается по мере удаления от Гавайских островов, а самый дальний вулкан этой гряды извергался 42 млн лет назад. Согласно гипотезе, вулканические извержения происходят сейчас в той «горячей точке», где снизу к подошве литосферы подходит пересекающая астеносферу восходящая мантийная струя. Она несёт с очень больших глубин тепло и вещество, которые необходимы для образования магматического очага. Если литосфера перемещается, скользит над неподвижной мантийной струёй, то вместе с ней отодвигается вулкан, и так выстраивается цепочка мёртвых вулканических гор, причём каждая следующая моложе предыдущей. Мантий- Над горячей мантийной струёй (в «горячей точке») образуется вулкан. Если литосфера перемещается, вместе с ней отодвигается вулкан, и так выстраивается цепочка мёртвых вулканических построек, причём каждая следующая моложе предыдущих. ная струя как бы прочерчивает снизу на скользящей над ней океанической плите свой горячий след. По возрасту вулканов и расстоянию между ними определяют скорость движения литосферной плиты, которая для Гавайского хребта оказалась равной 10 см в год. В дальнейшем удалось обнаружить более 20 таких «горячих точек». Там, где следы, идущие от них, отчётливы (как в случае Гавайского хребта), прослежен путь движения литосферы за десятки миллионов лет. По изломам линий, прочерченных мантийными струями, судят об изменениях направления, в котором двигались литосферные Тихоокеанская плита ^ПРОЦЕССОРК зоны пододвигания океанических плит (зоны субдукции) Горизонтальное движение одной литосферной плиты относительно другой определяют путём многократных точных измерений расстояния между ними, которые проводят в течение нескольких лет Один из способов измерения по разности времени приёма космического радиосигнала. Время при этом сравнивают по атомным часам Справа — результат таких определений для Гавайских и Маршалловых островов (Тихоокеанская плита), приближающихся к Евразии Эта плита пододвигается под остров Хонсю со скоростью около 6 см в год 58
Земля среди планет Солнечной системы плиты. Оказалось, что переломные моменты геологической истории, такие изменения происходили одновременно с несколькими плитами. Такие движения литосферы относительно глубоких недр Земли условно называют абсолютными движениями. К сожалению, точность их измерения невелика, к тому же главные ориентиры — мантийные струи — нельзя считать вполне неподвижными даже для не очень длительных отрезков геологической истории. Если по стрелкам-векторам на карте лито- сферных плит сравнить движение плит на запад и восток, нетрудно заметить, что первое преобладает. А это означает небольшое общее проворачивание на запад всей литосферы Земли относительно её ядра и нижней мантии! Геофизики и астрономы давно уже знают, что приливные волны, вызываемые притяжением Луны, непрерывно возмущают не только океанскую воду, но и земную кору, где они намного меньше и поэтому незаметны. При образовании такой волны литосфера сопротивляется изгибу, что порождает силы приливного торможения. Под действием этих сил в ходе вращения Земли вокруг собственной оси литосфера немного отстаёт от более глубоких оболочек, которые отделены от неё пластичной астеносферой. В таком западном дрейфе участвуют и важнейшие зоны спрединга, такие, как Срединно-Атлантический хребет и КОНТИНЕНТЫ Континенты, или материки, — это огромные массивы-плиты сравнительно мощной земной коры (толщина её 35—75 км), окружённые Мировым океаном, кора под которым тонкая. Геологические континенты несколько больше их географических очертаний, т.к. имеют подводные продолжения. В строении континентов выделяются три типа структур: платформы (плоские формы), орогены (рождающиеся горы) и подводные окраины. ПЛАТФОРМЫ Платформы отличаются пологохолмистым, низменным или платообразным рельефом. У них есть щиты и толстый многослойный чехол. Щиты сложены очень прочными породами, возраст которых от 1,5 до 4,0 млрд лет. Они возникли при Восточно-Тихоокеанское поднятие; M-g^ они тоже перемещаются на запад. | <™s7 Таким образом, быстрые движения литосферных плит от зон растяжения (спрединга) к зонам пододвигания (субдукции), обусловленные циркуляцией мантии, накладываются на их общее, хотя и неодинаковое, смещение в западном направлении. Самое устойчивое положение при этом сохраняют зоны субдукции на западе Тихого океана (под островными дугами и желобами на востоке Азии и Австралии), которые круто уходят вниз и, таким образом, глубоко «заякорены» в мантии. Западным дрейфом литосферы под действием сил приливного торможения объясняют асимметрию Тихого океана: с одной стороны он обрамляется гирляндами островных дуг, а с другой — берегами континентов. Этот дрейф определил и надвигание Северной Америки на Восточно-Тихоокеанское поднятие, что сильно повлияло на горообразование и вулканизм в Кордильерах. Если в дополнение к сказанному напомнить о центробежном перемещении континентов по мере распада Пангеи, то станет ясно, насколько сложна сумма всех движений, в которых участвуют литосферные плиты. И не одному поколению исследователей предстоит ещё потрудиться над её расшифровкой. высоких температурах и давлениях на больших глубинах. Такие же древние и прочные породы слагают и остальную часть платформ, но здесь они скрыты под толстым плащом осадочных отложений. Этот плащ называется платформенным чехлом. Его действительно можно сравнить с чехлом для мебели, который сохраняет её от повреждений. Части платформ, покрытые таким осадочным чехлом, называются плитами. Они плоские, как будто слои осадочных пород прогладили утюгом. Около 1 млрд лет назад начали накапливаться слои чехла, и процесс продолжается до настоящего времени. Если бы платформу можно было разрезать огромным ножом, то мы увидели бы, что она похожа на слоёный пирог. ЩИТЫ имеют округлую и выпуклую форму. Они возникли там, где платформа очень длительное время медленно поднималась. Прочные породы СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ КОНТИНЕНТОВ И ДНА ОКЕАНОВ 59
Энциклопедия для детей подвергались разрушительному действию воздуха, воды, на них оказывала влияние смена высоких и низких температур. В результате они растрескивались и рассыпались на мелкие кусочки, которые уносились прочь, в окружающие моря. Щиты сложены очень древними, сильно изменёнными (метаморфическими) породами, образовавшимися несколько миллиардов лет на больших глубинах при высоких температурах и давлениях. В некоторых местах высокая температура заставляла породы плавиться, что приводило к формированию гранитных массивов. Посмотрите на минутную стрелку часов — она довольно медленно перемещается, но движение её можно заметить. Для того чтобы увидеть подъём земной коры, не хватит всей человеческой жизни. Так же медленно удаляются со щитов разрушенные породы. Подсчитано, что в течение одного года может быть смыт слой толщиной 0,03 мм, т.е. намного тоньше листа бумаги. Но этот процесс продолжается уже более 600 млн лет, и разрушение происходит непрерывно, а значит, со щитов за это время было удалено более 15 км отложений. Правда, были ещё и эпохи оледенений. Ледник, двигаясь по щитам, сдирал с них, как бульдозер, огромные массы пород и переносил на большие расстояния. Даже в Подмосковье встречаются окатанные валуны, которые ледник притащил с Балтийского щита (где сегодня располагаются Финляндия, Карелия, Швеция и Норвегия), проделав путь во многие сотни километров. Поэтому не удивительно, что в пределах щитов обнаруживаются породы, которые когда-то находились на глубинах около 20 км. На щитах открыты разнообразные месторождения полезных ископаемых, таких, как железо, свинец, цинк, золото, уран. На какую же глубину в недра щитов уходят пласты этих месторождений? Хватит ли их запасов для будущих поколений людей? И что же залегает под древнейшими породами, обнажающимися на щитах? Ответы на эти вопросы учёные получают с помощью сверхглубоких (более 12 км) скважин. Такие скважины сейчас есть во многих странах мира, но впервые сверхглубокую скважину пробурили в России на Кольском полуострове. В фантастическом романе Алексея Николаевича Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» главный герой Пётр Петрович Гарин изобрёл гиперболоид — прибор, собирающий световую энергию в узкий луч (через 30 лет физики действительно создали такой прибор и назвали его лазером). С помощью гиперболоида Гарин пробурил на острове в океане глубокую 8-километровую шахту сквозь толщу земной коры до оливинового пояса и начал добывать расплавленное золото. Под верхним слоем земной коры, состоящим из гранитов и очень прочных, изменённых в глубине метаморфических пород, находится «базальтовый» слой, в котором много минерала оливина. Однако этот слой не расплавленный, а твёрдый. Предполагали, что на Кольском полуострове он располагается на глубине 10 км. Поэтому именно здесь начали бурение сверхглубокой скважины. Её глубина превысила 12 км (это самая глубокая РАСПОЛОЖЕНИЕ КРУПНЕЙШИХ СТРУКТУР КОНТИНЕНТОВ ■ древние I платформы | молодые I платформы складчатые ■ области границы г1 ■ пассивные г,™?,™, ^^■континентальные платформ I 1 окраины активные континентальные окраины 60
Земля среда планет Солнечной системы * Кольская сверхглубокая скважина. Буровая установка располагается в высотной части здания для того, чтобы бурение могло вестись зимой и летом. скважина в мире), но «базальтовый» слой так и не был достигнут. Тем не менее бурение показало, что на больших глубинах содержатся крупные запасы никеля, меди и других металлов. Оказалось также, что на 12-километровой глубине температура пород не очень высокая — около 100° С. И там, несмотря на огромное давление, были обнаружены трещины, заполненные минерализованной водой. Расплавленного золота там, разумеется, не оказалось. Зато люди убедились в том, что запасов самых разных полезных ископаемых им хватит ещё на многие десятилетия. ПЛИТЫ. Прочное основание платформ, т.е. их фундамент, покрыто чехлом, состоящим из горизонтально залегающих осадочных пластов, образовавшихся как в море, так и на суше. Крупные районы платформ, в которых фундамент перекрыт чехлом, называются плитами. Моря, заливавшие плиты, были неглубокими. Реки сносили в них рыхлый материал, образовавшийся за счёт разрушения пород постоянно вздымавшихся щитов. В мелком, тёплом море в изобилии развивались живые организмы. Их остатки накапливались на морском дне, образуя толщи органогенных осадочных пород (см. ст. «Горные породы», раздел «Осадочные породы»). Медленное опускание плит как бы уравновешивалось накоплением осадочных толщ. Некоторые плиты в древние геологические эпохи были залиты лавами вулканов и засыпаны туфами, а в слои осадочных пород внедрялась и застывала магма в виде пластовых интрузий. Такие вулканические поля называются траппами (от шведск. «trapp» — «лестница»). Действительно, после того как реки прорезают толщу базальтов, их пласты образуют как бы гигантскую лестницу на склонах долин, т.к. базальты очень прочны и плохо разрушаются, а потому создают уступы, напоминающие ступени. Берега морей на платформах постоянно изменялись. Бывало, что море ненадолго заливало и щиты. Периоды расширения морского пространства называются трансгрессиями. В другие времена, наоборот, площадь, занятая Мировым океаном, сокращалась, т.е. происходили регрессии, и накопленные на морском дне осадки начинали размываться. Толщина осадочного чехла плит неравномерна. Там, где земная кора прогибалась в течение длительного времени, накопился очень мощный чехол — до 20 км. В нём встречаются пласты натриевых и калийных солей. Под неравномерной нагрузкой перекрывающих пластов соли начинают Возраст пород: архейский и Щ нижнепротерозойский верхне протерозойский ■: 1 нижнепалеозойский 1 мезозойский верхнепалеозойский 1 кайнозойский ы разломы магматические образования 61
Энциклопедия для детей медленно «всплывать» вверх, прорывая осадочные породы, и даже иногда выходят на поверхность. Возникают соляные купола. Каменная соль, очутившись на земной поверхности, начинает растворяться дождевой водой. Иногда над куполами образуются озёра с очень солёной водой, такие, например, как озёра Баскунчак и Эльтон в Прикаспийской впадине. Вода в них, насыщенная солями, такая тяжёлая, что человек, не умеющий плавать, выталкивается на поверхность, как поплавок, и не тонет. Медленные и спокойные колебательные движения платформ вверх и вниз иногда прерываются более интенсивными движениями. Это означает, что наступил период активной жизни платформ. Как правило, такие периоды обусловлены проявлениями рифтогенеза, который на платформах сопровождается подземными толчками (землетрясениями) и образованием активных вулканов. Иногда он приводит к расколам континентов и удалению друг от друга вновь образовавшихся блоков. Подробнее об этом будет рассказано в разделе «Рифтогенез». Кроме того, на платформы оказывают влияние активные тектонические процессы, происходящие в смежных орогенных, или горных, областях. Землетрясения в горных областях вызывают колебания фундамента платформ. Так, происшедшее в Румынии в 1977 г. землетрясение привело к большим разрушениям в Бухаресте, затронуло молдавские города и даже ощущалось в Москве, на расстоянии более чем 1500 км от эпицентра. Соседние с платформами орогены влияют на них и другими способами, для понимания которых необходимо рассмотреть сами орогены. ОРОГЕНЫ Слово «орогены» в переводе означает «рождающиеся горы». Это очень неспокойные области Земли. Они протягиваются широкими поясами по окраинам или внутри континентов, отделяя платформы друг от друга. В орогенах находится боль- 62 К. Д. Фридрих. «Сельский ландшафт». XIX в
шая часть действующих вулканов. Здесь часто происходят сильные землетрясения. Вспомните волны, которые возникают на море во время шторма. Пласты осадочных пород в орогенах образуют нечто похожее на гигантские застывшие волны. Ещё здесь есть лавы и туфы, тоже смятые и разорванные. Волны-складки покрыты сетью трещин и разломов, по которым поднявшаяся из глубин магма проникла внутрь земной коры и застыла. Продолжая сминаться, складки наваливаются друг на друга и образуют многослойные пакеты из пластин, которые называются тектоническими покровами. Прочные платформы сдавливают и сжимают податливые осадочные массы. Если они, сближаясь, сталкиваются, то горные пояса располагаются внутри континентов и называются внутри- континентальными. Чем выше скорость сближения, тем сильнее сжатие и выше скорость поднятия горных сооружений. Если сближаются континентальная платформа и земная кора под океаном, то образуется окраинно-континенталъный орогенный пояс. Здесь происходят более сильные извержения вулканов и землетрясения, чем во внутрикон- тинентальных поясах. Континенты неоднократно меняли свои очертания и направления движения, не раз они сталкивались между собой. Поэтому горно-складчатые пояса образовались в разное время и имеют различный возраст. На тектонической карте они окрашены в разные цвета. Жёлтая окраска отдана молодым мезозойским и кайнозойским складчатым поясам, появившимся 200—250 и 50— 100 млн лет назад соответственно. Коричневым цветом показано распространение более древних горных поясов, возникших в палеозое. Возраст их до 600 млн лет. Чем выше горы, тем интенсивнее они разрушаются. Удаляющиеся с них обломки не уносятся далеко, а накапливаются в прогибах земной коры, возникающих по краям поднимающихся горных систем. Под молодыми горными поясами земная кора очень толстая — до 70 км. У них есть как бы глубокие корни из относительно лёгкого вещества земной коры, опущенного в более тяжёлую мантию. Попробуйте погрузить в воду надутый воздухом резиновый шарик. Его начинает выталкивать известная Архимедова сила. То же самое происходит и с толстой земной корой орогенов. Только всплывает она гораздо медленнее, чем шарик. Это продолжается довольно долго после сближения литосферных плит. По мере подъёма и разрушения гор толщина земной коры орогенов уменьшается до обычных для платформ 40 км. Поднятия прекращаются. Горы разрушаются и превращаются во всхолмленную равнину. Бурная жизнь земной коры в этой области на время приостанавливается, и бывшая горная страна — ороген — становится молодой континентальной платформой. Она начинает мед- Земля среда планет Солнечной системы ленно погружаться, и на ней накапли- з5Л^ ваются толщи морских осадков, ко- ffiBf \ торые часто содержат крупные запасы нефти и газа. Ими богата, например, Западно- Сибирская равнина — огромная плита одной из таких молодых платформ. Итак, мы познакомились с тем, как устроены надводные части континентов; побываем теперь на их подводных продолжениях — континентальных окраинах. ПОДВОДНЫЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОКРАИНЫ Для того чтобы узнать об устройстве континентальных окраин, совершим путешествие на фантастическом подводном вездеходе — океаноходе, созданном наподобие уже существующего лунохода, который по командам с Земли передвигался по Луне. Путешествие начинается от Арктического побережья России на север, но аналогичную картину можно видеть, если двигаться от восточных берегов Северной или Южной Америки. Сначала океаноход погружается на подводное продолжение низменной прибрежной равнины. Глубина моря медленно возрастает до 200 м. Подводная равнина такая же плоская и ровная, поэтому получила название шельф, что в переводе с английского языка означает «полка». Подобно плитам материков, шельф богат нефтью и газом. Некоторые страны, например Англия и Норвегия, полностью снабжают себя жидким топливом из подводных месторождений на шельфе Северного моря. Путешествие продолжается, но погружение происходит быстрее, потому что уклон дна увеличился до 3—5°. Мы попали на континентальный склон, обращенный в сторону открытого океана. Он изрезан глубокими долинами — каньонами, размытыми придонными течениями, которые сносят с шельфа и склона осадочный материал подобно рекам суши. На континентальном склоне земная кора ещё тоньше — до 10—15 км. Здесь гранитный слой, покрывающий материки и их подводные продолжения, оканчивается. Теперь, спустившись со склона, погружаемся на глубину 3—4 км. Здесь располагается континентальное подножие. Оно слегка всхолмлено от неравномерного выпадения осадков из потоков, стекающих сюда по каньонам с континентального склона. Континентальное подножие — это настоящее океанское дно и в геологическом отношении. Мелкие частицы, которые в изобилии сносятся с шельфа, откладываются и на склоне, и на его подножии, постепенно засыпая их. Континент как бы разрастается вширь. Во время путешествия мы пока не видели ни одного вулкана и нас не беспокоили землетрясения. Про такие области говорят, что здесь спокойная тектоническая обстановка. Такой тип 63
ТЕКТОНИЧЕСКАЯ КАРТА Участки распространения платформенного чехла (плиты) Н| с относительно неглубоким залеганием фундамента —I с глубоким залеганием фундамента Области байкальской складчатости rr"j Области каледонской складчатости | Области герцинской складчатости | I Герцинские краевые прогибы I Области мезозойской складчатости | | Срединные массивы | j Мезозойские краевые прогибы Эпипалеозойские и эпимезозойские плиты (чехол молодых платформ) Г I с относительно неглубоким залеганием фундамента с глубоким залеганием фундамента &Z7] к I о ТЕК! j Области кайнозойской складчатости I I Кайнозойские краевые прогибы CZ) 140е 120е ЮО* 80е 60е 40* 20* О'
и «улканическии пояс анический пояс конического типа, поднятые над уровнем моря ВЛАСТИ ДНА МОРЕЙ И ОКЕАНОВ ной корой материкового типа ы материков Области с земной корой океанического типа | | Океанические платформы I fl Краевые океанические желоба I Срединноокеанические хребты _^^" Разломы 40е 60' 80е 100* 120* 140* 160° 180* Масштаб 1:100 000 000 (в 1 см 1000 км) 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 км На тектонической карте мира изображены «составные части» земной коры: возвышающиеся над океаном и погружённые неглубоко под воду складчатые сооружения материков, вулканические пояса и тектонические структуры дна океанов.
Энциклопедия для детей континентальных окраин широко распространён в Атлантическом океане. Путешествие в глубь Тихого океана от берегов Южной Америки, Азии или Новой Зеландии было бы более опасным и сложным. Двигаясь от Азии и пересекая шельф и континентальный склон, сначала увидим знакомую картину. Но спуститься здесь предстоит в уменьшенное подобие океана — глубоководную котловину окраинного моря. Над её ровным дном возвышаются отдельные подводные горы — потухшие вулканы. Пересечём котловину и начнём подниматься по склону гигантского хребта, отдельные вершины которого выступают над водой и образуют архипелаги островов — островные дуги. На самом склоне встречаются действующие вулканы. Во время извержений лава изливается из них на дно и быстро затвердевает, принимая причудливые формы. Взберёмся ненадолго на вершину: с неё хорошо видно, что цепочки островов образуют дуги, выгнутые в сторону открытого океана. Острова увенчаны многочисленными вулканами, большинство которых действующие. Наш океаноход часто потряхивает — сказываются землетрясения, которые сотрясают вулканический хребет. Посмотрим, что же под нами. Толщина земной коры, которая под котловиной окраинного моря составляла всего около 10 км, под островной дугой вновь возрастает до 25 км. Перевалив завершённый островами подводный хребет, продолжаем путешествие в глубь океана. КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОКРАИНЫ ПАССИВНОГО (АТЛАНТИЧЕСКОГО) ТИПА КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОКРАИНЫ АКТИВНОГО (ТИХООКЕАНСКОГО) ТИПА глубоководный жёлоб базальтовый слой | гранитный слой осадочный слои Вновь начинаем спускаться по склону, но уже более крутому. Океаноход погружается теперь гораздо глубже, чем раньше. Мы спускаемся в глубоководный жёлоб. Наш подводный аппарат испытывает сильное давление — ведь на него «давит» 10-километровая толща воды. В самом глубоком месте предстоит пересечь границу сближающихся литосферных плит. В глубоководных желобах океанические плиты погружаются под островные дуги. След погружения в земной коре под островами отмечен сильной сейсмичностью, сосредоточенной вдоль узких зон, наклонённых в сторону континента. Такие высокосейсмичные зоны принято называть в честь геологов, их изучавших, зонами Вадати — Заварицкого — Беньоффа. Часть пород, находящихся под океанической плитой, расплавляется от трения, поднимается в виде магмы и извергается. Вот почему на островных дугах и рядом с ними много вулканов. Действующие вулканы и высокая сейсмичность позволяют назвать такой тип континентальных окраин активным, или тихоокеанским. Окраины Американских континентов несколько иные. Здесь нет морей. Действующие вулканы размещены на побережье материка. Шельф очень узок, сразу переходит в континентальный склон, который опускается в глубоководный жёлоб. На активных окраинах взаимодействие континентов и океана не такое спокойное, как на пассивных. В одном месте океан создаёт небольшие, окраинные моря на краю континента. В другом месте континент подминает под себя край океанского дна. Идёт настоящая борьба, которая сопровождается извержениями вулканов и землетрясениями. РИФТОГЕНЕЗ Прежде чем начинать знакомство со строением дна Мирового океана, рассмотрим, что представляет собой процесс рифтогенеза, о котором часто упоминалось при знакомстве со строением континентов. Простой опыт поможет лучше понять механизм действия рифтогенеза. Достаньте кусок льда из холодильника, положите его на лезвие разогретого ножа. Лёд начнёт плавиться. Если нож сильно нагрет, то он проплавит кусок льда насквозь и разделит на две части. Если же нож нагрет слабо, то в куске льда образуется лишь вытянутая вмятина. Примерно так же развивается рифто- генез, но в качестве ножа выступает горячая магма, а в качестве льда — земная кора. Рифтогенез — это процесс, приводящий к образованию рифта. Слово «рифт» в переводе с английского языка означает «расселина», «открытое пространство», «расхождение». Рифтогенез начинается с подъёма горячей мантии к подошве земной коры, которая растягивается. Кора при этом раскалывается. Глубокие разломы, доходящие до мантии, приводят к падению давления в 66
Земля среди планет Солнечной системы ней, вызывая её плавление. Расплавленное вещество мантии (магма) поднимается по этим разломам к поверхности Земли и, если изливается, вызывает вулканическую деятельность. На поверхности формируются ограниченные разломами прогибы, которые называются грабенами. Если к подошве земной коры не поступает новая порция горячей магмы, мантия начинает остывать, уменьшаться в объёме, что приводит к прогибанию земной коры. Образовавшийся прогиб заполняется осадками. Так возникают наиболее глубокие прогибы на древних и молодых платформах. В том случае, если горячая магма продолжает поступать к подошве земной коры, кора ещё больше растягивается, затем разрывается на части, которые удаляются друг от друга. Пространство между расходящимися блоками заполняется остывающим мантийным веществом. Формируется новый, океанический тип земной коры, более тонкой и тяжёлой, чем земная кора континентов. По мере удаления от центра рифтовой структуры мантия и вновь образованная океаническая кора всё больше охлаждаются и погружаются. Таким образом возникают океанские котловины. Ряфто- генез, а следовательно, растяжение в геологической истории проявлялись неоднократно. Благодаря рифтогенезу сформировались наиболее глубокие прогибы в древних платформах. Он играл ведущую роль при переходе разрушенных палеозойских орогенов в прогибы, давшие начало молодым плитам. Наконец, этот процесс вызвал интенсивные тектонические движения на древних платформах и в складчатых областях. Наиболее крупными и активными современными рифтами на континентах являются Байкальский рифт на краю Сибирской платформы и Восточно-Африканский рифт на Африканской платформе. Но особенно активно рифтогенез проявился и до сих пор продолжает действовать в океанах. Процесс рифтогенеза оказал большое влияние на развитие океанов. дно ОКЕАНОВ В геологическом отношении Мировой океан занимает около 60% площади планеты, т.е. несколько меньше той площади, которая на географических картах закрашена голубым цветом. Разница приходится на шельф — подводное продолжение материков, о котором было рассказано выше. Мировой океан отличается от континентов по строению земной коры. Она под ним более тонкая — всего около 10 км толщиной, т.е. в среднем в четыре раза тоньше, чем земная кора континентов. Кора океанов состоит из трёх слоев. Верхний из них сложен преимущественно тонкозернистыми осадками толщиной до 3 км. Всё ложе Мирового океана подстилается базальтами, составляющими второй слой толщиной 2—3 км. Третий слой океанической коры образован магматическими породами основного и ультраосновного состава, а это уже верхняя мантия. ВЕЛИКИЕ РАВНИНЫ НА ДНЕ ОКЕАНА Вновь воспользуемся океаноходом и продолжим наше первое путешествие, которое мы начали на подводной окраине континента. Итак, мы спустились с континентального склона к его подно- Карто рельефа морского дна. 67
Энциклопедия для детей ЧЭ^ жию. Там начинаются великие оке- I $Щ анские абиссальные котловины. Слово «абиссаль» происходит от греческого слова «абисос» — «бездна». На глубине 4—6 км простираются огромные равнины. На дно котловин не проникает солнечный свет. Только фары океанохода освещают наш путь. Температура здесь всегда постоянная: около +2° С. Остановимся на некоторое время и посмотрим в иллюминатор. В свете фар океанохода можно увидеть множество мелких частиц, медленно опускающихся на дно. Это явление называется сестоном — «снегопадом» из отмерших организмов; оно действительно напоминает снегопад в тихую зимнюю ночь. Только «снежинками» здесь являются нерастворимые остатки мелких морских организмов и минералов. Опускаясь на дно, они наращивают верхний слой океанической земной коры. Продолжим путешествие. Довольно часто на нашем пути встречаются отдельные подводные горы — потухшие вулканы. У многих из них плоские вершины. Такие горы называются гайо- ты. Их плоские макушки образовались в период, когда вулканы возвышались над водой и верхняя часть конусов была срезана волнами. Иногда такие подводные горы объединяются, образуя целые хребты. Некоторые из них протягиваются на тысячи километров, например Императорский и Гавайский хребты в Тихом океане. Вершины хребтов могут подниматься над уровнем океана в виде цепочки островов. Под водой на вершинах потухших вулканов иногда вырастают колонии кораллов, образуя атоллы — острова в форме сплошного или разорванного кольца с внутренним водоёмом (лагуной). Атоллы нередко становились приютом людей, потерпевших кораблекрушение. Однако не все вулканы на подводных хребтах «уснули». Многие из них продолжают извергаться, например вулканы Гавайских островов. Однообразие ландшафта глубоководных котловин нарушается глубокими ущельями с приподнятыми краями. Такие ущелья протягиваются на тысячи километров. Они возникли вдоль разломов, рассекающих земную кору на дне океанов. Океаноход оставляет за собой «облако» мутных осадков, совсем как пыль на дороге, поднятая грузовиком. Но вот океаноход начинает потряхивать, мы выехали на поле, усеянное плотными лепёшками — железомарганцевыми конкрециями. Иногда они так близко расположены друг к другу, что напоминают булыжную мостовую. Эти лепёшки, или шары, имеют концентрическое строение. Они похожи на луковицу и состоят из гидрооксидов железа и марганца с заметными примесями таких металлов, как никель, медь, кобальт. Слои конкреции нарастают очень медленно — несколько миллиметров за 1 млн лет, но при этом сами они не засыпаются осадками, а остаются на поверхности океанского дна. По пробам базальтов из второго слоя коры учёные научились определять их возраст. В результате была выявлена такая закономерность: по мере удаления от берега они становятся всё моложе. Значит, в начале нашего пути их возраст оценивали бы в 170 млн лет, затем — в 150, 100, 50 и т.д. СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИЕ ХРЕБТЫ Наконец мы пересекли абиссальную котловину и начинаем подниматься на огромную подводную горную цепь, состоящую из параллельных гор и разделяющих их долин. Такие подводные горы располагаются обычно посреди океанов и поэтому называются срединно-океаническими хребтами. Они образуют единую горную систему общей протяжённостью более 60 тыс. км, имеют ширину около 1000 км и возвышаются над абиссальными котловинами на 2,5—3 км. По высоте эти подводные горы сравнимы с горными хребтами суши, например Саянами. Срединно-океанические хребты сложены плотными и тяжёлыми магматическими (т.е. застывшими на поверхности дна океана) горными породами. Под центральными частями хребтов поднимаются горячие мантийные расплавы (магма). Они растягивают земную кору и дробят её разломами. Изливаясь на дно, расплавы остывают. Новая порция горячей магмы раздвигает застывшие лавы, и всё повторяется снова. Так разрастается океаническая земная кора. Этот процесс называется английским словом спрединг (от англ. spread), что в переводе на русский язык означает «растягивание», «расширение». Так происходит омоложение земной коры под океанами в области срединного хребта — в его центральной части, где кора моложе, рождаются новые её порции. Скорость поступления горячей магмы может быть различной. Если она поступает медленно, то среди хребтов успевает образоваться рифтовая долина — глубокая расселина, на дне которой множество активных вулканов. Хребты с такими долинами разрастаются медленно, скорость раз- движения их на дне Атлантического и Индийского океанов составляет 2—4 см в год. Если магма поступает быстро, то такая долина не успевает сформироваться и скорость образования новой земной коры океанического типа достигает 18 см в год. Таков подводный хребет на востоке Тихого океана. Срединно-океанические хребты рассечены поперечными (трансформными) разломами. Разломы смещают и рифтовые долины, и сами хребты. Вдоль разломов в хребте также встречаются действующие вулканы. Продолжения этих разломов встречались на нашем пути, когда мы пересекали абиссальные котловины. В срединно- океанических хребтах землетрясения бывают довольно часто, но не очень сильные. В центральной части срединно-океанических хребтов в 70-х гг. XX в. были обнаружены 68
Земля среди планет Солнечной системы замечательные творения природы — чёрные курильщики. Там, где на дне океана изливается горячая лава, морская вода разогревается до 350° С. Такие разогретые воды немедленно бы превратились в пар, если бы не огромное давление многокилометровой толщи воды. Растворённые в водах химические вещества излившихся лав взаимодействуют друг с другом, образуя горячую серную кислоту. Эта кислота растворяет минералы лав и взаимодействует с ними, в результате возникают соединения серы с металлами (сульфиды). Они выпадают в осадок, создавая конусообразные постройки, внутри которых реакции продолжаются. Очень горячие растворы поднимаются по * трубам» в центральных частях конусов к их вершинам и там, остывая, освобождаются от сульфидов. Над конусами они образуют чёрные облака (растворы сульфидов имеют чёрный цвет). При освещении такого конуса прожекторами создаётся впечатление, что работает подземный завод, выпускающий чёрные клубы дыма. Эти курящиеся конусы достигают 70-метровой высоты над уровнем океанского дна, но скрытая часть их постройки составляет сотни метров и превышает, например, высоту Останкинской телебашни (540 м). Они имеют причудливую форму и встречаются группами, которые получили название «венский лес». Группа чёрных курильщиков, получившая название «венский лес». Зарисовка сделана русским океанологом ЮЛ Богдановым. Пробы, взятые из такого конуса титановым пробосборником (железо в такой агрессивной среде разрушается), показали высокое содержание меди, свинца, цинка, золота и других металлов. Таким образом, чёрные курильщики — действительно природные фабрики руды. Так впервые люди увидели, как образуются месторождения некоторых полезных ископаемых. Весгиментиферы — недавно обнаруженные уникальные организмы, живущие только вблизи чёрных курильщиков. Представляют собой самостоятельный тип животных, близких к червям. Однако очень близко подходить к чёрным курильщикам на океаноходе опасно. Но даже на относительно большом расстоянии от них можно обнаружить на дне океана колонии крупных моллюсков, обычно не встречающихся на таких глубинах. Эти и другие морские организмы питаются бактериями, обмен веществ которых основан не на фотосинтезе, а на хемосинтезе, т.е. усвоении окиси углерода за счёт окисления неорганических соединений. Таких бактерий в тёплых водах вблизи курильщиков содержится очень много. В последнее время чёрные курильщики приковали к себе внимание учёных, и скоро о них станет известно ещё много нового. Спускаться в рифтовую долину опасно. Поэтому поговорим ещё об одном очень интересном и загадочном явлении — о так называемых горячих точках, или пятнах (по-английски — hot spot). Хорошо известны Гавайские острова Тихого океана с их действующими вулканами — Килауэа, Мауна-Кеа, Халемаумау и др. Цепочка древних подводных вулканов тянется от них на северо- запад. Их возраст постепенно увеличивается по мере удаления от действующих вулканов в северо-западном направлении. Такую интересную особенность длинного вулканического хребта можно объяснить, если предположить, что из недр Земли, из мантии, идёт поток сильно нагретого вещества в виде мощной струи. А литосферная океаническая плита церемещается над этой неподвижной струёй, которая, как газовая горелка, прожигает плиту. Сейчас след этой горячей струи находится в районе действующих вулканов, а более ранний «шов» от неё представляет собой цепочку слившихся друг с другом вулканов. 69
Энциклопедия для детей Такие горячие струи, поступающие из недр Земли, называют ещё мантийными плюмажами, потому что они по своей форме напоминают плюмажи — метёлки из перьев, которыми в прошлые века украшали головные уборы или конские сбруи. Если горячие мантийные потоки поднимаются под относительно неподвижными срединно-океаническими хребтами, то они образуют огромные постройки, состоящие из уснувших и действующих вулканов. Наиболее яркий пример такой постройки — остров Исландия. Итак, океаны располагаются симметрично относительно оси срединно-океанических хребтов. Новая океаническая кора с одинаковой скоростью перемещается в разные стороны от центральной части хребта. Если будем двигаться на океаноходе дальше, то увидим ту же картину, только в обратном порядке. Лучше поднимемся наверх и побываем на борту необычного судна, на палубе Водяная струя Ультразвуковой луч Ультразвуковой маяк Сканирующий сонар Воронка для повторного попадания в скважину Звуковые отражатели ^^^Зй^ Осадочные трубы 70 Научное буровое судно
Земля среди планет Солнечной системы которого возвышается буровая вышка. Это научное судно «Джоидес Резолюшн». Корабль постоянно находится на одном месте, хотя якоря подняты. Действительно: зачем якоря, когда под килем глубина 5 километров? Ещё в 1966 г. в США было построено специальное буровое судно «Гломар Челленджер», с которого в течение почти 15 лет проводилось бурение океанского дна. Исследования были международными, в них принимали участие учёные разных стран. Это очень сложно. Бурению мешают и 4—5-километровая толща воды, и океанские течения, и ветры. Учёные создали особые приборы, работающие от спутниковой системы и автоматически включающие двигатели судна, если его начинает сносить в сторону. На дно опускается тяжёлая воронка, под собственной тяжестью погружающаяся в рыхлые С «первых дней творенья» Земли в её недрах начались самые разнообразные физические и химические процессы. Полагают, что первоначально она была холодной. Под влиянием гравитационного сжатия (обусловленного действием сил всемирного тяготения), энергии падавших на поверхность планеты твёрдых тел и тепла, выделявшегося в ходе распада радиоактивных элементов, Земля постепенно разогревалась. В этих жёстких, как говорят, экстремальных условиях осуществлялись многочисленные химические реакции. Тем более что веществ, участвовавших в них, было много — почти вся современная таблица Менделеева. И так — на протяжении миллиардов лет. Постепенно планета остывала, начинала приобретать современный облик. Земной шар становился таким, каким мы его знаем теперь. Но лишь сравнительно недавно стало возможным взглянуть на Землю не только глазами географа и геолога. Химический состав планеты начали исследовать всего 200—250 лет назад. А изучение закономерностей этого состава стало одной из научных проблем XX в. ВАЖНЕЙШАЯ ЗАДАЧА ГЕОХИМИИ ...Всё то, что составляет «земную твердь», необозримые водные пространства, наконец, воздушную оболочку Земли (атмосферу), — всё это колос- осадки на дне океана. По краям \ggT воронки располагаются специальные | Щщ приборы, которые управляют спускающейся с корабля буровой колонной, заставляя её попадать прямо в центр воронки. После этого начинается бурение. Самые глубокие скважины проникли в океанское дно на 2 км. Из них извлекают образцы горных пород, которые дают ценные сведения о том, как устроено дно океана, каковы возраст и состав пород, слагающих океаническую кору. Судно, встреченное нами, продолжает глубоководное бурение дна океана и в настоящее время. Оно ещё более мощное и лучше оснащённое, чем корабль «Гломар Челленджер». По своим масштабам программа глубоководного бурения может сравниться разве только с программой освоения космоса. сальное богатство неживой материи состоит из самых разнообразных сочетаний сравнительно ограниченного числа химических элементов. Каждый элемент соответствует определённому виду атомов с одним и тем же зарядом ядра. Таких видов насчитывается в природе около 90. Из подобных «кирпичиков» и построены все минералы и горные породы. Их эволюцию во времени, их распределение в земной коре и элементный состав изучают различные научные дисциплины. Среди них главенствующая роль принадлежит геохимии, которая могла бы быть названа и химией Земли. По сравнению со своими научными «сестрами» геохимия — довольно молодая наука. Её основы начали закладываться в конце XIX столетия, а современным содержанием она наполнилась в 20—30-е гг. XX в. Крупнейшими среди основателей геохимии были русские учёные Владимир Иванович Вернадский и Александр Евгеньевич Ферсман. Вот как характеризовал её суть Вернадский: «Геохимия научно изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве — времени, их генетические на нашей планете соотношения». Даже и сейчас химия Земли остаётся во многом «поверхностной» наукой в том смысле, что ей доступен лишь тонкий поверхностный слой Земли — земная кора. Парадоксально, но факт: о строении и свойствах атомных ядер, об «устройст- ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ КАК ХИМИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ 71
Энциклопедия для детей Американского учёного Уильяма Дрепера Харкинса научный мир знал как видного специалиста в области физической химии. Уже в зрелом возрасте он заинтересовался вопросами, касающимися распространённости химических элементов и ядерной физики. И именно эти области исследования увековечили его имя в истории науки. В апреле 1916 г. он сформулировал правило, носящее ныне его имя: элементы с чётными порядковыми номерами всегда более распространены, чем элементы с нечётными номерами. Оно прекрасно подтверждается на примере «восьмёрки» наиболее распространённых элементов: на долю элементов с чётными номерами приходится более 86% массы земной коры, и только около 13% составляют элементы с нечётными порядковыми номерами. Харкйнс, пожалуй, был первым, кто сделал вывод, что распространённость химических элементов — это своеобразное отражение стабильности ядер их атомов. Он говорил: «В процессе эволюции элементов гораздо больше материалов перешло в чётные элементы, чем в нечётные, потому что нечётные элементы менее стабильны...» Он подметил и ещё одну закономерность: радиоактивные элементы с чётными порядковыми номерами имеют большие времена жизни и большее число изотопов, чем элементы с нечётными номерами. Конечно, правило Харкинса не носит абсолютного характера. В этом можно убедиться, взглянув на последовательность изменения клерков. Но оно отражает главное. Фрэнк Уиглсуорт Кларк (1847—1931) вошёл в историю науки не только своими расчётами содержания элементов в земной коре. Он проделал и другую колоссальную работу, пожалуй, не меньшую по значимости — привёл в систему величины атомных весов химических элементов. Определением этих важнейших для науки величин занимались многие исследователи, получая значения, зачастую сильно отличающиеся друг от друга. Будучи профессором университета в Цинциннати, Кларк в начале 80-х гг. XIX в. решил провести глобальный пересчёт атомных весов, чтобы вывести их усреднённые значения. Он объединил результаты, полученные различными учёными, а затем рассчитал средние величины для атомных весов каждого элемента. Этой отнюдь не романтической, а сухой и нудной работе Кларк отдал почти 40 лет своей жизни. Значение её не требует комментариев. Составленные им таблицы атомных весов элементов стали классическими, и остаётся только удивляться, что за свой беспримерный труд Фрэнк Кларк не был удостоен Нобелевской премии. Кстати, в 1914 г. она была присуждена его соотечественнику Теодору Ричардсу, определившему с помощью разработанных им самим методов атомные веса 2S элементов. Приоритет был отдан экспериментатору, хотя «теоретик» Кларк заслуживал награды не в меньшей степени. Первые итоги своей «бухгалтерии» Кларк подвёл в книге «Пересчёт атомных весов», увидевшей свет в 1883 г. Она ещё трижды переиздавалась — в 1897, 1910 и 1920 гг. И в каждое издание Кларк вносил дополнения и уточнения. В 1900 г. он стал первым председателем Международной комиссии по атомным весам и оставался на этом посту более 20 лет. 72 ве» звёздных миров и других астрономических объектов мы зачастую можем рассуждать с большей уверенностью, чем о многих характеристиках глубоких недр планеты. «Если бы земной шар был величиной с арбуз, то наше проникновение в глубь его измерялось бы десятыми долями миллиметра», — тонко заметил однажды Ферсман. Только в последние десятилетия учёные приступили к бурению сверхглубоких скважин, чтобы узнать, наконец, что же творится там, за пределами пресловутых «десятых долей миллиметра». В фантастических романах рассказывалось о дерзких путешествиях к центру Земли: в этих повествованиях, говоря словами академика Обручева, «было больше воображения, чем соображения». Но ведь в самом деле: достичь земных полюсов, опуститься на дно Марианской впадины, ступить на поверхность Луны оказалось проще, чем «заглянуть поглубже под собственные ноги». Туда, где простирается и поныне во многом загадочный «раздел Мохоровичича», отделяющий земную кору от мантии — ещё более загадочной земной «сферы» толщиной почти 3 тыс. км. И наконец, проникнуть в «сердце планеты» — её ядро... Одна из главных задач геохимии — определить, как распространены химические элементы в земной коре. Чтобы легче было следить за нашими рассуждениями, положите перед собой периодическую систему Дмитрия Ивановича Менделеева. Это великое творение русского учёного привело именно в систему все существовавшие знания о химических элементах. Ни изучать химию, ни проводить разнообразные химические исследования, не заглядывая постоянно в таблицу Менделеева, невозможно. Если посмотреть на неё сверху, то можно обнаружить, что она как бы расчерчена на горизонтальные и вертикальные «полосы», которые называются соответственно периодами и группами элементов. Каждая её клетка имеет свой порядковый номер. Первую занимает водород с номером 1. Порядковые номера элементов численно равны величинам зарядов ядер их атомов. Без периодической системы все геохимические наблюдения и рассуждения носили бы весьма отвлечённый характер. Почему одни элементы широко распространены в природе, другие — значительно меньше, а третьи являются прямо-таки «музейными редкостями»? ГЕОХИМИЧЕСКАЯ «БУХГАЛТЕРИЯ» Раньше считали, что чем шире применяется на практике химический элемент, тем больше его в земных недрах. Издавна известны железо, золото, серебро, медь, ртуть, сера. Люди познакомились с ними так рано потому, что эти элементы или встречаются на Земле в самородном состоянии (в
Земля среда планет Солнечной системы 1 2 3 4 5 6 7 1а н 3 Li 8.2Ч03 11 Na 2,5 19 К 37 Rb 1.5-id4 55 Cs 3.7-104 87 На 4 Be 3.8* «О4 12 Mg 1,87 20 Ca 2,96 38 Sr 3,4»10"* 56 Ba e,B-ids 88 Ra * лантаноиды * * актиноиды 1116 1V6 V6 VI6 VII6 | VIII6 1 16 116 2t Sc wo* 39 Y 2,9*109 57 La* 2,8-ld3 22 Ti 4,5-10' 40 Zr 1.7-I0a 72 Hf l-IO4 89 104 Acl(Ku) , (».»"*4j 23 V 9-10*3 41 Nb 73 Та 2,5-10' 105 (Ns) 24 Cr 8.8-Ю* 42 Mo I.M04 74 w 1,3-id4 106 25 Mn mo" 43 Tc 75 Re 7-ie" 107 26 Fe I 4,65 44 Ru (5-W"7) 76 Os ks-jo6 > 108 27 Co 1.8*i0~* 45 Rh (i-iov) 77 lr !Mrf7> 109 58 Ce TOO"3 59 Pr 9-10*' 60 Nd 3,7*10 3 61 Pm 62 Sm 8Ч0"4 63 Eu 1.3-id4 64 Od 8'10*4 28 N) 5.8-10 3 46 Pd l,3-10e 78 Pt <5-f(f7> 29 Cu 4,7*103 47 7-10"8 79 Au 4f3-10'V 30 Zn 8,3-Ю3 48 Cd 1.3105 180 8,3* 10* Ilia IVa Va Via 15 В 13 Al 8,05 31 Ga 1,9-Ю3 49 In 2,5-10* 81 TI ио4 в С 2,3-1б2 14 Si 29,5 32 JGe 1.4-id4 50 Sn 2,5-tO4 82 Pb 1,8*40 * 7 N i,9-id3 15 P 9,3 >l6* 33 As 1,7'id4 51 Sb j 5-Ю"* 83 Bi 9-Ю7 [8 0 1 47.0 Il6 s 4.7-10"3 34 Se 5-l0" 52 Те 1 i-i? Ь. Vila Villa |l' H | 1,5-10'1 19 FJ 17 CI 35 Br 2Ы04 53 1 4.10"S 85 Л. He 110 1 Ne v 36 Kr j 54 Xe 88 65 Tb 4 3104 . 90 Th 91 Pa u-iow> - _ 92 U 2,5-10 4 i 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 1 Bk 66 Dy 5«Uf* 98 Cf 67 Ho 1.7*10'4 68 Er 3.3-Kf4 69 Tin 2tM0-S 70 Yb 3,3*10 S 1 7' Lu 8*10" 99 Es IOO Fm 101 | Md 102 No 103 1 (Lr) Ha этом рисунке изображена периодическая система химических элементов. Около символа элемента в каждой клетке приведены его порядковый номер (число слева вверху) и кларк (содержание данного элемента в процентах от массы земной коры). Клетки таблицы раскрашены в разные цвета, причём каждый цвет соответствует определённым значениям кларков. Эти цвета могут быть произвольными, но в данной таблице они систематизированы. А именно используется последовательность цветов, на которые разлагается белый цвет при прохождении через призму. Или семь цветов радуги: красный — оранжевый — жёлтый — зелёный — голубой — синий — фиолетовый. Когда-то для запоминания их последовательности придумали немудрёную фразу: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Как же эта цветовая гамма воплощена в таблице? Красный цвет характеризует элементы, наиболее распространённые в природе: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний — хорошо знакомая «восьмёрка». Величины их кларков больше 1. Оранжевые клетки соответствуют элементам, чьи кларки измеряются десятыми долями процента (10~1): водороду, титану, марганцу. В жёлтых клетках размещаются элементы, кларки которых измеряются сотыми долями процента (10~2). Это — углерод, фтор, фосфор, сера, хлор, рубидий, стронций, цирконий и барий. Зелёному цвету отвечают 18 элементов, среди которых такие известные, как азот, хром, медь, цинк, свинец. Здесь счёт идёт уже на тысячные доли процента (10~3). 39 элементов, существующих в природе, имеют кларки, расположенные в интервале 10~ — /0"8%. Большинство из них размещается в пятом и шестом периодах периодической системы — это действительно редкие элементы. В таблице они обозначены голубым цветом. В синий цвет окрашены клетки вторичных радиоактивных элементов: полония, радона, франция, радия, актиния и протактиния. Их кларки — числа со многими нулями после запятой. И, наконец, «печальный» фиолетовый цвет соответствует благородным газам: гелию, неону, аргону, криптону и ксенону. Таким образом раскрашенная периодическая система представляет собой своеобразный «спектр», отражающий распространённость химических элементов в земной коре. Несколько клеток, которые соответствуют элементам, в природе не существующим и полученным искусственно — технецию, прометию, астату и трансурановым элементам, — остались неокрашенными. Так и хочется воскликнуть: «Как причудлив этот «спектр»!» Он в самом деле необычен и причудлив, но зато наглядно показывает, «кто есть кто» среди элементов с точки зрения их содержания в земной коре. Различная распространённость химических элементов на Земле, отличающаяся на много порядков, в конечном счёте объясняется сложнейшими закономерностями, управляющими процессами синтеза элементов на звёздах.
Энциклопедия для детей свободном виде, т.е. в виде простых веществ), или же их (например, олово и свинец) было легко выделить из природных соединений. Современное понятие «химический элемент» начало складываться лишь около двух столетий назад. Геохимия как новая область знаний стала зарождаться только тогда, когда было открыто достаточно большое число элементов. Изучение химического состава десятков и сотен минералов позволяло, говоря языком экономистов, «набрать статистику», сделать самую предварительную «прикидку», какие элементы встречаются чаще, а какие — реже. Пожалуй, первым дерзнул дать оценку состава земной коры малоизвестный английский минералог XIX в. В. Фил липе. Правда, он отобрал лишь десять элементов, которые чаще других встречаются в природе. Однако попадание в цель было довольно удачным. В неорганической природе, полагал Филлипс, существенно преобладают кислород, кремний, алюминий и железо, а в живой природе царствует четвёрка элементов — «органогенов» (т.е. тех, которые являются главными составными частями органических веществ): кислород, водород, углерод и азот. Подсчёты Филлипса не вызвали интереса. Многие учёные считали, что следует изучать особенности химического состава минералов и горных пород, а не определять какие-то никому не нужные — с их точки зрения — отвлечённые цифры. С подобным непониманием столкнулся на первых порах главный химик Геологической службы США Фрэнк Кларк, когда в 70-х гг. XIX в. он начал долголетнюю работу по оценке содержания элементов в земной коре. Только со временем стало ясно, что он совершил настоящий научный подвиг. Кларк сам проводил немного химических анализов — он занимался статистикой, обобщением полученных ранее данных. Ход рассуждений его был прост: чем больше распространены те или иные горные породы, тем чаще отбираются их образцы и, следовательно, тем больше проводится их анализов. Если тщательно обработать полученные результаты, то можно составить представление об элементном составе земной коры. Не всей, конечно, а её верхней части. Кларк условно ограничил глубину её простирания шестнадцатью километрами. Из такой «толщины» исходят и в современных расчётах. За 20 лет Кларк обобщил исследования более тысячи учёных и результаты более 5 тыс. анализов. И вот к каким выводам он пришёл. Если оценивать среднее содержание элементов в процентах от массы земной коры, то наиболее распространёнными оказываются следующие: кислород (47,00%), кремний (29,5%), алюминий (8,05%), железо (4,65%), кальций (2,96%), натрий (2,50%), калий (2,50%) и магний (1,87%). Это — современные данные, но они в незначительной степени отличаются от кларковских. В сумме все эти числа дают 99,03%. Следовательно, на долю всех прочих элементов приходится менее 1% . Отсюда следует важнейшее заключение: химические элементы в земной коре встречаются крайне неравномерно. И ещё: все перечисленные элементы располагаются в верхней части периодической системы; из них наибольший порядковый номер — 26 — имеет железо. Состав земной коры Fe - 4,65% Са-2,96% Na- 2,50% К -2,50% М*- J,87% Забегая немного вперёд, зададимся вопросом: существует ли возможность оценить состав земного шара в целом, а не только его «кожуры»? Ведь никакой «статистикой» по отношению к мантии и ядру мы не располагаем. Тем не менее американский исследователь Б. Мэйсон предпринял попытку такой оценки, основываясь на существующих гипотезах о внутреннем строении Земли. По Мэйсону, в первую десятку наиболее распространённых элементов нашей планеты в целом вошли железо (38,8%), кислород (27,17%), кремний (13,84%), магний (11,25%), сера (2,74%), никель (2,7%), алюминий (1,07%), кальций (1,07%), натрий (0,51%) и кобальт (0,2%). «Жар холодных числ» основательно подогрел интерес к количественной геохимии. Содержание химических элементов в земной коре стало такой же важной их характеристикой, как порядковый номер и атомный вес. В 1933 г. Ферсман предложил называть эти величины кларками. Немногие учёные удостаивались такой чести — навечно сохранить своё имя в названии той или иной количественной величины. Многие существенные закономерности химии Земли позволяет выявить и понять анализ клар- ков. Да и не только Земли: ведь и в Солнечной системе, и во всей Вселенной «живут» и находятся в постоянном развитии те же самые химические элементы, которые составляют нашу планету. Обратите теперь внимание на таблицу Менделеева, в которой под символами элементов проставлены их кларки. Картина довольно пёстрая, но разобраться в ней не так уж и сложно. Внимательный читатель увидит, что содержание элементов в земной коре уменьшается при движении от начала таблицы к её концу. Конечно, не всё тут так просто, но общее впечатление достаточно верное. 74
Земля среда планет Солнечной системы Мы можем совершить путешествие по периодической системе элементов, взглянув на неё глазами геохимика. Сначала познакомимся с элементами, которых меньше всего. Обратим внимание на самую правую колонку таблицы Менделеева. Она состоит из так называемых благородных (или инертных) газов, которые вместе с кислородом, азотом и водородом входят в состав земной атмосферы. Это гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Под символами этих элементов (за исключением радона) кларки даже не проставлены. И не случайно: благородные газы (и то не все) с большим трудом вступают в химические взаимодействия. Это объясняется особенностями строения их атомов. Немногим более 30 лет прошло с тех пор, как в лабораторных условиях удалось получить химические соединения ксенона и криптона. В природе же благородные газы совершенно не способны соединяться с другими элементами и входить в состав минералов и горных пород, потому и не могут задерживаться в них. Более того, они постоянно рассеивались, улетучиваясь из атмосферы Земли в космическое пространство. Лишь аргон имеет своеобразный источник пополнения: он постоянно образуется из калия благодаря радиоактивному распаду одного из его изотопов (т.е. разновидностей атомов с одинаковым числом протонов и различными числами нейтронов). Поэтому содержание аргона в 100 раз больше, чем всех остальных инертных газов вместе взятых. А вот другая область «геохимических редкостей» — радиоактивные элементы: у них все изотопы нестабильны и распадаются, превращаясь в конце концов в изотопы свинца. Это элементы, находящиеся в конце периодической системы, начиная с полония (порядковый номер 84). Следующий за ним астат вообще на Земле отсутствует (он был получен искусственно в результате ядерных реакций). Идём дальше: радон (радиоактивный инертный газ), франций, радий, актиний, протактиний... Посмотрите, как ничтожно малы их кларки! Объяснение этому простое. Первоначальные «запасы» полония, радона, радия, актиния, протактиния, которые имелись на планете в далёкие времена её образования, давным-давно «съедены» радиоактивностью. Те же их количества, которые мы ныне обнаруживаем в земных минералах, имеют вторичное происхождение. Они постоянно воспроизводятся благодаря радиоактивному распаду урана и тория. Торий и уран отличаются от прочих элементов конца периодической системы несравненно большей продолжительностью своей жизни, которая измеряется миллиардами лет. Поэтому «первозданные» уран и торий сохранились на Земле. И их открывали в природных минералах как обычные стабильные элементы. По кларкам они принадлежат к элементам средней распространённости. А вот тех вторичных радиоактивных элементов, которые из них образовались, в 16-километровой толще земной коры ничтожно мало — немногим более 1 млн т. Геохимики широко пользуются понятием «редкие элементы». Обычно к ним относят те, чей кларк имеет порядок 105%. Однако это понятие не очень строгое. Наглядный пример: германий, элемент с порядковым номером 32, один из тех, которые были предсказаны Менделеевым. Кларк германия составляет 104%, что позволяет отнести его к элементам-«середнякам». Между тем он был открыт только в 1886 г., гораздо позже, чем очень многие куда менее распространённые его «собратья». Ирония судьбы или закономерность? Позвольте сделать маленький экскурс в историю. Немецкий химик Клеменс Винклер извлёк германий из очень редкого минерала аргиродита. Лишь позже выяснилось, что аргиродит — представитель весьма немногочисленных собственных минералов германия, таких, в которые он входит в качестве главной составной части. В основном же германий буквально распылён, рассеян по минералам и рудам различных элементов. Те элементы, которые фактически не имеют собственных минералов, получили название рассеянных. К их числу помимо германия принадлежат скандий, галлий, рубидий, цезий, индий, гафний и некоторые другие. ИЗОТОПЫ Слово «атом» было произнесено в весьма далёкие времена. То, что атом — мельчайшая частица химического элемента, по существу стали признавать только в XIX столетии. А современную модель атома предложил в 1911 г. английский физик Эрнест Резерфорд: заряженное положительно ядро и вращающиеся вокруг него отрицательно заряженные электроны. Это похоже на планеты, вращающиеся вокруг Солнца. Потому и модель получила название планетарно-ядерной. Элемент — это вид атомов с определённым зарядом ядра. Ядро состоит из протонов (положительно заряженных частиц) и не имеющих заряда нейтронов. Число протонов для ядра атома данного элемента постоянно, а число нейтронов может быть различным. Разновидности атомов с одинаковым числом протонов (т.е. зарядом ядра) и различными числами нейтронов получили название изотопов (от греч. «изос» — «равный» и «топос» — «место*, т.е. занимающие одно и то же место в периодической системе элементов). Многие элементы — это совокупность изотопов. Но почти четверть из них представлена в природе только одной разновидностью атомов. Современная геохимия и космохимия изучают и распространённость различных изотопов элементов. Ведь в сложнейших процессах «звёздного» синтеза элементов как раз образуются различные их изотопы. Наибольшее число стабильных изотопов имеют элементы олово (10) и ксенон (9). Изотопы почти неразличимы по своим химическим свойствам, поскольку электронная оболочка их атомов устроена одинаково. Но «почти» не означает «абсолютно». И эту тонкость учитывает научная дисциплина, которая называется геохимией изотопов. х 75
Энциклопедия для детей Ж ЧЕТЫРЕ 1 ' ГЕОХИМИЧЕСКИХ «СООБЩЕСТВА» В 20-х гг. XX в. норвежский геохимик Виктор Гольдшмидт создал геохимическую классификацию элементов, которая опирается на периодическую систему и связана с особенностями построения электронных оболочек атомов. Четыре группы элементов предложил учёный. Самая большая из них включает 54 элемента, т.е. более половины из встречающихся в природе. Они называются литофилъными, что в дословном переводе с греческого означает ♦камнелюбивые». Эти элементы с лёгкостью образуют содержащие кислород минералы и составляют основу большинства горных пород. ♦Литофилы» в свободном состоянии в земной коре не встречаются. Среди них — щелочные и щёлочноземельные металлы, алюминий, кремний, титан, торий, уран и другие. Далее следует группа из 19 халькофильных (♦меднолюбивых») элементов. Так их назвали потому, что в своём геохимическом поведении (т.е. в процессе образования минералов) они похожи на медь — например, охотно вступают в соединения с серой. Наряду с медью к ♦халькофилам» относятся серебро, золото, цинк, ртуть, германий, свинец. Некоторые из них встречаются в природе в виде простых веществ. К 11 сидёрофилъным (♦железолюбивым») элементам принадлежат железо, кобальт, никель, платиновые металлы, молибден и рений. Самородное состояние для большинства из них вполне обычно. И наконец, 8 элементов — водород, азот, кислород и благородные газы — составляют земную атмосферу. Это — атмофильные (т.е. ♦любящие пар») элементы. Такая классификация не только раскладывает элементы по геохимическим * полочкам», она позволяет нагляднее объяснить ход процессов, которые в течение миллиардов лет формировали состав и строение земных недр. ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ МЕТАЛЛУРГА Часто удаётся что-либо объяснить, если использовать удачное сравнение. Воспользуемся и мы этим приёмом. Так вот: процессы, протекавшие некогда в недрах планеты, можно уподобить протекающим... в доменной печи. В самом деле, при работе печи расплавляется вся смесь, которая была в неё загружена, улетучиваются газы, в верхней части расплавленного вещества всплывают лёгкие компоненты — шлаки, под ними скапливаются сульфиды (соединения серы с металлами), а на дне печи образуется чугун, содержащий металлическое железо. В домне как бы происходит своеобразное разделение элементов на геохимические группы. Покидают печь газы (♦атмофилы»). Вверху располагаются шлаки (♦литофилы») — совокупность разнообразных оксидов; под ними группируются соединения серы (♦халькофилы»). И наконец, в самом низу господствует железо (♦сидерофилы»). Когда вещество планеты расплавилось, тогда и заработала * доменная печь». В земном ядре ♦осело» железо с примесью никеля и кобальта. ♦Сульфиды» и * шлаки» образовали мантию и земную кору. Выделявшиеся газы начали формировать атмосферу. Впрочем, ♦железное» ядро планеты — это всего лишь гипотеза. Есть и другие предположения. Согласно одному из них, ядро состоит из... водорода, который под действием колоссальных давлений находится в металлическом состоянии. В ходе этой поражающей воображение ♦доменной плавки» происходило образование всевозможных минералов и руд, которые и составляют ♦тело» планеты Земля. много ли НА ЗЕМЛЕ МИНЕРАЛОВ? Минералогический состав земной коры — это не то же самое, что её химический состав. Ведь она сложена не из отдельных разобщённых атомов, а из самых различных их сочетаний — природных химических соединений, какими и являются минералы. В настоящее время известно примерно 3 тыс. минералов. Но лишь около 500 широко распространены. Много это или мало? Всё познаётся в сравнении. Одно дело, когда соединения синтезируют в химических лабораториях, другое — когда они образуются в природе. Число известных органических соединений, полученных химиками, ныне перевалило за 10 млн; неорганических же — существенно меньше, но и здесь счёт идёт на десятки тысяч. Искусственное создание разнообразных минералов стало совершенно обыденным делом. Химик в лаборатории имеет существенное преимущество перед Землёй-♦химиком». Он может взять нужные вещества в любых соотношениях и концентрациях. В природе же действует строгий ограничитель: чем выше кларк того или иного элемента, тем больше образуется минералов, в состав которых этот элемент входит (и наоборот, чем ниже кларк, тем меньше образуется минералов). Наивысший ♦кларковый рейтинг» — у кислорода. Поэтому этот элемент входит в состав 1364 минералов, т.е. почти половины всех известных. Вторым по значению ♦минералообразующим» элементом оказывается кремний: известно более 430 минералов, в которых он содержится. Затем следуют алюминий, железо, кальций, калий, 76
Земля среда планет Солнечны системы натрий, магний — каждый из них образует внушительное число минералов. Словом, ♦великолепная восьмёрка» почти безраздельно владычествует в минеральном царстве. Но, рассуждая о количестве, нельзя забывать и о качестве. На «арифметику» образования минералов в природе влияет не только содержание элементов в земной коре, но и другие факторы, в первую очередь химические свойства элементов. Вспомним, что говорилось о благородных газах. Из-за своей инертности (т.е. отсутствия химической активности) они не образуют ни одного соединения в земной коре. Иначе говоря, способности различных элементов к образованию минералов проявляются в высшей степени неравномерно. Эти рассуждения можно проиллюстрировать с помощью графика. На оси абсцисс отложены порядковые номера химических элементов; на оси ординат — количество минералов, в состав которых входит тот или иной элемент. Заметим, однако, что ордината представляет собой логарифмическую шкалу (берутся десятичные логарифмы чисел, обозначающих количество минералов; если были бы отложены сами числа, то график занял бы слишком много места). Из этого графика следует, например, что все элементы, расположенные выше пунктирной линии, образуют 100 и более самостоятельных (собственных) минералов. ...Много лет назад Ферсман писал: ♦Значение кларков вышло за пределы частной геохимической задачи — оно играет огромную роль в понимании геохимии Космоса». Элементный состав земной коры не является более загадкой. Количества элементов «разложены по полочкам», скрупулёзно расписаны по справочным таблицам. Можно даже подсчитать число атомов того или иного элемента. Ныне кларки часто выражаются в атомных процентах, т.е. в процентах от общего числа атомов земной коры. Но почему, собственно, распространённость того или иного элемента именно такая, а не какая-либо другая? Почему всего лишь восемь элементов составляют почти всю массу земной о с; и т см "Ч" «с со ocM^eoooN'veooooi^weooM'* «с со о <м t «о во о см«<г-х>ссогмчг<£> ОООМ « (ООООМ Номера химических элементов График, поясняющий способность химических элементов образовывать минералы. 77
Энциклопедия для детей jy*L коры? Почему, далее, содержание эле- I $Щ ментов в земной коре в общем и целом уменьшается с увеличением порядковых номеров элементов в периодической системе? И почему, наконец, для элементов, не принадлежащих к пресловутой «восьмёрке», разброс кларков столь велик? ДАЛЁКАЯ РАДУГА ы никогда не узнаем, из чего состоят далёкие небесные тела, звёзды и Солнце», — утверждал в середине XIX в. видный французский философ Огюст Нонт. Он выражал широко распространённое мнение. Но прошло совсем немного времени, и выяснилось, что «познать непознаваемое» в действительности не так уж сложно. В 1859 г. двое немецких учёных — химик Роберт Бунзен и физик Густав Кирхгоф — изобрели простой и чрезвычайно чувствительный метод анализа. Он позволил изучать состав небесных светил с такой же степенью достоверности, с какой в земных лабораториях определялся состав минералов и руд. Исследователи уже давно знали: различные вещества, помещённые в пламя горелки, окрашивают его в разные цвета. Например, поваренная соль окрашивала пламя в жёлтый цвет, медный купорос — в зелёный. Однако однозначно определить состав вещества по цвету пламени всё же оказывалось невозможно. Часто бывало так, что вещества разного состава окрашивали пламя одинаково. Бунзен и Кирхгоф нашли выход из положения. Они предложили пропускать свет пламени через стеклянную призму. Призма разделяла цветные лучи на мо но хромат и- чес кие (т.е. одноцветные). Например, литий и стронций окрашивают пламя в один и тот же малиново-красный цвет. Призма же позволяет обнаружить неоднородность литиевого и стронциевого пламени. В первом случае наблюдаются две линии — ярко-малиновая и рядом с ней бледно-оранжевая; во втором — голубая, две красные и оранжевая линии. . Так выяснилось, что светящиеся пары любого химического элемента испускают лишь одному ему свойственный спектр — определённый набор монохроматических излучений, каждому из которых отвечает своя линия. Прибор, сконструированный Бунзеном и Кирхгофом, получил название спектроскопа, а разработанный ими метод — спектрального анализа. Спектроскоп в сочетании с телескопом позволил анализировать излучение Солнца и звёзд и устанавливать их состав. Оказалось, что там присутствуют те же элементы, которые существуют на Земле. Так начиналась наука космохимия. Нашлось дело для спектроскопа и на Земле. С помощью спектрального анализа определяют химический состав минералов и горных пород, поскольку этот метод оказался достаточно простым в применении. 78 Эти вопросы не получили бы ответа, если бы представления о распространённости элементов оставались, образно говоря, «заземлёнными», если бы мысль исследователя ограничилась изучением состава Земли. Наша планета — лишь мельчайшая песчинка в бесконечном пространстве Вселенной. Долгое время телескопы позволяли людям лишь наблюдать небесные светила. О том, чтобы узнать, из какой материи они состоят, не могло быть и речи. ЭЛЕМЕНТЫ В КОСМОСЕ Исследования «заоблачных далей» позволили нарисовать отчётливую картину распространённости элементов в космосе. «Небесная» последовательность кларков заметно отличается от земной. Лидерами являются самые первые элементы периодической системы — водород и гелий. По существу Вселенная состоит на 75% из водорода и на 24% — из гелия. Таким образом, место земной «восьмёрки» занимает космическая «двойка». Но есть и безусловное сходство: кислород и другие элементы из этой «восьмёрки» принадлежат к числу элементов, широко распространённых в космосе. Выдерживается и другая «земная» традиция: чем больше порядковый номер элемента, тем меньше его содержание. Закономерен прежний вопрос: почему? Тут мы вплотную сталкиваемся с одной из величайших проблем мироздания, смысл которой выражается в трёх словах: происхождение химических элементов. Собственно химия оказывается уже ни при чём — это сфера, подвластная ядерной физике. И не только ей: нужно принимать во внимание представления об эволюции Вселенной и прежде всего звёзд. Именно звёзды и есть те гигантские «фабрики», где происходил и происходит грандиозный процесс образования различных изотопов химических элементов в результате разнообразных ядерных реакций. Современные теории рассматривают несколько стадий образования элементов. Первая из них — термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Затем наступает стадия слияния ядер гелия и образования при этом ядер более тяжёлых элементов (т.е. элементов с большими порядковыми номерами), в том числе кислорода, магния, кальция, алюминия, кремния. Энергетически «выгодным» оказывается образование железа. Много раз упоминавшаяся «восьмёрка» элементов образуется именно на этой стадии звёздного синтеза. Далее процессы рождения элементов существенно усложняются; поэтому их объяснение «на пальцах» просто не имеет смысла. Добавим лишь, что наряду с ядерными реакциями синтеза учёные рассматривают и другую возможность: образование элементов, находящихся в середине периодической системы, в результате деления очень
Земля среди планет Солнечной системы тяжёлых ядер с большими зарядами. При космических «катастрофах», например при взрывах так называемых сверхновых звёзд (о них будет рассказано в томе «Энциклопедии», посвященном астрономии), обретают жизнь и такие элементы, которые, видимо, никогда не удастся синтезировать в земных лабораториях. Эти «монстры» чрезвычайно неустойчивы и распадаются на несколько гораздо более лёгких «осколков» (т.е. элементов середины периодической системы). По одной из распространённых версий Солнечная система, а стало быть, и планета Земля, сформировались из того «облака» космической материи, которую выбросил в мировое пространство взрыв сверхновой звезды. Прошёл долгий срок, прежде чем земной шар, пройдя различные стадии формирования, достиг современного состояния. Многое изменилось за это время. Исчезли элементы, следующие в таблице Менделеева за ураном. Безвозвратно улетучилось большое количество водорода, гелия и других благородных газов. Наконец, в недрах планеты заработала «доменная печь», начавшая сортировать различные элементы. Но, как бы там ни было, химический состав Земли оказывается своеобразным «слепком», «отпечатком» тех невообразимо далёких событий, которые происходили во Вселенной. ВЕРНЁМСЯ С НЕБА НА ЗЕМЛЮ... Что же, земные кларки «заданы» раз и навсегда? Вспомним: почти все радиоактивные элементы в земной коре имеют вторичное происхождение, поскольку постоянно образуются в результате радиоактивного распада урана и тория.' Так как уран и торий сами радиоактивны, то, если они в конце концов исчезнут, периодическая система оборвётся на висмуте — последнем стабильном элементе. Однако периоды полураспада (так называется время, за которое данное количество радиоактивного элемента распадается наполовину) урана и тория составляют около 5 млрд лет. Можно представить, какой огромный срок потребуется, чтобы они «съели сами себя». Сохранится ли к этому времени сама наша планета?! Восточная мудрость гласит: «Прежде чем считать звёзды, внимательно посмотри под ноги». У геохимиков будущего остаётся непочатый край работы. Пока ещё недоступны и непред ставимы методы, которые позволили бы, образно говоря, «пробурить планету насквозь». Несомненно, чем глубже будет проникать человек в недра Земли, тем чаще придётся сталкиваться с новыми загадками и неожиданностями. Наверное, если бы мы смогли узнать действительный химический состав земного ядра, то существующие ^Ь|^ представления о нём подверглись бы ^^ пересмотру. И ведь всплывает совершенно неожиданная проблема. По мере углубления в недра Земли увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. По расчётам в земном ядре давление должно достигать 3 млн атмосфер. При таком колоссальном давлении свойства многих веществ должны существенно изменяться. Даже если бы ядро Земли состояло из газов, то в подобных условиях они перешли бы в металлическое состояние. На этом соображении построена, в частности, гипотеза о земном ядре, образованном металлическим водородом. Пусть, как обычно считается, ядро имеет железоникелевый состав: свойства этих металлов в условиях сильнейшего сжатия, очевидно, должны быть необычными. Почему? Вот некоторые сведения из области строения атомов. Например, вокруг ядра атома калия с зарядом, равным 19, вращаются 19 электронов. По четырём электронным оболочкам они распределяются в следующей последовательности: 2 — 8 — 8 — 1. Единственный электрон на четвёртой, внешней, оболочке и определяет важнейшие химические свойства калия. На предыдущей, третьей, содержатся свободные места: согласно теории строения атома, эта оболочка вмещает максимум 18 электронов. И вот что предполагают теоретики: при сверхвысоких давлениях одинокий внешний электрон калия может «перекочевать» с четвёртой оболочки на третью. Образуется необычный атом: он имеет тот же заряд, то же число электронов, но иное их распределение: 2 — 8 — 9. А следовательно, такой «неокалий» обладал бы принципиально иными химическими свойствами. И прочие, обычные в нормальных условиях элементы, испытали бы подобные превращения. Ещё более высокие давления могли бы вообще «смять» электронные конфигурации (т.е. строение) атомов, по существу лишив элементы химических свойств. Такую необычную картину нарисовал лет сорок назад русский термохимик и геохимик Анатолий Фёдорович Капустинский (1906—1960). Он предложил выделять в земном шаре три «химические» зоны, сменяющие друг друга по мере увеличения сжатия: зону обычного химизма, зону вырожденного химизма и зону «нулевого» химизма. Насколько неожиданна и привлекательна эта гипотеза, настолько же она и спорна. Найти ей подтверждения или отбросить напрочь можно лишь при условии, что удастся «потрогать руками» образцы вещества земных недр, добытого с очень больших глубин. 79
Энциклопедия для детей ПУТЕШЕСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВСЕ ПУТЕШЕСТВИЯ ПОДЧИНЯЮТСЯ ОБЩИМ ЗАКОНАМ Химические элементы путешествуют, как и люди. Однако средств передвижения у химических элементов больше, потому что они используют транспорт, созданный и природой, и человеком. В природе химические элементы передвигаются в земной коре вместе с магматическими расплавами, по земле — в виде обломков горных пород, с глубинными и поверхностными водами, с живыми организмами. Химическим элементам помогают путешествовать люди, отправляя их с продуктами питания (зерном, фруктами, овощами), с сырьём для промышленности (железной рудой, древесиной, углем) по железным дорогам, на самолётах и морских судах. По воле человека земные элементы достигают космоса и даже переносятся на другие планеты. Путешественникам часто приходится делать в пути пересадки. Химические элементы — не исключение, они тоже делают «пересадки». В начале 50-х гг. XX в. в японском городе Миномата появилась страшная болезнь, от которой погибло сто человек. Причиной болезни оказалась ртуть- «путешественница». Из недр Земли ртуть поступила с рудами на заводы, где была использована, а затем с отходами производства сброшена в прибрежные морские воды. В воде ртуть сделала пересадку: сменила водный транспорт на живой организм, проникла внутрь промысловых рыб. Отравленную рыбу употребили в пищу жители города Миномата. Последняя пересадка ртути в организм человека стала роковой для многих жителей города. Наши путешествия часто задерживают разные обстоятельства: нелётная погода, отсутствие билетов, аварии. В таких случаях на вокзалах, в аэропортах скапливается очень много народу. Иногда дальнейшее путешествие может вообще не состояться. И на пути химических элементов тоже могуть возникнуть препятствия — геохимические барьеры, заставляющие их накапливаться в земной коре, почвах, илах и живых организмах. Ещё один закон всех путешествий — выбор спутников. Ведь гораздо веселее путешествовать в компании, членов которой объединяют общие интересы, привычки. Поэтому, отправляясь в походы и поездки, мы тщательно подбираем попутчиков. Так и химические элементы: одни всегда путешествуют вместе, другие даже никогда не встречаются. ПУТЕШЕСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЖИВЫМ ВЕЩЕСТВОМ Перемещение химических элементов в земной коре и на её поверхности, связанное с живыми организмами, называют биогенной миграцией. Ей способствуют все животные, включая самых мельчайших — бактерий. Организмы перемещают химические элементы по воздуху, воде, внутри земной коры. Самый короткий отчёт о путешествиях химических элементов с живыми организмами по воздуху написал Александр Сергеевич Пушкин. Во время Одесской ссылки поэт числился на службе в канцелярии графа Воронцова. Весной 1824 г. на степи Одесской губернии налетели огромные тучи саранчи, и чиновники канцелярии графа Воронцова были посланы для истребления ползающих насекомых. В числе посланных был и Пушкин. Эта командировка была своего рода унизительным наказанием для поэта. В результате появился отчёт: Саранча Летела, летела И села, Сидела, сидела, Всё съела И вновь улетела. Вместе с саранчой отправились в путешествие и химические элементы, съеденные с растениями. Отчёт Пушкина дополняют данные английского учёного Карутерса: «Вес тучи саранчи, пролетевшей в течение одного дня над Красным морем, составил 4,4107 тонн». О таком путешествии писал и Владимир Иванович Вернадский: «Эта туча саранчи, выраженная в химических элементах и в метрических тоннах, может считаться Химические элементы, «путешествуя» в составе растворённых органических веществ, окрашивают воды рек и озёр в чёрный цвет. 80
Земля среди планет Солнечной системы
Энциклопедия для детей NL& аналогичной горной породе или, вер- I <™зУ нее, движущейся горной породе». ♦В Мещёре почти у всех озёр вода разного цвета. Больше всего озёр с чёрной водой. В иных озёрах (например, в Чёрненьком) вода напоминает блестящую тушь. Трудно, не видя, представить себе этот насыщенный густой цвет. И вместе с тем вода в этом озере совершенно прозрачна», — с удивлением отмечал русский писатель Константин Георгиевич Паустовский. Чёрной речкой — Рио-Негро — назван крупнейший приток Амазонки; на Чёрной речке под Санкт-Петербургом погиб Пушкин. Оказывается, тёмный цвет воде рек и озёр лесной зоны придают химические элементы, путешествующие в составе растворённого органического вещества. Многие живые обитатели рек, озёр, морей, океанов — большие любители путешествовать. Они тоже служат средством перемещения химических элементов в воде. На поверхности земной коры химические элементы перемещаются почвенными животными, например дождевыми червями, землеройками. На чернозёмах степи часто встречаются многочисленные земляные холмики более светлого цвета. Эти холмики вырыты степными зверьками — слепышами — и сложены верхними тёмными и глубинными светлыми слоями почвы. В глубинах земной коры химические элементы перемещаются исключительно бактериями. Воды, почва и атмосфера вокруг месторождения обогащаются химическими элементами, входящими в состав руды. Растения поглощают их. На этой способности растений основан биогеохимический метод поиска полезных ископаемых. Повышенные содержания химических элементов наблюдаются в листьях, коре, надземных частях и корнях практически всех растений над рудным месторождением. В Красноярском крае листья берёзы на участках месторождений пирита (сульфида железа) содержат больше железа, чем берёзы безрудных участков. путешествия по воздуху В атмосфере химические элементы путешествуют не только с живым веществом, но и в частицах пыли, капельках воды, в виде свободных атомов и молекул. Химические элементы постоянно поступают в атмосферу с поверхности почвы, рек, морей, океанов. Выделяются они и живыми организмами. Большое количество элементов отправляется путешествовать в атмосферу из жерл вулканов. В начале XX в. появился мощный поток химических элементов в атмосфере, связанный с промышленной деятельностью человека. Перемещение химических веществ по воздуху особенно велико в степях и пустынях, где мало растительности и почва часто открыта для ветров. Пыльные бури поднимают в воздух огромное количество твёрдых частиц. В Туркмении во время одной такой бури в воздух поднялось 100 тыс. т пыли. А с дождём, сопровождавшим бурю, за 10 мин на каждый квадратный километр площади выпало Ют пыли. Во время морских волнений, особенно штормов, в атмосферу выбрасывается * водяная пыль». Когда вода испаряется, образуется ♦ солёный воздух моря», содержащий мельчайшие кристаллики солей и пахнущий йодом. Морские соли обогащают прибрежные районы йодом, натрием, хлором. Принесённые с моря на сушу химические элементы вымываются атмосферными осадками из почвы и с речными водами снова возвращаются в океан. Жители приморских районов никогда не испытывают недостатка йода в организме, а жителям удалённых от морей районов приходится добавлять йод в продукты (например, в поваренную соль) и употреблять продукты, богатые йодом (например, морскую капусту). Ни один природный процесс не может поднять в атмосферу столько химических элементов, как извержение вулкана. В 1883 г. произошло сильнейшее вулканическое извержение. Взорвался вулканический остров Кракатау в Зондском архипелаге в Индонезии. Химические элементы, содержащиеся в пепле, выброшенном вулканом, поднимались на высоту до 80 км. Подхваченные воздушными потоками мельчайшие частицы вулканического стекла облетели вокруг Земли почти два раза. Пепловое облако охватило весь земной шар. Из-за сильной запылённости воздуха во всём мире наблюдались серебристые облака, светлые ночи и живописные зори. Пепел, выброшенный вулканом, выпал на площади 1 млн км2. В Зондском проливе его накопилось так много, что это мешало судоходству. С частичками пепла химические элементы, содержащиеся в них, постепенно оседают на почву и растения, изменяя их химический состав. По количеству поставляемых соединений различных металлов вулканы можно сравнить с современными промышленными предприятиями. Действующий вулкан Этна на острове Сицилия в Средиземном море во время активизации выбрасывает в течение года 130 т свинца, 10 т кадмия, 365 т меди, 1100 т цинка и 3 т серебра. Воздух вокруг действующих вулканов приобретает особый запах, потому что из жерл отправляются в воздушные путешествия многие химические элементы и их соединения в виде газов: водород, хлор, азот, сера, углерод, кислород, бром, фтор и др. На большие расстояния распространяется удушливый запах сернистых газов. ВОДНЫЕ ПУТЕШЕСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Геохимик А.И. Перельман назвал воду «кровью» земной коры. Поверхностные и глубинные воды, 82
Земля среди планет Солнечной системы пронизывая и промывая толщи горных пород, вовлекают в путешествие большую часть химических элементов периодической системы Менделеева. Соприкасаясь с горными породами, природные воды разрушают их. Освобождённые химические элементы начинают своё путешествие — в виде растворённых веществ, во взвешенном состоянии в виде мути и более крупных частиц. Наиболее далёкие путешествия совершают химические элементы в растворённой форме. Например, хлор, натрий, сера, освобождённые из горных пород, могут пройти с речной водой тысячи километров и достичь океана. Но далеко не все химические элементы обладают такой способностью к передвижению. Большинство из них малоподвижны в воде и способны мигрировать на небольшие расстояния и только при особых условиях водной среды. Например, железо и марганец не могут передвигаться в водах, богатых кислородом. Железо, свинец, цинк, медь, серебро становятся неподвижными, если в водах появляется сероводород (H2S). В «кислых» водах хорошо передвигаются кальций, стронций, барий, радий, медь, цинк, кадмий. В «щелочных» водах многие из этих элементов становятся малоподвижными, а пятивалентные (ванадий и мышьяк) и шестивалентные (хром, селен, молибден) «весело» пускаются в путь. Путешествуя с водами, химические элементы могут делать добрые и злые дела. В Индии в религиозные праздники к берегам Ганга приходят тысячи паломников. Они, как требует того религиозный обряд, совершают омовение в водах священной реки. В Ганг погружаются не только здоровые, но и больные люди, надеясь на исцеление. В жаркой стране большая река — место и для купания, и для мытья, и для стирки белья. Огромное скопление народу на реке при отсутствии простейших санитарных условий приводит к вспышкам разнообразных эпидемий — прежде всего холеры. Но эпидемии на Ганге не достигают тех размеров, каких можно было бы ожидать при таком огромном количестве больных людей. Когда учёные провели химический анализ воды Ганга, то обнаружили в ней высокое содержание серебра, хорошо известного своими бактерицидными свойствами, Ганг на долгом пути с вершин Гималаев проходит через породы, содержащие серебро. Благородный химический элемент покидает родные места и отправляется в путешествие, чтобы творить добрые дела. Серебро борется с бактериями Паломники омываются в водах священной реки Ганг. 83
Энциклопедия для детей NB^ I до тех пор, пока не иссякает его &Ш I источник на пути реки, пока все его запасы не вымываются рекой из пород и не рассеиваются в океане. Другой химический элемент — стронций, отправившись в путешествие с природными водами, принёс тяжёлое заболевание жителям долины забайкальской реки У ров. По названию реки и заболевание стало называться уровским. Учёные установили, что уровская болезнь возникает при избытке в воде стронция и недостатке кальция. Кальций и стронций путешествуют вместе. Кальций — элемент, необходимый для построения скелета. Когда кальция мало, стронций пытается заменить его в костных тканях. Но стронцию не хватает * усидчивости» кальция. Он не закрепляется в организме, как кальций, и спешит опять вернуться в природу. А кости людей становятся рыхлыми, деформируются. Болезнь поражает и людей, и животных. ЭЛЕМЕНТЫ- ПУТЕШЕСТВЕННИКИ» И ЭЛЕМЕНТЫ- «ДОМОСЕДЫ» Химические элементы, как и люди, разделяются на путешественников и домоседов. Мы уже говорили о том, что одни элементы, освобождаясь из горных пород, пускаются в дальние путешествия, начинающиеся внутри континентов и оканчивающиеся в далёких морях, а другие — передвигаются на небольшие расстояния или вообще предпочитают не двигаться с места. Самые непоседливые в верхней части земной коры — хлор, бром, йод, сера. За ними следуют кальций, натрий, магний, калий. Относительно равнодушны к путешествиям кремний, фосфор, марганец. Очень не любят путешествовать железо, алюминий, титан. Но даже большой любитель путешествовать порой вынужден сидеть дома. Не выпускают разные обстоятельства, например болезнь или обилие неотложных дел. Так же и подвижность химического элемента зависит от того соединения, в состав которого он входит. Например, очень активный путешественник натрий, заключённый в кристаллическую решётку минерала альбита, становится инертным, т.е. малоподвижным, из-за нерастворимости в воде. Другое дело — натрий в минерале галите (хорошо известном нам в виде поваренной соли). Он хорошо растворяется. Достаточно лишь немного воды, чтобы натрий из него перешёл в подвижную форму и отправился в путь. природные художники Передвигаясь в земной коре, по воздуху, с водами, живыми веществами, химические элементы участвуют в создании красок Земли. Пейзажи северных и средних широт отличают серые и серо-бурые краски. И это не случайно. Недостаток тепла и избыток влаги приводят к тому, что агрессивные кислоты, образующиеся при разложении растительных остатков, разрушают минералы и отправляют в далёкие путешествия к морям и океанам весь содержащийся в них натрий, кальций, магний. В результате почвы приобретают серый и серо-бурый цвет. А просёлочные дороги и пашни придают серо-бурый цвет всему ландшафту. К югу серые тона ландшафтов темнеют. Если выехать вечером из Подмосковья на поезде в южном направлении, то уже утром по обе стороны от железной дороги будут бежать вслед за поездом чёрные пашни. Здесь простирается лесостепь — становится меньше влаги, больше солнечного тепла. Из ландшафтов не выносятся кальций и магний. При таком сочетании природных условий в почвах образуются темноокрашенные органические соединения — гумусовые вещества, связанные с кальцием и отчасти с магнием. Они придают почве тёмно-серый цвет, а называются эти почвы чернозёмом. В лесостепях вынуждены сделать остановку вместе с кальцием и магнием некоторые другие химические элементы. Ещё дальше на юг, в южных степях, где влаги становится всё меньше, задерживаются уже натрий и хлор. Земля светлеет, становится шоколадной, каштановой. Если наше южное путешествие закончится на Черноморском побережье Кавказа около города Батуми, то мы попадём во влажные субтропики, в царство ярко-красной коры выветривания. Много тепла круглый год и большое количество осадков, вновь появляются агрессивные кислоты, которые выгоняют из горной породы практически все химические элементы. Но всё же они бессильны против оксидов железа и алюминия, которые остаются в почве и придают всему ландшафту красный цвет. Самые же контрастные и замечательные краски ландшафтов Александр Евгеньевич Ферсман, геохимик, путешественник, организатор многих экспедиций, наблюдал в песках среднеазиатских пустынь Каракумы и Кызылкумы. В книге * Цвета минералов» учёный писал: ♦Контрасты и крайности определяют природу пустыни: тёмные цветущие оазисы и отрезанные от них, как ножом, безжизненные пески и адыры (так называются холмистые предгорья Тянь- Шаня. — Прим. ред.) Средней Азии; чёрные, тёмные, красные краски камней и скал и белоснежные поля солей; жёлтые краски самородной серы и ярко горящие золотистые сульфаты железа в районах месторождений серы». А если «подняться на самолёте над пустыней, то можно увидеть, как разнообразны оттенки песков, как многолики серые, розовые, жёлтые, красные пятна, полосы, тени... Картина пёстрых ярких тонов незабываема, и геохимик видит прежде всего, что все соединения находятся в сильно окисленном виде, и самые высокие степени окисления марганца, железа, ванадия, урана, 84
Земля среди планет Солнечной системы меди характеризуют эти минералы; он знает, что этим они обязаны южному солнцу, ионизированному воздуху с его кислородом и озоном». Химические элементы влияют на цвет горных пород и всего ландшафта, а в некоторых областях создают поистине чарующие краски отдельных минералов. Кольский полуостров славится своими фиолетовыми флюоритами и аметистами, восточное побережье Крыма — красными сердоликами, а Урал — самоцветами. Недаром ювелиры и любители красивых камней восхищаются насыщенным зелёным цветом уральских изумрудов, кроваво-красными гранатами и нежной зеленью узорчатых малахитов. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ НА ПУТИ ЭЛЕМЕНТОВ- « ПУТЕШЕСТВЕННИКОВ» Химические элементы задерживаются и отдыхают от путешествий у природных препятствий — геохимических барьеров. Затянувшийся отдых может привести к накоплению химических элементов и даже к образованию месторождений полезных ископаемых. Причин для этого много. В России с древних времён и до конца XIX в. широко использовались озёрные и болотные железные руды как сырьё для местного металлургического производства. Скопления болотных руд давали названия населённым пунктам, например Гусь-Железный в Рязанской области. При переувлажнении почвы в ней резко снижается содержание кислорода. В таких условиях железо и марганец начинают растворяться в почвенных водах, вместе с которыми направляются в понижения рельефа. Далее они поднимаются наверх, где содержание кислорода снова увеличивается, тогда железо и марганец опять переходят в нерастворимые химические соединения и накапливаются. В местах встречи с кислородом образуются чёрные или тёмно-коричневые скопления соединений железа и марганца, ржавые слои, которые ♦цементируют» почву в железистую или железисто-марганцевую плиту. Так по берегам озёр и на окраинах болот образуются озёрные и болотные руды, которые в прошлом служили сырьём для местных металлургов. Во влажных субтропиках и тропиках ожелезнение почв достигает ещё больших масштабов. При встрече обогащенных металлами грунтовых вод с кислородом образуются массивные железистые плиты или панцири — латериты (от лат. «later» — «кирпич»). Местное население использует латеритные плиты как строительный материал. Таким образом, благодаря кислороду, или кислородному геохимическому барьеру, останавливающему путешествия железа и марганца, жители таёжной зоны имеют руды металлов, а жители субтропиков и тропиков — строительный материал. Если на своём пути воды, несущие растворённые железо, марганец, цинк, медь, свинец, встречают сероводород, то препятствием для дальнейшего путешествия элементов становится сероводородный геохимический барьер. На этом барьере металлы накапливаются в виде сульфидов — соединений с серой. В тайге растениям и животным не хватает многих химических элементов, потому что они активно вымываются водой. Почва приобретает серый цвет золы. И вдруг в той же местности пейзаж резко преображается. Почва сильно темнеет, растительный покров становится более богатым, что свидетельствует об улучшении условий жизни растений. Причина такой перемены — выход на поверхность земли карбонатных пород: известняков, доломитов, содержащих много кальция. Так в земной коре, почвах, водах создаётся щелочной геохимический барьер. Он останавливает многие химические элементы. Здесь накапливаются медь, кобальт, цинк, магний, барий, никель и другие элементы. В Таджикистане есть удивительные природные образования — «соляные грибы». Они очень разнообразны по величине и форме. «Гриб» сидит на толстой белой соляной ноге; «шляпка» его — буро-коричневая (точь-в-точь гриб-боровик), потому что сложена гипсово-ангидритовыми породами. В них закончили путешествие многие химические элементы, и прежде всего натрий и хлор, застывшие в минерале галите — каменной соли. В Соединения никеля и кобальта скапливаются на щелочном геохимическом барьере [Магматические горные породы 85
Энциклопедия для детей з51ь глубинах земной коры под большим I щзщ I давлением вышележащих пластов горных пород каменная соль становится пластичной и начинает течь в сторону уменьшения давления, к земной поверхности. Толщи пород как бы выдавливают пласты каменной соли вверх. Когда давление резко падает, каменная соль теряет свойство пластичности, становится неподвижным соляным куполом — месторождением соли. Соляные купола есть и на территории России, но не везде выходят на поверхность. Особенно много соляных куполов в Прикаспийской низменности, где их выходы образуют даже небольшие возвышенности. Одна из таких «гор» — Улаган — питает своими солями известное солёное озеро Эльтон. В Пятигорске, у подножия горы Машук, на выходе углекислого источника образовалась гора Горячая. В глубинных водах земной коры с увеличением давления увеличивается растворимость газов. При высоком содержании углекислого газа минерал кальцит легко растворяется. При выходе таких вод на поверхность давление в них резко падает, углекислый газ выделяется в атмосферу, а кальцит снова выпадает в осадок и образует известковые туфы — травертины, которыми и сложена гора Горячая. Создаёт соляные купола и строит горы из травертина термодинамический геохимический барьер. Условия его появления — резкое изменение давления или температуры на пути путешествующих химических элементов. В сухом жарком климате, особенно в пустынях, химические элементы задерживаются там, где испаряется вода, т.е. на испарительных геохимических барьерах. Там могут скапливаться практически все химические элементы и даже такие «неуловимые путешественники», как хлор и натрий. Насыщенные растворы солей как бы ♦подтягиваются» в жарком сухом грунте к поверхности и испаряются. Соли выпадают в осадок и образуют сильно засоленные почвы — солончаки, шоровые (т.е. солёные) и грязевые озёра с коркой соли на поверхности. Часто на пути химических элементов встречаются ловушки — твёрдые или жидкие вещества, способные поглощать их. Такие вещества называют сорбентами. Тогда путешествие химических элементов заканчивается на сорбционном геохимическом барьере, которым могут быть глина, торф, ил. Химические элементы обладают способностью надолго задерживаться в живых организмах. Такая «остановка» в пути химических элементов называется биогеохимическим барьером. В стволах и ветвях деревьев химические элементы задерживаются на несколько сотен лет. Огромное количество химических элементов сохранялось в залежах каменного угля и нефти миллионы лет. Везде, где есть живые организмы, есть и биогеохимические барьеры. К сожалению, живые организмы, в том числе и организм человека, становятся пристанищем очень вредных для здоровья химических элементов. С древних времён много бед человеку приносит свинец. Свинцовые трубы водопроводов Древнего Рима и Московского Кремля XVII в., свинцовая посуда, свинцовые белила, выбросы современной промышленности, автотранспорта — всё это источники многовекового поступления свинца в живые организмы. Организмы приспосабливаются к вынужденному потреблению свинца. Они переводят его в неподвижное состояние и накапливают в отдельных органах. Например, свинец, оседающий из атмосферы на листья, закрепляется в их восковом налёте и дальше не перемещается. Так растения защищают свои плоды и семена. В организме человека свинец тоже переводится из крови в волосы, ногти, а значит, при их стрижке и бритье этот металл частично выводится из организма. Но большая часть этого опасного элемента накапливается в костных тканях. Чтобы свинец, содержащийся в костях, не вредил здоровью, человек должен быть ограждён от стрессовых ситуаций. Такое предостережение дают наблюдения над подопытными обезьянами. При сильных стрессах в крови обезьян резко увеличивалось и в течение длительного времени поддерживалось повышенное содержание свинца, ухудшая здоровье животных. маршруты ПУТЕШЕСТВИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Замечательный русский геохимик, почвовед Б.Б. Полынов обратил особое внимание на то, что всё в природе — рельеф, горные породы, климат, растительность, животные — тесно связано между собой. Учёный писал: «...Причинная связь тянется от одного из них к другому, возвращается обратно и, охватывая... несколько раз каждый из этих элементов, образует сложную бесконечную цепь, образ которой сыграл такую яркую роль в прекрасной и могучей поэтической картине мироздания, некогда нарисованной Гёте: И крепкой цепью сил природы Весь мир таинственно объят... » По каким же маршрутам «путешествуют» химические элементы? Самый длинный маршрут начинается в недрах Земли. На глубине в десятки километров горные породы и минералы подвергаются воздействию высоких давлений и температур. В результате происходит метаморфизм (изменение) их структуры, минерального, а иногда и химического состава, что приводит к образованию метаморфических пород. Опускаясь ещё дальше в глубь Земли, метаморфические породы могут расплавиться и образовать магму. Внутренняя энергия Земли (т.е. эндогенные силы) поднимает магму к поверхности. 86
Земля среда планет Солнечной системы С расплавленными горными породами, т.е. магмой, химические элементы выносятся на поверхность Земли во время извержений вулканов, застывают в толще земной коры в виде интрузий. Процессы горообразования поднимают глубинные горные породы и минералы на поверхность Земли. Здесь горные породы подвергаются воздействию солнца, воды, животных и растений, т.е. разрушаются, переносятся и отлагаются в виде осадков в новом месте. В результате образуются осадочные горные породы. Они накапливаются в подвижных зонах земной коры и при прогибании снова опускаются на большие глубины (свыше 10 км). Вновь начинаются процессы метаморфизма, переплавления, кристаллизации, и химические элементы возвращаются на поверхность Земли. Такой ♦маршрут» химических элементов называется большим геологическим круговоротом. Геологический круговорот не замкнут, т.к. часть химических элементов выходит из круговорота: уносится в космос, закрепляется прочными связями на земной поверхности, а часть поступает извне, из космоса, с метеоритами. Геологический круговорот — это глобальное путешествие химических элементов внутри планеты. Более короткие путешествия они совершают на Земле в пределах отдельных её участков. Главный инициатор — живое вещество. Организмы интенсивно поглощают химические элементы из почвы, воздуха, воды. Но одновременно и возвращают их. Химические элементы вымываются из растений дождевыми водами, выделяются в атмосферу при дыхании и отлагаются в почве после смерти организмов. Возвращённые химические элементы снова и снова вовлекаются живым веществом в * путешествия ». Всё вместе и составляет биологический, или малый, круговорот химических элементов. Он тоже не замкнут. Часть элементов-♦путешественников» уносится за его пределы с поверхностными и грунтовыми водами, часть — на разное время «выключается» из круговорота и задерживается в деревьях, почве, торфе. Ещё один маршрут химических элементов проходит сверху вниз от вершин и водоразделов к долинам и руслам рек, впадинам, западинам. На водоразделы химические элементы поступают только с атмосферными осадками, а выносятся вниз и с водой, и под действием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чём говорит само название ландшафтов водоразделов — элювиальные (от лат. eluo — *вымываю»). На склонах жизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резко увеличивается, и они «проезжают» склоны, как пассажиры, удобно устроившиеся в купе поезда. Ландшафты склонов так и называются — транзитными. Водными потоками вещество сносятся из верхних (элювиальных) в нижние (аккумулятивные) ландшафты А ветры и животные переносят их обратно. 87
Энциклопедия для детей M-g^ «Отдохнуть» от дороги химическим F^$ I элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих) ландшафтах, расположенных в понижениях рельефа. В этих местах они часто и остаются, создавая для растительности хорошие условия питания. В некоторых случаях растительности приходится бороться уже с избытком химических элементов. Кому в лесу не докучали комары? А в тайге, где к комарам прибавляются мошка7 и мокрец, просто невозможно работать без защиты от гнуса — кровососущих насекомых. Вроде бы не вызывает сомнений необходимость самой решительной борьбы с этими врагами, если бы не одно обстоятельство. Таёжные водоразделы обеднены химическими элементами, необходимыми растениям для нормального развития: молибденом, кобальтом, марганцем. Они вымываются водой и уходят вниз. Именно в поймах рек, в болотах, где накапливаются смытые сверху микроэлементы, рождается гнус. Поднимаясь из пойм и болот на водоразделы, он возвращает наверх смытые оттуда вещества. Вот и стоит задуматься: друг комар или враг? Может быть, не стоит его убивать, а достаточно просто смахнуть? Ведь без него не смогли бы нормально жить на водоразделах многие растения. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ — ДРУЗЬЯ И ВРАГИ Природа не всегда бывает добра к живым созданиям. Она часто создаёт недостаток или избыток подвижных, доступных растениям и животным химических элементов. Это влияет на их состояние. Например, там, где быстро выносится кальций, необходимый для построения скелета, все животные — и домашние, и дикие — вырастают не такими крупными, как в тех местах, где кальция достаточно. Резкий же дефицит или избыток земля — это ОГРОМНЫЙ МАГНИТ ■уд l гагнитное поле простирается на 20—25 I \/ радиусов Земли и образует третий, «броне- X*-_Lbou», пояс, окружающий нашу планету наряду с атмосферой и ионосферой. Оно защищает Землю от мощного потока космических частиц — протонов, альфа-частиц, небольшого количества электронов и других, которые только в районах химических элементов приводит к заболеваниям растений, животных и человека. Известно, что многие микроэлементы отвечают за жизнедеятельность определённых органов. В повышенных же концентрациях они становятся врагами организма. Хорошо известное заболевание кариес (от лат. caries — «гниение») связано с недостатком в воде и пище фтора и сопровождается постепенным разрушением зубов. Поэтому мы с радостью покупаем зубную пасту с фтором. Но тот же фтор в избытке становится врагом: вызывает другое заболевание зубов — флюороз (от лат. fluorum — «фтор»). Уже много лет назад в распределение химических элементов вмешался человек. С начала XX столетия деятельность человека стала главным способом их путешествия. При добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная переработка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это загрязняет среду обитания живых организмов. На земле появляются новые участки с высокой концентрацией химических элементов — рукотворные геохимические аномалии. Они распространены вокруг рудников цветных металлов (меди, свинца, цинка, никеля). Эти участки иногда напоминают лунные пейзажи, потому что практически лишены жизни из-за высоких содержаний вредных элементов в почвах и водах. Остановить научно-технический прогресс невозможно, но человек должен помнить, что существует порог в загрязнении природной среды, переходить который нельзя, за которым неизбежны болезни людей и даже вымирание цивилизации. Создав биогеохимические «свалки», природа, возможно, хотела предостеречь человека от непродуманной, безнравственной деятельности, показать ему на наглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических элементов в земной коре и на её поверхности. магнитных полюсов могут достичь атмосферы. Чтобы узнать всё это, людям потребовалось не одно столетие. Знакомство человека с магнитными свойствами горных пород восходит к античным временам. Уже тогда был известен магнетит — невзрачный на вид тёмно-серый минерал, который ещё называют магнитным железняком. Одни исследователи считают, что минерал обязан своим названием древнему городу Магнесиа в Македонии, хотя там и не обнаружено магнитных руд. Другие связывают его с легендой о пастухе Магнусе, который в тайны земного магнетизма 88
Земля среда планет Солнечной системы КИТАЙЦЫ — ИЗОБРЕТАТЕЛИ КОМПАСА в 1110 г. до н.э. послы правителя Вьетнама совершили поездку на северо-восток, к китайскому императору Чеу Куну. Из предосторожности независимо друг от друга были направлены три посла, т.к. один посол мог не достигнуть места назначения. Однако все трое благополучно добрались до Китая, были торжественно приняты императором... но заблудились на обратном пути во Вьетнам. Им пришлось возвратиться в Китай, объяснить всё императору, и Чеу Кун подарил им пять дорожных колесниц с указателями направления на юг. Послы отправились в путь на этих колесницах и год спустя прибыли к себе на родину. На каждой колеснице помещалась деревянная фигурка, рука которой всегда указывала на юг. Куда бы ни ехала колесница, в какую бы сторону она ни поворачивала, рука фигурки по- прежнему показывала то же направление. Внутри фигурки, укреплённой на вертикальной оси с опорами, находился кусок магнитной железной руды, а сама фигурка была не чем иным, как прообразом современного компаса. давние времена пас коз. Однажды опёрся он посохом с железным наконечником о камень, от которого потом с трудом оторвал его. Камень притягивал к себе железный наконечник посоха... Возможно, от имени пастуха и произошло слово * магнит». А РУДУ» обнаруженную Магнусом, назвали магнетитом. О магнитной скале рассказывала в своих сказках и Шахерезада. Следующий сюжет взят из рассказа Плиния Старшего об опасности, подстерегающей мореплавателей в Эфиопском (Красном) море. Корабль, проплывавший мимо загадочной горы, находящейся в этом море, будто бы рассыпался, т.к. железные гвозди выдёргивались силой магнита. Земное магнитное поле интересовало многих учёных, которые пытались использовать его для ориентирования по сторонам света. В Китае уже почти 4 тыс. лет назад было известно свойство естественного магнита устанавливаться одним концом на юг, а противоположным — на север. ♦Магнит — это камень, который даёт направление железной игле» — такое определение естественного магнита приводили китайские учёные в энциклопедии, составленной во II в. н.э. В 1187 г. английский монах Александр Некэм писал в своём Посох пастуха Магнуса железным наконечником «примагнитился» к глыбе магнегига 89
Энциклопедия для детей Ж трактате: «В пасмурные дни или _J тёмные ночи, когда не видно небесных светил, моряки намагничивают железную иглу, продевают её сквозь соломинку, плавающую на воде, и таким образом определяют, где север». В 1269 г. французский учёный Пьер де Мерикур, по прозванию Перегрин, написал трактат «Письмо о магните». Это был первый в Европе труд по магнетизму. Перегрин изложил в своём сочинении свойства магнитного камня, указал, как находить у него полюса и как намагничивать железную иглу. Учёный предложил назвать конец намагниченной стрелки, указывающий на север, северным, а противоположный — южным. Он усовершенствовал компас, соединив его с морской астролябией (специальным прибором для определения широт и долгот), а также сконструировал два магнитных компаса. Один из них содержал плавающий магнит, другой — «сухую» намагниченную стрелку, вращавшуюся вместе с вертикальной осью. Во втором компасе было 360 делений и линейка для измерения азимутов. Многие естествоиспытатели считали, что компасную стрелку направляет точно на север сила притяжения Полярной звезды. Перегрин первый догадался, что сама Земля создаёт силу, заставляющую стрелку магнитного компаса двигаться. Но все эти открытия целых три века почти никому были не известны. Книга Перегрина была опубликована только в 1558 г. в Германии. Многие учёные и мастера старались усовершенствовать изобретённый китайцами компас. История сохранила далеко не все имена, но некоторые изобретатели нам известны. В Италии есть памятник Флавио Жиойя, сумевшему в XIV в. улучшить существовавшую тогда конструкцию магнитного компаса. Из поколения в поколение передавалась легенда о молодом моряке Флавио, полюбившем красавицу Анжелику. Отец девушки был капитаном корабля. Однажды из-за густого тумана его корабль сбился с курса и ударился о скалы. Капитан оказался единственным спасшимся из всей команды и поклялся отдать дочь в жёны только тому, кто создаст прибор, позволяющий отыскивать путь в ночи и тумане. Флавио Жиойя сделал такой прибор, и отец сдержал слово. Юноша скрепил магнитную стрелку с бумажным кругом (картушкой), нанёс градусные деления, к центру круга провёл лучи, соответствующие 32 направлениям (румбам). На картушку был нанесён рисунок, получивший название «роза ветров». В 1492 г. моряки экипажа экспедиции Христофора Колумба через несколько дней после выхода из Европы в Америку с беспокойством обнаружили отклонение стрелки компаса на 5° от направления на Полярную звезду. Колумб с трудом успокоил свою команду и убедил продолжать путешествие. Он установил, что угол отклонения стрелки от направления на географический север (склонение) в различных участках земного шара неодинаков. Причины этого ему объяснить не удалось. Значительно позже определили, что в Японии склонение мало, а в центральной части Гренландии оно достигает 60° (в западном направлении), так что в Гренландии по направлению магнитной стрелки едва ли можно определить положение Северного полюса. Только там, где склонение равно нулю, стрелка компаса действительно указывает на север. Европейцы сделали и другое важное открытие. В 1544 г. Гартман, пастор из Нюрнберга, работавший в молодости механиком, установил, что северный конец намагниченной стрелки всегда наклоняется вниз. Английский моряк Норман в 1576 г. определил, что в Лондоне стрелка устанавливается под углом 71°50' относительно горизонтальной плоскости. В высоких широтах наклонение достигает ещё больших величин. В Южном полушарии Земли наклоняется вниз южный конец стрелки. В связи с этими важными открытиями исследователи предположили, что стрелка компаса реагирует на источники магнетизма, скрытые в недрах Земли, т.е. на магнитные аномалии (от греч. «аномалиа» — «отклонение от нормы»). Придворный лекарь английской королевы Елизаветы I, выдающийся естествоиспытатель того времени Уильям Гильберт затратил 18 лет жизни и почти всё своё состояние на опыты по изучению магнетизма. Результаты он изложил в книге «0 магните, магнитных телах и большом магните — Земля», вышедшей в свет в 1600 г. Гильберт подверг исследованию все лечебные и другие свойства магнитов, упомянутые в древних трактатах. Он экспериментально доказал, что Земля — огромное намагниченное тело с двумя полюсами. Гильберт выточил из магнитной железной руды шар, названный им «терелла» — «маленькая Земля». Магнитные стрелки располагались вокруг магнитного шара, как и вокруг земного, на различных широтах. Учёный считал, что магнитные полюса Земли совпадают с географическими. Мы знаем, что это предположение не подтвердилось. В 1694 г. англичане были потрясены гибелью своей эскадры на пути к Гибралтарскому проливу. Для выяснения причин катастрофы и проведения магнитных измерений в Атлантическом, а затем в Тихом океанах правительство Британии отправило экспедицию под руководством астронома и геофизика Эдмунда Галлея. Вернувшись в Англию, Галлей издал в 1701 г. первую в мире магнитную карту, нанеся на неё линии равного склонения. Большой вклад в изучение земного магнетизма внёс великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765). Он усовершенствовал астрономические и навигационные приборы, создал первый в мире самопишущий компас, позволяющий в любое время определять изменения движения корабля за счёт действия ветра, оплошности рулевого и т.п. С помощью часового механизма, двигавшего бумажную ленту, компас Компас китайского императора 90
Земля среда планет Солнечной системы
Энциклопедия для детей автоматически вычерчивал на ней все отклонения от заданного румба. В 1838 г. немецкий учёный Карл Фридрих Гаусс путём строгих математических расчётов показал, что постоянное магнитное поле Земли очень мало зависит от околоземного пространства, а источник магнетизма заключён внутри земного шара. По инициативе немецкого естествоиспытателя Александра фон Гумбольдта в XIX в. в разных странах были созданы магнитные обсерватории для постоянной регистрации изменений элементов земного магнетизма. Такие обсерватории были открыты и в России. Первая систематическая магнитная съёмка океанов была выполнена на американской немагнитной шхуне «Карнеги» в 1910 г., названной так по имени миллиардера, пожертвовавшего большую сумму денег на научные исследования. Все её части, включая двигатель, якорь, цепи, были сделаны из латуни, бронзы, марганцевой немагнитной стали и дерева. Она была оснащена довольно точной для того времени аппаратурой. После 20-летнего плавания на судне возник пожар, и знаменитая шхуна затонула. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ПСИХИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ все населяющие Землю живые существа возникли и постоянно находятся под воздействием её магнитного поля. Как будет себя чувствовать человек вне зоны магнитного поля Земли? Психоневрологи различных стран мира давно обратили внимание на то, что в периоды магнитных бурь, когда напряжённость геомагнитного поля начинает быстро меняться, люди чаще страдают нервно-психическими расстройствами. Статистика подтвердила и связь количества автомобильных аварий с периодом мощных взрывов на Солнце, которые вызывают сильные магнитные бури. Люди со слабым типом нервной системы чувствуют себя крайне подавленными в последующие после взрывов на Солнце дни. Как известно, магнитное поле Земли «пульсирует» с частотой от В до 16 колебаний в секунду. Некоторые учёные высказали предположение, что именно с влиянием такой пульсации связан и основной ритм биопотенциалов головного мозга, так называемый альфа-ритм, имеющий ту же частоту. Хаотически изменяющаяся частота колебаний магнитного поля Земли может навязывать биологическим процессам несвойственные им ритмы. У здорового человека нервная система хорошо приспосабливается к изменениям окружающей среды. Ослабленная нервная система не справляется с возросшей нагрузкой, вызванной «беспорядком» в изменениях геомагнитного поля. В процессе эволюции земной жизни, по мнению медиков, у организмов выработались стойкие ритмы биохимических реакций, которые, возможно, могут в той или иной мере «справиться» с нарушениями ритмики в изменённом магнитном поле. Воздействие геомагнитного поля и его изменений на организм человека требует дальнейшего глубокого изучения, особенно при освоении космоса. ш 92 X В 1952 г. в СССР был спущен на воду новый немагнитный корабль — шхуна «Заря». Корпус её был изготовлен из сосны и дуба, а все крепления — из немагнитных сплавов (латуни и бронзы). Шхуну оснастили научным оборудованием, позволяющим непрерывно и с высокой точностью регистрировать основные элементы земного магнетизма. Постоянные записи любой магнитной обсерватории показывают, что земное магнитное поле изменяется со временем. Отмечаются небольшие ежедневные циклические изменения — суточные вариации. Вариации склонения составляют угол в несколько минут, вариации напряжённости земного магнитного поля — около 10 4 Гс (напряжённость магнитного поля измеряется в гауссах — единицах, которые получили название по имени великого немецкого математика Гаусса и обозначаются Гс). Магнит небольшого размера обычно создаёт магнитное поле напряжённостью в несколько десятков гауссов. Земное поле весьма слабое — около 0,3 Гс вблизи экватора и около 0,7 Гс в полярных районах. В некоторые дни наблюдаются значительные изменения магнитного поля — до нескольких градусов по склонению и до 0,1 Гс по напряжённости. Такие сильные возмущения названы магнитными бурями. Магнитная буря, продолжающаяся несколько суток, часто сопровождается нарушениями радиосвязи, а в высоких широтах — полярным сиянием; отрицательно влияет на здоровье людей. Почему же возникают магнитные бури? Верхние слои атмосферы, находящиеся в нескольких сотнях* километров над поверхностью Земли, называются ионосферой. Под действием магнитного поля Земли и её вращения вокруг своей оси в ионосфере возникают электрические токи. Они поддерживаются за счёт постоянного образования большого количества заряженных частиц — ионов и свободных электронов — из расщепляемых солнечной радиацией молекул атмосферных газов. Эти электрические токи оказывают существенное влияние на формирование магнитного поля Земли. В периоды повышенной солнечной активности всплески радиационного излучения вызывают соответствующие усиления электрических токов ионосферы, которые и являются причиной возникновения магнитных бурь. ЗЕМЛЯ ПОЧЕМУ — МАГНИТ? Учёные пока считают этот вопрос одной из самых больших научных загадок. Для создания магнитного поля необходимо либо намагниченное тело, либо электрический ток. Долгое время учёные думали, что земное поле создано огромным магнитом, находящимся в земных глубинах. Много гипотез было предложено и отвергнуто. Наиболее правильный ответ в настоящее время таков: магнитное поле Земли создаётся электрическими токами в
ядре; эти токи, вероятно, вырабатываются и поддерживаются механизмом, подобным самовозбуждающемуся динамо. Теория динамо впервые была предложена в 1919 г. английским учёным Джеромом Лармором. А в 1945 г. советский физик Яков Ильич Френкель выдвинул гипотезу земного динамо применительно к геомагнитному полю, считая главной причиной наличие жидкого внешнего ядра. Температура внутри ядра должна быть несколько выше, чем на его периферии, за счёт радиоактивного распада неустойчивых элементов. Холодные массы при этом устремляются к центру ядра, горячие — из центра ядра движутся им навстречу. Земля вращается, скорость движения масс на периферии ядра больше, чем в его глубинах. Поэтому движущиеся из центра элементы жидкости тормозят вращение периферийных слоев ядра, а встречные потоки, наоборот, ускоряют внутренние слои. Тогда внутренняя часть ядра вращается быстрее внешней и играет роль ротора (вращающейся части) генератора, в то время как внешняя — роль статора (неподвижной части). В соответствии с расчётами в такой системе оказываются возможными самовозбуждение и появление электрических токов. Именно эти токи и создают магнитное поле Земли. Сторонники этой гипотезы считают, что правильнее было бы называть Землю большой динамо-машиной, чем большим магнитом. Магнитное поле существует на Земле повсеместно. Его элементы, измеренные специальными приборами, изображают на картах. Магнитное поле Земли непрерывно меняется, поэтому карты нормального магнитного поля составляют через несколько лет, а некоторые даже ежегодно. Горные породы в земной коре намагничены по-разному. Крупные блоки пород с повышенной намагниченностью влияют на магнитное поле. Поэтому при поисках месторождений полезных ископаемых особое значение имеют отклонения от нормального поля, называемые магнитными аномалиями. Магнитными аномалиями называют отклонения магнитного поля от значений, условно принятых для всего участка за нормальные. Наибольшую намагниченность горных пород создают минералы, содержащие железо. Осадочные породы обычно слабомагнитны. Магниторазведка основана на изучении тех изменений магнитного поля на поверхности Земли, которые зависят от магнитных свойств полезных ископаемых и окружающих горных пород. Этот метод особенно эффективен при поисках рудных залежей. Метод магниторазведки зародился давно. В XVII в. в Швеции и в России (на Урале) уже использовали компас для поиска железорудных тел. В 20-х гг. XX в. были обнаружены магнитные породы, образующие Курскую магнитную аномалию, открытую ещё в 1783 г. Геологи-геофизики, изучающие аномальное магнитное поле Земли, называются магнитораз- ведчиками. Они исследуют аномалии высокоточными измерительными приборами — магнито- Земля среди планет Солнечной системы метрами. Магнитометры бывают на- з51^ земные и воздушные. Основная часть | F&EI магнитометра — вращающаяся рамка с измерительной обмоткой. При вращении рамки вблизи магнита в ней возникает электрический ток. Витки провода пересекают силовые магнитные линии, а в рамке образуется электродвижущая сила. Измеряя величину этой силы, можно обнаружить магнитную аномалию. Магниторазведка играет важную роль при поисках бокситовых и никелевых месторождений, а также россыпных месторождений золота. Но наиболее эффективными оказываются её результаты для нахождения железорудных месторождений. В геологии используется ещё одна замечательная особенность горных пород — удивительное свойство сохранять в своей * памяти» магнитное поле тех далёких времён, когда эти породы образовались. Такая намагниченность называется остаточной, а наука, которая занимается магнитным полем древних эпох, — палеомагнетизмом. Рождение горных пород сопровождалось их намагничиванием после нагрева до высокой температуры и последующего охлаждения в геомагнитном поле. Это обеспечивало стойкость их остаточного намагничивания к дальнейшим изменениям в земной коре в течение огромных промежутков времени. Остаточная намагниченность очень устойчива и соответствует интенсивности и направлению магнитного поля Земли того времени в месте образования пород. Поэтому «магнитная память» помогает восстановить кар- «И рассыпаются корабли, кованые гвозди и скобы притягиваются к магнитной скале». Предания эти кочуют из сказки в сказку со времён Плиния Старшего 93
Энциклопедия для детей ■» р^ наш космический век часто говорят о \*глневесомости. Вспомним, что такое вес. Это — i 1 ^сила, с которой тело, притягиваясь к Земле, либо давит на опору, либо натягивает нить, на которой висит. Когда тело ничто не удерживает, оно свободно падает, вес исчезает — наступает невесомость. Вес может отсутствовать, но сила тяжести — никогда. И космический корабль, на котором господствует невесомость, всё равно притягивается Землёй — сила земного притяжения и удерживает его на орбите вокруг Земли. Маятниковые часы стали первым прибором, который показал, что сила тяжести, равно как и ускорение свободного падения, на Земле не везде одинакова. В 1676 г. французский натуралист Жан Рише, переехав из Парижа (49° северной широты) в Кайенну — столицу Французской Гвианы, колониального владения в Южной Америке (5° северной широты, вблизи экватора), обнаружил, что его маятниковые часы отстают на две с тину распределения древнего земного магнитного поля для разных эпох. Но не только горные породы помогают раскрыть тайны прошлого. Древние керамические изделия — кирпичи, посуда — тоже «запоминали» ту намагниченность, которую получали при обжиге. Палеомагнитные исследования позволили установить, что направление магнитного поля Земли изменялось довольно сильно. Исследователи поначалу были озадачены тем, что направление естественной остаточной намагниченности некоторых горных пород оказалось противоположным современному магнитному полю. Впервые такие породы были обнаружены во Франции в 1906 г. Теперь известно, что обратно намагниченных пород так же много, как и намагниченных в прямом направлении. Во время намагничивания таких пород направление земного магнитного поля было противоположным современному: современный северный магнитный полюс был тогда южным, и наоборот. Оказывается, магнитные полюса меняются местами. Конечно, это не такой уж быстрый процесс. На это уходит не менее 10 тыс. лет. Причина этого явления до сих пор не разгадана учёными. Многие исследователи считают, что к этим периодам приурочена резкая смена животного и растительного мира: исчезновение одних видов, появление других. Возможно, во время перемены полярности магнитное поле сильно ослабевает и даже исчезает. Тогда на Землю, не защищенную магнитным полем, свободно проникает космическое излучение, влияющее на флору и фауну. Некоторые учёные даже высказывают смелое предположение, что и человек своим появлением обязан именно такой смене полярности магнитных полюсов. о половиной минуты в сутки. Чтобы они не — отставали, маятник пришлось укоротить. По в, возвращении в Париж потребовалось вновь вос- ia становить его первоначальную длину, чтобы часы г, не «бежали». Рише очень удивился тому, что у гт экватора маятниковые часы идут медленнее, чем в [а Париже. Французские академики осмеяли Рише и ia решили, что виновата тропическая жара. И [о напрасно. Этот случай лёг в основу сделанного "о позже вывода: ускорение свободного падения на гт экваторе и вблизи него меньше, чем на полюсах. По современным данным его значение на экваторе л, составляет 978 Гал, а на полюсах — 983 Гал. и (Гал — единица измерения ускорения свободного \е падения, названная в честь Галилео Галилея; lh 1 Гал = 1см/с2.) Причина этого в том, что Земля j) немного сплюснута у полюсов. j, Всё, что обладает массой, должно испытывать 5° действие гравитации. Оно передаётся через любые я, тела. Преград для всемирного тяготения не с существует. Поэтому физики называют гравитаци- ПРИТЯЖЕНИЕ ЗЕМЛИ 94
Земля среда планет Солнечной системы ОББые силы дальнодействующими. Гравитация связывает все тела во Вселенной. Правда, мы не ощущаем притяжения большинства тел. Даже сила притяжения самых высоких гор составляет тысячные доли процента от притяжения Земли. Сила взаимного притяжения двух человек, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга, составляет 0,02—0,03 мГал. Гравитационные силы слабы. Однако они многократно усиливаются, когда взаимно притягиваются такие огромные массы вещества, как планеты. Взаимное притяжение Луны и Земли имеет силу приблизительно 21016 т. Гениальный Ньютон описал гравитацию, но не смог найти объяснение действия этих сил. В настоящее время природа гравитации тоже неясна, хотя гипотез на этот счёт вполне достаточно. Ньютон же к гипотезам относился отрицательно, считая, что «гипотезам нет места в экспериментальной физике». Закон всемирного тяготения стал основой гравиметрии — одного из методов современной геофизики, который сегодня способен обнаружить изменение силы тяжести менее чем на одну стомиллионную. В гравиметрии маятник был первым инструментом, с помощью которого начали измерять силу тяжести. Впервые сила тяжести была измерена в начале XIX в. с помощью маятниковых приборов в Америке, на островах Атлантического и Тихого океанов. Российский учёный Фёдор Петрович Литке (1797—1882) сделал вывод о том, что неоднородности геологического строения земной коры влияют на силу тяжести. До конца XIX столетия маятниковые приборы были единственным средством измерения силы тяжести. Но их применение было сопряжено с некоторыми трудностями и невысокой производительностью. Превосходным дополнением к маятниковым приборам оказался гравитационный вариометр, созданный в 1896 г. венгерским физиком Лорандом Этвёшем. Он основан на принципе крутильных весов Кулона. Лёгкий стержень (коромысло) с тяжёлыми грузиками на концах подвешен на упругой нити. Степень закручивания нити от нулевого положения служит мерой неоднородности гравитационного поля. Показания вариометра регистрируются на фотопластинке. После того как Этвёш впервые применил гравитационный вариометр в Венгрии, он стал успешно исдользоваться и в других странах для поисков месторождений нефти. Позже появляются первые гравиметры — высокоточные пружинные весы. В 40-х гг. XX в. они вытесняют маятниковые приборы и вариометры. В гравиметре есть грузик, подвешенный на пружинке. При увеличении силы тяжести пружинка несколько растягивается, при уменьшении — сжимается, а отсчётное устройство это отмечает. Зная истинные значения силы тяжести для данной области, обнаруживают и исследуют отклонения от них — аномалии силы тяжести, которые вызваны различными породами, залегающими на глубине. Это позволяет судить о строении недр, не прибегая к дорогостоящему бурению. Над плотными породами сила тяжести больше, над лёгкими — меньше. Разница эта невелика. Но приборы позволяют измерять изменение силы тяжести с удивительной точностью. Обычно полезные ископаемые сильно отличаются по плотности от вмещающих пород (т.е. пород, в которых они заключены). Чем больше это НУЖНА ЛИ РАСТЕНИЮ СИЛА ТЯЖЕСТИ? ССЛН держать побег какого-нибудь обыкновенного «Г С растения в темноте, поместив его в наклонном положении в стакан с водой, то верхушка через несколько часов загнётся кверху, а если затем перевернуть побег (верхней стороной вниз), то наклонённый книзу побег перегнётся в обратную сторону... Направляющим стимулом в этом случае без сомнения служит действие силы тяжести». Так более ста лет назад описывал свои наблюдения Чарлз Дарвин. За время, прошедшее с тех пор, исследователи убедились в правоте великого естествоиспытателя. При применении клиностата (установки для имитации невесомости) растения не ощущали силы тяжести. Безостановочно поворачивая саженцы, их «запутали», не давая времени на то, чтобы «сообразить», где низ, а где верх. Под действием силы тяжести изгибается не только стебель растения, но и корень. Однако если стебель стремится при этом вверх, то корень всегда тянется вниз. Опыты, проделанные Дарвином, поразили его самого. Оказалось, что гравитационное воздействие (т.е. воздействие силы тяжести) воспринимает только самая крайняя часть корня, длина которой всего несколько десятых долей миллиметра. Но изгибается при этом не сам кончик, а соседний участок, значительно от него отстоящий. Следовательно, сделал вывод учёный, кончик корня передаёт воздействие силы тяжести самому корню, и это заставляет его изгибаться. Оставляя корень в несвойственном ему горизонтальном положении на час-полтора, чтобы кончик успевал передать всему корню свои необычные «ощущения», Дарвин затем отрезал эту чувствительную верхушку корня. Растение переводили в нормальное, вертикальное положение, но корешок, как бы «по памяти», изгибался под прямым углом. О силах природы, заставляющих корень стремиться к центру планеты, а стебель — в прямо противоположном направлении, думали ещё французские материалисты XVII в. и признавали единственной причиной этого земное притяжение. Английский естествоиспытатель Т.Э. Найт устроил «огород» на ободе колеса действующей водяной мельницы. Семена фасоли все как одно выбросили стебли к ступице колеса (т.е. к его центральной части), а корни — наружу: растения простодушно приняли центробежную силу за силу тяжести. С тех лор центрифуга (устройство, создающее перегрузки под действием центробежной силы) вошла в технический арсенал ботаников. Растения реагируют на центробежную силу даже тогда, когда она в несколько тысяч раз меньше нормальной силы земного притяжения. Многие учёные считают, что вся эволюция флоры проходила в условиях явного избытка земного тяготения. Для развития высших растительных организмов тяготение, пусть даже неуловимо малое, жизненно необходимо. Понять истинную роль силы тяжести в жизни растений стало возможным после того, как человек оторвался от своей планеты и проник в мир невесомости. 95
Энциклопедия для детей ш£ отличие, тем отчётливее аномалии $Щ силы тяжести, тем эффективнее применение гравитационного метода для поисков полезных ископаемых. Наиболее широко применяется гравиметрия при поисках нефти и газа. При разведке рудных месторождений прямым поисковым методом нередко становится гравиметрический, т.к. с его помощью ищут непосредственно само рудное тело. Залегает оно, как правило, неглубоко, протяжённость залежи невелика, зато плотность рудного тела значительно превосходит плотность вмещающих пород. Успешно применяют гравиметрию при поисках месторождений руд, содержащих серу, медь, а также для разведки месторождений апатитов, угля, соли. С помощью гравиразведки можно определить мощность (толщину) льда — это делается при исследованиях ледников Антарктиды и Гренландии. Кроме того, данные гравиметрии — это важный источник сведений о структуре земной коры. С их Г ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ ТОЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ ЗЕМЛИ ДО ЛУНЫ? во-первых, это позволит точнее определить лунную орбиту, а также малые нерегулярные колебания Луны вокруг своего центра тяжести. Именно эти непериодические покачивания, называемые либрациями, позволяют нам наблюдать больше половины лунной поверхности. По мнению учёных, либрации обусловлены не только тем, что Луна имеет эллиптическую орбиту, но и неравномерным распределением масс в недрах Луны. Получив более надёжную основу для того, чтобы точно определить внутреннюю структуру Луны, мы сможем заглянуть в прошлое нашего естественного спутника. Во-вторых, это поможет пополнить наши знания о Земле. Существует много различных теорий, пытающихся объяснить дрейф континентов. Многократные измерения расстояния до Луны с нескольких наблюдательных станций, расположенных в разных местах земного шара, могут помочь проверить, насколько верны эти гипотезы. Известно, что Северный полюс нашей планеты не «стоит» на одном месте. За год он может, совершая сложные круговые движения, «пройти» путь до 100 м. Одни учёные связывают движение полюса с перемещениями атмосферных масс, другие — с взаимодействием между ядром Земли и её мантией, третьи ищут объяснение в перемещениях земной коры. Последняя гипотеза предполагает существование определённой связи между смещениями полюса и крупными землетрясениями. Если это так, то длительные и точные измерения расстояния от Земли до Луны позволят лучше понять природу землетрясений и, может быть, даже помогут предсказывать землетрясения. Наконец, высокая точность измерений даёт возможность снова «использовать» Луну, как это делал Ньютон, в качестве своеобразного «прибора» для проверки некоторых положений теории гравитации. Наука получит ответ на вопрос: остаётся ли ускорение свободного падения неизменным или медленно убывает со временем? По мнению некоторых физиков, такое убывание может происходить в связи с расширением Вселенной. 96 помощью определяют границу между осадочным чехлом и кристаллическим фундаментом на платформах, а также глубину залегания нижней границы земной коры — поверхности Мохо. До сих пор речь шла об изменениях силы тяжести в пространстве. Однако она изменяется и во времени. Самое простое и общеизвестное изменение силы тяжести связано с гравитационным влиянием Луны и Солнца. Эти изменения вызывают на Земле приливы и отливы. Однако сила тяжести может изменяться и благодаря некоторым природным процессам, происходящим на самой Земле. Если где-либо на глубине есть большая пещера — карстовая полость, весной её заполняют талые воды, и сила тяжести увеличивается, а летом, когда полость освобождается, сила тяжести уменьшается. Таким образом она будет меняться в течение года. С помощью гравиразведки можно даже следить за ростом подземных полостей. На Красной площади в Москве с помощью гравиметрической съёмки установили место, где раньше располагались фундаменты сооружений. Полагали, что фундаменты торговых рядов, на месте которых затем построили ГУМ, остались целиком под его зданием. Однако съёмка установила, что это не так: торговые ряды занимали также и часть современной Красной площади перед ГУМом. На карте, построенной по результатам этой съёмки, отчётливо выделяется местоположение одной из уже не существующих церквей «на валу» — над засыпанным рвом, окружавшим Кремль. На Боровицкой площади, примыкающей к Кремлю с юго-западной стороны, аномалии силы тяжести показали, что здесь находятся туннель метро и река Неглинка. Иногда случались и казусы. Археологи обратили внимание на две аномалии силы тяжести на Боровицкой площади, там, где стоял храм Святого Николая Стрелецкого. Одна из этих аномалий действительно соответствует подклету (части фундамента) церкви, другая же оказалась просто колодцем линии связи. В подвале одной из церквей Успенского монастыря в городе Александрове (Владимирская область) была обнаружена гравитационная аномалия. Это позволило предполагать, что под полом подвала существует некое небольшое сооружение. Когда же пол вскрыли, то выяснилось, что более двух веков назад в грунт очень плотно забили десятка полтора деревянных свай. Они полностью сгнили и оставили после себя вертикальные цилиндрические отверстия. На дне их осталась древесная труха, позволившая установить, что сваи были сосновые... Гравиметрический метод исследования сравнительно дёшев, оперативен в применении и совершенно безвреден. Он имеет хорошие перспективы. Неудачи и ошибки, как и в любом другом методе, могут быть всегда. Один из путей их устранения — применение совместно с гравиметрией и других методов.
ВНЕШНИЕ СИЛЫ ЗЕМЛИ ВЫВЕТРИВАНИЕ. РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ^>i давних времён гранит был олицетворением i I стойкости, прочности. Выражение «стойкий ^■/как гранит» можно было в равной степени отнести к волевому, несгибаемому человеку, дружбе или какому-нибудь сооружению. Однако даже гранит рассыпается в мелкий щебень, крошку и песок, если его длительное время подвергать воздействию перепада температур, активных кислот, замерзающей и оттаивающей воды. Ничто не вечно на нашей Земле, и всё изменяется, включая самые крепкие горные породы. С первыми лучами солнца высоко в горах начинают таять снег и лёд. Капли воды, сливаясь в тоненькие ручейки, текут по склонам, образуя ручьи и, наконец, горные реки. Вода проникает в мельчайшие трещины и углубления горной породы. Ночью температура падает на несколько градусов ниже нуля, и вода в трещинах превращается в лёд, увеличиваясь в объёме на 9%, раздвигая стенки трещины, расширяя и углубляя её. Так продолжается день за днём, год за годом. Постепенно трещина разовьётся настолько, что отделит кусок горной породы от основного массива, и тот скатится вниз по склону. Этот процесс, идущий постоянно и приводящий к медленному, но верному разрушению горных пород, называется выветриванием. Как видим, это отнюдь не работа ветра, а разрушение горных пород в самой поверхностной зоне земной коры под влиянием разных причин. Эту зону иногда называют зоной гипергенеза (от греч. «гипер» — «над», «сверху» и «генезис» — «рождение», «происхождение»). Конечно, выветривание — не только действие расширяющейся при замерзании воды, а совокупность многих факторов: колебаний температуры; химического воздействия различных газов и кислот, растворённых в воде; воздействия органических веществ, образующихся при жизнедеятельности растений и животных и при их разложении после смерти; расклинивающие действия корней кустарников и деревьев. Иногда эти факторы действуют вместе, иногда по отдельности, но решающее значение имеют резкая смена 98
температуры и водный режим. Поэтому в зависимости от преобладания тех или иных факторов выделяют физическое, химическое и биогенное выветривание. ФИЗИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ Для чего на стыках рельсов делается зазор в несколько сантиметров? Чтобы при нагревании в жаркую летнюю погоду, когда рельсы расширятся и удлинятся, железнодорожный путь не искривился. Стальные и железные мосты тоже расширяются в жару, поэтому в их конструкциях также предусмотрены зазоры. В пустынях, где днём невозможно притронуться к камню — такой он горячий, — ночью температура резко падает. Горные породы, как и рельсы, подвергаются то нагреванию, то охлаждению и соответственно расширению и сжатию. Но в отличие от рельсов горные породы, например граниты и базальты, состоят из разных минералов, которые обладают различным цветом, строением и, что самое главное, различной теплопроводностью. За счёт разного расширения в этих минералах возникают большие напряжения, неоднократное действие которых приводит в конце концов к ослаблению связей между минералами, и порода рассыпается, как говорят, в труху, превращаясь в дресву — скопление мелких обломков, щебня, грубого песка. Подобное температурное выветривание особенно эффективно в магматических и метаморфических породах, состоящих из разнообразных по своим свойствам минералов, которые имеют различную теплопроводность. Эти минералы, то расширяясь, то сжимаясь, «раскачивают» прочные связи между собой, и, наконец, утратив их совсем, порода рассыпается, превращаясь в щебень и грубый песок. В пустынных районах Сирии несколько тысячелетий назад происходили излияния базальтовых лав. В наши дни пейзаж этих мест поражает своей мрачностью: вокруг лишь бесконечный хаос грубых чёрных обломков базальтов, образовавшихся на лавовых потоках за счёт температурного выветривания. Температурное выветривание особенно активно происходит в областях с жарким континентальным климатом — в пустынных районах, где очень велики суточные перепады температуры. Различные породы разрушаются с разной скоростью. Так, Великие пирамиды в Гизе, недалеко от Каира (Египет), сложенные из глыб желтоватых песчаников, ежегодно теряют 0,2 мм своего наружного слоя, что приводит к накоплению осыпей (например, у подножия пирамиды Хуфу образуются осыпи объёмом 50 м3 в год). Скорость выветривания известняков составляет 2—3 см в год, а гранит разрушается намного медленнее. На гранитных блоках, высеченных в Внешние силы Земли Асуане 5400 лет назад, в результате I^Gpwv выветривания образовался рыхлый |ВиВйай1| слой толщиной 5—10 мм. А блоки известняка, из которых примерно 250 лет назад построена крепость Кременец на Украине, за это время успели разрушиться почти на 25 см, и рыхлый материал был унесён дождями и ветром. Физическое выветривание каменные шары, сформированные под действием ветра, дождя и перепадов температуры (Австралия). «Каменная боба» — одна из форм выветривания {Австралия) 99
Энциклопедия для детей 10 м Образование шаров при выветривании базальтовых интрузий — силлов — в долине реки Нижняя Тунгуска. Иногда выветривание приводит к своеобразному шелушению, или десквамацхш (от лат. desquama- ге — «снимать чешую»), — отслаиванию тонких пластинок от поверхности обнажения горных пород. В результате неправильные по форме глыбы со временем превращаются в почти правильные шары, напоминающие каменные пушечные ядра. В Восточной Сибири, в долине реки Нижняя Тунгуска, на пластовых базальтовых интрузиях — силлах — такие шары разбросаны в огромном количестве. Их даже принимали за валуны, обкатанные рекой * Разрушающее действие на горные породы в пустыне оказывают кристаллики солей, образующиеся при испарении воды в тончайших трещинках и увеличивающие давление на их стенки. Капиллярные трещинки под действием этого давления расширяются, и монолитность породы нарушается. В полярных областях расклинивающее воздействие замерзающей воды на горные породы особенно велико. Чем больше в породе пор, способных заполняться водой, тем быстрее она разрушается. В высокогорных областях скалистые вершины, как правило, разбиты многочисленными трещинами, а их подножия скрыты шлейфом осыпей, которые сформировались за счёт выветривания. Поскольку прочность и монолитность даже у одной и той же горной породы разная, то одни её участки поддаются выветриванию быстрее, чем Д Роберте. «Сфинкс» XIX в 100
другие. Такое избирательное выветривание приводит к образованию углублений, ямок, ниш, и горные породы приобретают ячеистый облик. Так, например, в Крыму, в окрестностях Бахчисарая, в песчанистых известняках верхнемеловой эпохи наблюдается неравномерное окремнение (т.е. замещение кремнезёмом). Более плотные, окремнённые участки горных пород выступают, а более рыхлые выветриваются быстрее и образуют небольшие углубления — ячеи. Благодаря избирательному выветриванию появляются разнообразные «чудеса природы» в виде арок, ворот и т.д., особенно в пластах песчаников, — например, знаменитая гора Кольцо около Кисловодска на Северном Кавказе, которой любовался Михаил Юрьевич Лермонтов. На склоне горы Демерджи в Крыму находится заповедник с каменными «истуканами» — огромными столбами высотой в десятки метров, образованными в конгломератах (т.е. сцементированных галечниках) верхней юры. Неравномерная цементация конгломератов в результате избирательного выветривания привела к формированию разнообразных колонн, «грибов», «идолов» и других причудливых форм рельефа. Для многих районов Кавказа и других гор очень характерны так называемые «истуканы» — пирамидальные столбы, увенчанные крупными камнями, даже целыми глыбами размером 5—10 м и более. Эти глыбы предохраняют от выветривания и размыва нижележащие отложения (образующие столб) и похожи на шляпки гигантских грибов. На северном склоне Эльбруса около знаменитых горячих источников Джилысу есть овраг, называемый Кала-кулак, что по-балкарски означает «овраг замков». «Замки» представлены огромными столбами, сложенными относительно рыхлыми вулканическими туфами. Эти столбы увенчаны крупными глыбами лав, раньше слагавшими морену — ледниковые отложения, возраст которых 50 тыс. лет. Морена впоследствии разрушилась, а часть глыб сыграла роль «шляпки» гриба, предохранившей «ножку» от размыва. Такие же «пирамиды» есть и в долинах рек Чегем, Терек и в других местах Северного Кавказа. Необходимо напомнить, что и современная хозяйственная деятельность человека также усиливает процессы физического выветривания. Когда при вспашке сдирается дёрн на миллионах гектаров, вырубаются леса, кустарники, осушаются болота, прокладываются дороги, туннели, роются гигантские карьеры, всё это нарушает природное равновесие. Эрозия (разрушение пород водными потоками) и выветривание начинают происходить быстрее. ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ Химическое выветривание связано с процессами химического изменения горных пород и образо- Бнешнае силы Земли ванием новых минералов. Особенно IdfipL^J благоприятные условия для такого вы- |ВЕшЯ| ветривания создаются во влажном тропическом климате, в местах с обильной растительностью. В результате переработки огромной биомассы, её гниения и разложения в избытке образуются агрессивные органические кислоты, которые энергично преобразовывают различные минералы. На важную роль биосферы в геологических процессах указывал наш выдающийся учёный Владимир Иванович Вернадский. Когда говорят о химическом выветривании, то обычно имеют в виду процессы окисления, растворения, гидратации и гидролиза. Окисление (соединение минералов с кислородом) хорошо развито, например, в железных рудах Курской магнитной аномалии, где минерал магнетит (FeFe204) превращается в химически более устойчивую форму — гематит (ГегОз), образующий богатые рудные «железные шляпы», т.е. скопления хорошей руды. Пирит (FeS2) при окислении Карл Бодмер «Скалистые образования на Верхней Миссури» XIX в. 101
различных гидроксидов железа). Гидратация связана с присоединением воды к минералу. Таким образом ангидрит (CaSC^) превращается в гипс (CaS04 • 2Н2О), содержащий две молекулы воды. При гидролизе, т.е. разложении сложного вещества под действием воды, полевые шпаты переходят в конце концов в минералы группы каолинита — белые пластичные глины (из них делают лучший фарфор), содержащие алюминий, кремний и молекулы воды. Гора Каолинь в Китае сложена именно такими глинами. При растворении из горной породы удаляются некоторые химические компоненты. Такие породы, как каменная соль, гипс, ангидрит, растворяются в воде очень хорошо. Известняки, доломиты и мраморы растворяются несколько хуже. В воде всегда содержится углекислота, которая, вступая во взаимодействие с кальцитом, разлагает его на ионы кальция и гидрокарбоната (НСОз). Поэтому известняки всегда выглядят как подвергшиеся травлению, т.е. избирательному растворению. На них образуются желобки, бугорки, выемки. Если известняк местами испытывает окремнение (замещение кремнезёмом) и становится более прочным, то эти участки при выветривании всегда будут выступать, образуя, например, такие формы рельефа, как возвышенности.
Внешние силы Земли БИОГЕННОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ Биогенное выветривание связано с активным воздействием на горные породы растительных и животных организмов. Наверное, многие наблюдали, как в трещинах камней, на старых домах, на асфальте растут трава, кусты и даже деревья. Их корни, которые углубляются в трещины, расталкивают в стороны куски породы или кирпичи. Асфальтовое покрытие над такими корнями вздувается и, наконец, разрушается. Поваленные бурей деревья с вывернутой корневой системой обнажают более глубокие слои пород, которые начинают быстрее разрушаться. После сильных дождей набухшие корни деревьев оказывают сильное расклинивающее действие на породы. В давние времена, чтобы расколоть большие камни, в трещины в камнях вбивали деревянные клинья и обильно поливали их водой. Клинья разбухали и разрывали камни. Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют огромное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность; даже черви и муравьи разрушают поверхностный слой почвы. Выделяющиеся при разложении органических остатков углекислый газ и гуминовые кислоты попадают в воду, которая при этом резко усиливает свою растворяющую способность. Растительный покров способствует накоплению влаги и органических веществ в почве, благодаря чему увеличивается время химического выветривания. (Надо сказать, что под покровом почвы выветривание происходит интенсивнее, т.к. горную породу растворяют также и органические кислоты, содержащиеся в почве.) Бактерии, которые распространены повсеместно, образуют такие вещества, как азотная кислота, углекислый газ, аммиак и другие, способствующие скорейшему растворению минералов, содержащихся в горных породах. Таким образом, процессы физического, химического и биогенного выветривания идут постоянно и повсеместно. Под их влиянием медленно, но неотвратимо разрушаются даже самые прочные горные породы, постепенно превращаясь в дресву, песок и глину, которые водными потоками переносятся на огромные расстояния и в конце концов вновь отлагаются в озёрах, океанах и морях. Следует сказать ещё об одном крайне важном явлении, связанном с процессами выветривания. Выветривание слоистых горных пород. Пустыни Северной Америки. юз
Энциклопедия для детей Это образование так называемых кор выветривания, особенно хорошо выраженных в тропических областях, где почти везде присутствует мощный, до нескольких десятков метров толщиной, слой переработанных горных пород обычно красного цвета. Он представляет собой сложное сочетание разнообразных, в основном глинистых, минералов, содержащих оксиды и гидроксиды алюминия и железа. Такая кора выветривания получила название лате- ритной (от лат. later — «кирпич»); своим красным цветом она напоминает раздробленные кирпичи. Кроме современных кор выветривания выделяются и древние коры, образованные в условиях выровненного рельефа (иначе кора была бы размыта) при жарком и влажном климате. С такими корами связаны крупные месторождения бокситов, из которых получают алюминий. В корах выветривания встречаются также большие скопления руд кобальта, никеля, марганца, железа и других ценных полезных ископаемых. ЦИВИЛИЗАЦИИ НА ВУЛКАНАХ в центре Анатолии (азиатская часть современной Турции) находится совершенно уникальный район — Каппадокия. Это место существования древнейших цивилизаций и вместе с тем природный геологический музей. Примерно 5—7 млн лет назад здесь происходили грандиозные взрывные извержения вулканов. В результате этого образовались мощные, десятки и сотни метров толщиной, покровы пемзовых туфов белого или слегка желтоватого цвета, распространявшиеся потоками во все стороны от центров извержений. Спустя несколько миллионов лет на этом туфовом пьедестале вы- росли крупные вулканы: Мелендиздаг, Эрджиясдаг, Хасан- даг, чьи великолепные конусы высотой более 3 км увенчаны снежными шапками, резко выделяющимися на фоне безоблачного неба Анатолии. Последние извержения этих вулканов происходили всего несколько тысяч лет назад. На стенных росписях в древнейшем поселении Чатал Хююк, относящемся к VII тыс. до н.э., изображено извержение вулкана Хасандаг. За миллионы лет в пемзовых туфах эрозия выработала совершенно фантастический рельеф. Благодаря тому что пласты туфов имеют разную плотность, природа создала невероятные по своей форме а башни», «крепости», «дворцы» и т.д. Так как плотные туфы бронируют, прикрывают от Древний город, прекрасно сохранившийся в туфах. Каппадокия Турция). 104
Внешние силы Земли разрушения более мягкие, образовывались «крыши», «шляпки грибов». Символом Каппадокии являются три столба со «шляпами», которые называются «сказочными каминными трубами». Там, где нет слоев прочных туфов, образуется изумительный рельеф — белые пики или островерхие гряды, рассечённые глубокими рытвинами. Вид такого пейзажа напоминает фантастические изображения каких- то планет, но не привычный нам рельеф Земли. В этих туфах, очень мягких и пригодных для рытья в них пещер, издревле существовали поселения, причём ещё со времён неолита и бронзового века. На протяжении тысячелетий разные племена, очутившиеся здесь на перекрёстке путей с запада на восток, с востока на запад и с севера на юг, строили деревни и целые города в этих туфовых обрывах. Во многих местах туфы сплошь «изъедены» пещерами разного размера, и скалы выглядят, как швейцарский сыр с дырками. В деревне Каймакли расположен прекрасно сохранившийся 4-этажный подземный город, в котором жили многие поколения людей ещё задолго до нашей эры. Около деревни Горем поражают воображение древние христианские церкви X—XII вв. н.э., вырубленные в туфовых скалах и украшенные великолепными фресками. Если подняться на вершину одного из холмов в долине Горема, то взору откроются бесконечные «башни», остроконечные выступы, белые гряды, между которыми виднеются редкие рощицы и деревни. А завершает этот пейзаж синевато-белая громада вулкана Эрджияс- дага на горизонте. ш Голец — плоская вершина одного из горных хребтов в Забайкалье. Мороз, лёд, вода и сила тяжести разрушили острый гребень, раздробив крепкие горные породы — аргиллиты и алевролиты — на тонкие пластинки и переместив их вниз по склону. РЕКИ — РАЗРУШИТЕЛИ И СОЗИДАТЕЛИ щ ГТ)ода везДесУЩа- Поистине Земля — это г^! планета воды. Вода не только покрывает -_и^более 3/4 всей её поверхности, не только парит над ней в воздухе в виде облаков, но и наполняет живительной влагой сушу. Каким образом она попадает на сушу — известно. Потоки, низвергающиеся с небес в виде дождей, и лёгкие снежинки, зимой покрывающие всё вокруг белым ковром, — это та влага, которую море посылает на сушу через атмосферу. Однако с геологической точки зрения дар моря скорее напоминает легендарного троянского коня, которого данайцы отправили доверчивым защитникам древней Трои. Для суши вода — сильнейший разрушитель той части земной коры, которая возвышается над уровнем моря. Вспомним, что она поднимается над водой только благодаря активности внутренних сил Земли. Континенты и острова — порождение эндогенных процессов, и поэтому не случайно именно на сушу направлена основная мощь противостоящей «армии» экзогенных внешних процессов, которые используют энергию атмосферы и гидросферы. Главной их «ударной силой» выступает текучая вода. Какую же работу производят на суше водные потоки? С первого взгляда всё достаточно просто. Повинуясь силе тяжести, вода собирается в понижениях и устремляется обратно к морю. По пути она отчасти растворяет горные породы; но главное — вода прихватывает с собой нерастворимые минеральные частицы. Часть захваченного материала текучая вода оставляет по пути, 105
Энциклопедия для детей Ущелье в горох Западного Памира, прорезанное небольшой рекой Петляющая (меандрирующая) река в широкой горной долине остальное выносит в море. Подсчитано, что все реки таким образом за год «облегчают» сушу (размывая её) примерно на 20 млрд т. Если бы не постоянные поднятия земной коры, все выступающие над уровнем моря её участки были бы размыты водой за весьма короткий (в геологическом масштабе) срок — за 200 млн лет. И тогда на всём пространстве планеты плескался бы единый безбрежный океан. РЕКА И ДОЛИНА Большая часть форм рельефа суши создана или самими текучими водами, или при их активном участии. Наибольшее разнообразие облику суши придают бесчисленные речные долины. Они пересекают материки во всех направлениях, то едва заметные среди бескрайних равнин, то зияющие среди гор глубочайшими ущельями. Река немыслима без долины, как, впрочем, и долина немыслима без реки. И реки, и долины, вероятно, существуют с тех давних пор, как первые капли дождя упали на отвердевшую сушу. Миллиарды лет «вгрызаются» реки в земную твердь. Много раз они исчезали и появлялись вновь, меняли направление своего течения. Как оценить размеры преобразований, которые произвели реки и вообще все текучие воды на суше? Давайте мысленно взойдём на горный гребень, возвышающийся над одним из многочисленных ущелий, и оглядимся вокруг. В этом путешествии нам помогут подходящая фотография или рисунок горной долины. Вглядитесь в очертания долины. Оцените плавные изгибы русла реки и геометрически правильные контуры площадок — террас над ней. Переведите взгляд на склоны, которые образуют борта долины. Очень важно понять тот факт, что всё пространство между склонами некогда заполнял единый с ними массив горных пород. Куда же они исчезли? Их — песчинка за песчинкой, камень за камнем — вынесла та река, что вьётся змейкой внизу. Только теперь, спустя сотни тысяч лет, в течение которых неустанно трудился этот водный поток, мы можем как бы заглянуть в недра Земли на глубину до 6 км — такие глубокие ущелья встречаются в высокогорьях. Грандиозно? Бесспорно. Это впечатляет всякий раз — и неискушённого наблюдателя, и опытного исследователя, — когда приходится задумываться о том, как появились эти долины. Часто бывает, что чем больше долина, тем крупнее речка, которая струится по её дну. Только рассматривать этот факт надо иначе: большая река и долину для себя образовала пошире и поглубже. Как бы ни были высоки горные вершины, следует мысленно нарастить даже высочайшие из них, чтобы представить себе первоначальный объём пород, из которого началось формирование современного облика горной страны. Однако справедливости ради надо сказать, что горы эти, возможно, никогда и не достигали такой высоты. 106
Внешние силы Земли Они росли постепенно. Так же постепенно и одновременно с поднятием они разрушались, а их обломки уносились прочь рекой. И этого мало. Подлинные размеры того, что совершил малосильный на вид поток, станут очевидны только тогда, когда мы поймём: в пространстве, открывающемся нашим глазам, вода пронесла и весь материал, смытый с верховьев реки и из долин её притоков. А это значит, что очерченный мысленно объём горных пород надо увеличить в десятки, сотни, а для крупнейших рек — ив тысячи раз. Какой же слой горных пород успела потерять земная кора с тех пор, как «имела неосторожность» приподняться над океаном? Конечно, всё зависит от того, как долго и с какой скоростью переносились различные горные породы, слагающие земную кору, и как быстро поднималась суша, — а эти величины для разных территорий очень сильно различаются. Если же задаться целью определить максимальную толщину слоя разрушенных горных пород, то нужно упомянуть следующее: есть на планете места, где можно поднять и взять в руки обломок горной породы, которая миллионы и миллиарды лет назад находилась на глубинах в несколько десятков километров. Она не вынесена наверх с магмой, она «откопана», освобождена от залегавших выше толщ совместным действием внешних сил Земли, но в основном текучей водой. По некоторым подсчётам толщина слоя разрушенных и смытых водой горных пород местами достигает 40 км. КАК РЕКА УГЛУБЛЯЕТ И РАСШИРЯЕТ СВОЁ русло Текучая вода не может не работать. Образовав единый поток, она начинает перемещать вниз по течению всё, что попадается на её пути, — если сможет. Сила потока в верховьях поначалу невелика, и он часто бессилен сдвинуть крупный обломок самостоятельно; но после того как поток сольётся с другими ручьями, он уже способен переносить не только песчинки, но и мелкие камни. Энергия текучей воды зависит от величины уклона русла. Горные реки в этом отношении намного энергичнее равнинных. Кто стоял на берегу горной реки, наверное, помнит неумолчный грохот перекатывающихся камней. Попавшие в русло реки обломки уносятся водой вниз по течению далеко от места своего «рождения». Берега становятся выше, дно углубляется. На дне реки обнажаются прочные горные породы. Они часто бывают пронизаны трещинами и в конце концов поддаются тем усилиям, которые прикладывает к ним агрессивная текучая вода, и разрушаются. А ещё реке помогают камни и песчинки, которые используются ею как абразив (от лат. abrasio — «соскабливание») для истирания горных пород. Разрушение и углубление дна водным Большой Каньон Макет из Немецкого музея Направление максимально быстрого течения (стрежень) в реке. А — в плане; Б — циркуляция воды в русле в поперечном сечении 107
Энциклопедия для детей Стадии размыва обрывистого берега и накопление песка на более пологом берегу. Вода с силой бьёт в дно, ) ) / У 1 1 \ V 4V делая в нем нишу Галечник и песок Водопад на реке и его отступание Подмытые блоки горных пород обрушиваются, и бровка водопада отступает вверх по течению реки Меондрирующее русло реки выступает и как природный разрушитель, и как созидатель Размывая один берег и наращивая другой, река распределяет обломочный материал по крупности зёрен БОКОВАЯ ЭРОЗИЯ РЕКИ потоком называется эрозией (от лат. erodere — «разъедать»). Очень интересно трудится, углубляя дно, водопад. Если уступ отвесный, а поток, который обрушивается с него, мощный, то вода в реке под водопадом начинает быстро вращаться. Она вовлекает во вращение камни и с их помощью высверливает на дне реки глубокую яму. Более того, используя эти камни, она подкапывает основание уступа, и таким образом его верхняя часть нависает над ямой и через некоторое время обрушивается в неё. Не только дно, но и берега подвергаются атаке воды. С ними происходит всё то же самое; отличие лишь в том, что реке приходится справляться с большим объёмом материала: надо не только удалить часть горных пород, которые слагают сам берег, но и то, что осыпается и обрушивается с крутого берега. Опасное это место — такой берег: здесь довольно глубоко, река ведёт разрушительную работу, как правило, здесь самое сильное течение. С нависающего обрыва то и дело рушатся камни, осыпается почва вместе со всем тем, что на ней находится. Часто можно видеть такую картину: дерево наклонилось в сторону реки, из обрыва уже торчат корни — ясно, что дни его сочтены. Размыв берега называется боковой эрозией. Река подмывает, как правило, один из берегов, оставляя противоположный нетронутым, и часто □ Песчаный прирусловый вал, образующийся в результате выноса песка с размываемого противоположного берега | Глинистые осадки i заливаемой поймы | Бывшее русло, | заполненное песком и гравием 108
Внешние силы Земли отступает от последнего. Поэтому русло постепенно смещается в сторону подмываемого берега. Прекрасные песчаные речные пляжи, которые привлекают летом множество любителей искупаться и позагорать, располагаются как раз напротив подмываемого берега. Поскольку подмываемые берега вниз по течению чередуются — то правый, то левый, — со временем русло становится всё более и более извилистым. Река образует петли, которые называются меандры (от греч. «Ме- андрос» — древнее название очень извилистой реки на полуострове Малая Азия, ныне Большой Мендерес). С помощью такой «хитрости» поток формирует долину, ширина которой намного больше его собственной ширины. Временами соседние излучины реки (меандры) изгибаются настолько, что соприкасаются друг с другом. Перемычка между ними прорывается, и река таким образом спрямляет своё русло. Оставшаяся «не у дел» часть излучины вскоре «отмирает»: заносится песком и илом, частично зарастает. От нее остаётся лишь серповидно изогнутое продолговатое озерцо — старица. Это свидетель былых блужданий реки по долине. РЕЧНЫЕ ТЕРРАСЫ Кроме размыва дна и берегов у реки всегда есть ещё одна забота: надо постоянно переносить вниз всё, что попадает в неё из верховьев, и то, что Обрывистый берег Образование меандров и стариц при развитии реки На пологом берегу накапливаются пески, а обрывистый берег подмывается Карл Бодмер «Вид Ниагары» XIX в 109
Энциклопедия для детей dfipJ*\ приносят притоки. Хватит ли у неё сил |BKifi3l| справиться с поступающей сверху массой песка и камней? Это зависит от многих причин. Если реке становится не под силу переносить всё это, то ей приходится часть рыхлого материала «складировать» на дне долины, оставляя его до того времени, когда она снова будет в состоянии врезаться в дно и унести часть накопленного. Очень часто река, сместив в сторону русло, начинает углублять долину в новом месте, «забывая» часть накопленного материала на берегу. Гуляя вдоль реки по удивительно ровной площадке долины, мы должны знать, что раньше здесь было дно той реки, которая течёт внизу неподалёку. Речная терраса (от лат. terra — «земля») может зарасти густой травой или лесом — но, копнув поглубже, можно обнаружить чистый речной песок и округлые камешки (галь- Ущелье Кши-Аксу. Миллионы лет трудился над его созданием небольшой горный поток, который струится по дну, пропиливая поднимающийся участок земной коры и унося далеко за его пределы обломки — продукты разрушения горных пород (Западный Тянь-Шань) ку), которые некогда перекатывались по речному дну. Это может быть только в случае аккумулятивных террас. Но бывают и эрозионные террасы, с которых смыт весь рыхлый материал. Таких террас может быть несколько — целая лестница. По ним хорошо видно, как река постепенно углубляла долину, потому земная кора в этом месте поднималась. КАК ДАЛЕКО РЕКИ ПЕРЕНОСЯТ ЧАСТИЦЫ ГОРНЫХ ПОРОД? Если горная река короткая и бурная, то скорее всего её «пленники» будут доставлены в то море, в которое она впадает. Если же река длинная, с плавным течением, — таковы, например, великие реки, текущие по равнинам, — то судьба частиц, подхваченных потоком в их верховьях, будет иная. При этом весь путь — от истока до устья — без задержки и в полном объёме пройдут лишь вещества, полностью растворённые в воде. Частички горных пород, поднятые со дна реки, а также поступившие в поток с берега (т.е. весь нерастворимый материал, который перемещается рекой вниз по течению), называются аллювием (от лат. alluvio — «нанос», «намыв»). Обломки могут иметь разные размеры и форму. Дальнейшая их судьба во многом зависит от того, в какую реку они попали, что встретится на их пути, но главное — от их собственных свойств. Нерастворимые частицы поток рассортирует по размерам и удельному весу. Самые мелкие — илистые частицы менее 0,1 мм и глинистые размером от 0,005 до 0,01 мм — будут путешествовать в потоке во взвешенном состоянии. Они долго не оседают даже в спокойной воде. Это та самая муть, которая так портит внешний вид реки. Она может путешествовать в потоке многие тысячи километров, вплоть до озера или моря, куда впадает река. Часто мутными бывают реки равнин, подмывающие глинистые берега и собирающие дождевые потоки с распаханных полей. Не случайно одна из великих китайских рек называется Хуанхэ, что в переводе на русский язык означает «жёлтая река»: слишком много в её воде пылеватых частиц (т.е. частиц размером от 0,01 до 0,1 мм), смытых с полей на плато Ордо'с, что в среднем течении реки. Горные реки тоже бывают переполнены мельчайшими пылеватыми и глинистыми частицами, отчего воды их окрашиваются в различные цвета — от молочно-белого до коричнево-красного. Такова, например, река Сурхоб в горах Памиро- Алая — её название в переводе с таджикского означает «красная вода». Перекатываясь в потоке, крупные обломки раскалываются и перетираются, образуя массу песка, т.е. частиц размером от 0,1 до 1 мм. Реки — главные производители песка. Бывает, что они «заимствуют» его из береговых обрывов, где более древний песок может иметь иное (озёрное, морс- 110
Внешние силы Земли кое) происхождение или быть принесённым ветром. Но чаще берега сложены речным песком. Это любимый строительный материал, используемый реками. В медленно текущей воде песок оседает на дно, где перекатывается и перемещается вниз по течению. Задерживаемый препятствиями, песок передвигается вниз намного медленнее, чем водный поток. Долго держать песок во взвешенном состоянии может лишь быстрая горная река. Если на пути не встретится ловушка — озеро или водохранилище, — река в конце концов может донести песок до устья, т.е. на расстояние нескольких сотен, а то и тысячи километров. Однако далеко не всем песчинкам удаётся добраться до финиша. Там, где течение реки замедляется, часть песка откладывается на дне. Судьба обломков, которые крупнее песчинок, более сложна. Прежде всего заметим, что, попав в водный поток, они быстро лишаются острых углов, становятся окатанными, превращаясь в гальку. Это первый шаг к их измельчению и последующему уничтожению. Если попались обломки крепких горных пород — гранитов, гнейсов, базальтов, — то быстро расправиться с ними не удаётся и река начинает накапливать каменный материал в своём русле. В первую очередь останавливаются на дне валуны — округлые, окатанные камни длиной более 10 см, затем галька — обкатанные обломки помельче (от 1 до 10 см) и гравий — округлые частицы от 1 мм до 1 см в диаметре. Гальку и валуны в состоянии передвигать только быстрый поток. И всё равно они не могут надолго оторваться от дна и совершают короткие прыжки вниз по течению. Из-за такого своеобразного способа передвижения речная галька становится плоской и слегка удлинённой. Валуны просто перекатываются по дну, и сделать это под силу только бурному потоку. Мощные горные реки, зажатые между скалами, передвигают и огромные глыбы до 1 м в поперечнике, но чаще валуны в горных реках лежат неподвижно, омываемые водой. Они ждут очередного паводка, который перекатит их вниз на несколько десятков, в лучшем случае на несколько сотен метров. Понятно, что скорость движения их невелика. И путешествуют они в воде, как правило, на небольшие расстояния, хотя известны примеры, когда валуны проходили в общей сложности и более 100 км (в реках Памира, Кавказа, Алтая). Реки, выходя с гор на равнину, практически полностью избавляются и от валунов, и от гальки. Общая длина пути первых исчисляется десятками километров, вторых — максимум несколькими сотнями километров. КУДА РЕКИ НЕСУТ свой груз? Мы уже говорили, что реки выносят в океан 20 млрд т вещества в год. Больше всего твёрдых частиц поставляют реки самого круп- #5р*У ного материка — Евразии: около 3/4 [мВшй!! общего объёма материала, выносимого реками всех континентов. Те вещества, которые были полностью растворены в речной воде, остаются в виде растворов и в морской воде. Глинистые частицы обычно отлагаются на морском дне вдали от берега, песок — ближе; гравий и галька могут подхватываться морскими течениями, могут разноситься прибоем вдоль берега. Но некоторые реки приносят столько обломков, что море уже не справляется с ними, и они остаются в месте впадения реки в море — в устье. Река таким образом начинает наступать на море, шаг за шагом наращивая сушу. И вот она выдвинулась далеко — на десятки километров — за старую линию берега! Самый известный пример того — устье великой африканской реки Нил. Уже древние греки подметили, что он до впадения в Средиземное море распадается на несколько рука- Крупные глыбы и валуны, выстилающие дно небольшой горной реки. Они лежат неподвижно, пока уровень воды в реке невысок, и начинают перекатываться по дну во время паводка. in
Энциклопедия для детей [d&ftJLl вов* ^ текут они среди низких берегов JBBBbBSJJ по совершенно плоской равнине, которая затапливается во время разлива. По форме намытый Нилом участок суши напоминает треугольник или заглавную греческую букву «дельта». Это название закрепилось за подобными устьями рек (такими, где равнины в устье созданы самими реками), хотя нередко они имеют другие очертания, нежели дельта Нила. Дельта реки Лены, которую она образовала на берегу моря Лаптевых, по форме близка к полукругу. Дельта реки Тибр, что течёт по Апеннинскому полуострову и впадает в Тирренское море, похожа на птичий клюв. Дельта реки Миссисипи вообще напоминает куриную лапку, выдвинувшуюся в Мексиканский залив! Гигантские «песочные часы» но горном склоне Вверху распологоется водосборная воронко небольшого горного водотока — сосуда, из которого «высыпается» каменный материал. Обломки разрушенных горных пород поступают в узкую «горловину» ущелья, через которую выносятся вниз к подножию. Внизу они попадают в нижнюю часть «часов» — но конус выноса, где откладываются во время блуждания потока БЛУЖДАЮЩИЕ РЕКИ До моря доходит лишь небольшая часть обломков горных пород, которые подхватывает поток по пути от истока до устья. Вспомним, что многие реки вообще теряются в пустынях или впадают в бессточные озёра внутри континентов. Однако не это главное: большая часть горных потоков освобождается от влекомых водой обломков ещё по пути, и тому есть несколько причин. Рядом с горными хребтами или между ними часто располагаются понижения — ловушки для речных наносов, там, где земная кора опускается. Текучая вода старается уничтожить и впадины с тем же усердием, с каким она размывает горы, засыпая впадины сносимым с гор материалом. Если долина пересекает такой опускающийся участок земной коры, то река замедляет свой бег и начинает засыпать, заполнять обломками созданную ею ранее долину. Затем русло реки расширяется, она блуждает по дну долины или разветвляется на несколько русел, всё более засыпая долину. Наконец долина заполнена настолько, что река получает возможность перевалить через водораздел и вторгнуться в соседнюю долину. Великая китайская река Хуанхэ за последнюю тысячу лет не раз меняла своё русло в нижнем течении, попеременно впадая то в Жёлтое, то в Восточно-Китайское море. Среднеазиатская река Амударья, спустившись с гор, течёт по краю пустыни Каракумы, что в переводе означает «чёрные пески». Она принесла эти пески (и таким образом создала пустыню), блуждая по равнине и засыпая её от края до края. И сегодня змеится среди пустыни сухое русло, по которому Амударья в прошлом текла на запад, в Каспийское море, а не на северо-запад, в Аральское море. «ПЕСОЧНЫЕ ЧАСЫ» ГЕОЛОГИИ При выходе реки из горного массива её долина- ущелье обычно резко обрывается. Далее река может следовать по плоской предгорной равнине, которая сложена речными наносами. Это творение реки весьма похоже на дельты, которые мы рассмотрели немного раньше. Разница в том, что здесь нет моря или озера, и потому река продолжает следовать дальше, если у неё на то хватает сил, т.е. если её вода не просочится и не уйдёт полностью в речные наносы или её не используют всю для орошения. В засушливых областях Центральной и Средней Азии и то и другое случается часто. «Сухопутные дельты» образуются там, где река откладывает обломочный материал, попавший в неё при разрушении гор. Она «сгружает» обломки у подножия гор во всех возможных н