Журнал «Вокруг Света» №09 за 1974 год

Четыре «эпизода» из жизни земной коры

Бедный канадский геофизик Д. Вильсон однажды как-то сравнил земной шар с яйцом, сваренным «в мешочек». Довольно точный образ! Земля, как известно, состоит из жидкого ядра, полутвердой оболочки и твердой коры. Расположенные концентрически, они по размерам находятся в таком отношении друг к другу, как желток, белок и скорлупа. С той разницей, что земная кора относительно тоньше яичной скорлупы.

Именно в пленке контактируют две ведущие стихии мироздания — космическая и планетарная. Именно здесь, исследуя горные породы, в которых запечатлелись события далеких миллиардолетий, мы находим ответы на вопросы о прошлом Земли. Именно тут мы задаем вопросы будущему.

Будущему? Разумеется. Потому что в земной коре мы черпаем все рудное сырье. Она же главный поставщик пресной воды, а в скором времени и тепла. Оттуда нам грозят бедствия землетрясений. По этим и некоторым другим причинам, о которых будет сказано далее, нам рано или поздно придется взять на себя управление процессами, текущими в земной коре. Поэтому нам далеко не все равно, представляем ли мы себе ее историю и дальнейшую судьбу.

Такие более или менее достоверные представления сложились у нас лишь сегодня. И кое-что тут оказалось совершенно неожиданным.

Под огнем космической канонады

Земная кора рождалась бурно...

Откуда мы это знаем? В космос человек проник на многие миллионы километров, тогда как самые глубокие скважины достигли лишь 9—10-километровой отметки, а горные выработки не опускаются ниже 4—5 километров. Средняя толщина земной коры равняется 35 километрам, и, следовательно, мы вскрыли бурением, да и то местами, только четверть ее. Нас выручают средства геофизики, прежде всего сейсмики, которые позволяют делать своего рода «рентгеновские снимки» глубин. Благодаря этому мы знаем, что верхний «этаж» земной коры составляют осадочные породы, средний — граниты, а нижний — базальты. Это на континентах. Под океанами кора много тоньше (7—10 километров против 30—35 на материках) и слоев в ней всего два — базальт, а на нем осадки. Здесь ближе к поверхности подходят темные и тяжелые, богатые железом породы глубинной оболочки земного шара — мантии.

Так обстоит дело с проникновением в дали земного пространства. А с проникновением в глубь времени, без которого невозможно выявление истории коры? «Машины времени» у нас нет, однако природа и тут предоставляет нам неплохие возможности. Во-первых, мы можем сравнивать давние геологические структуры с молодыми. Во-вторых, можно изучать обнажившиеся теперь породы, которые сформировались миллиарды лет назад. В-третьих, нам способны помочь данные космогонии. В-четвертых, мы наконец получили возможность сопоставить геологию Земли с геологией других небесных тел, прежде всего Луны.

Исследования советского астронома В. С. Сафронова существенно прояснили обстоятельства формирования Земли. Наша планета согласно современной теории образовалась путем аккумуляции рассеянного в виде разнородных частиц космического вещества. «Зона питания» рождающейся Земли простиралась примерно от орбиты Венеры до орбиты Марса. Постепенно мельчайшие частицы и метеориты объединялись в крупные тела-астероиды, которые падали на образующуюся Землю (и Луну).

Радиус некоторых падающих астероидов равнялся сотням километров! На теле молодой планеты в огне и грохоте возникали исполинские кратеры. Словно удары гигантского молота дробили и перемешивали породы поверхности, образуя на первый взгляд невообразимый хаос.

Однако в этом хаосе проступает некоторая закономерность. Нам трудно оценить температуру поверхности Земли и ее недр в тот период. Вряд ли она была высокой. Но там, куда падали астероиды, она повышалась скачком, породы плавились, бурлили и кипели. «Космические молоты» до такой степени рыхлили и перемешивали верхний слой Земли, что ее рельеф обрел лунный характер.

Глядя сегодня на Луну, мы до некоторой степени вглядываемся в прошлое Земли, в тот невообразимо далекий ее период, черты которого затем были стерты деятельностью воды, воздуха и живого вещества. На Луне, где процессы эрозии куда более слабы, этот космический рельеф отчасти законсервировался и сохранился до наших дней.

Итак, молодая Земля, подобно теперешней Луне, была усыпана, как оспинами, космическими шрамами; воронки и кольцевые валы кратеров были основными чертами ее рельефа. Частичное расплавление Земли под ударами астероидов способствовало выделению паров воды и газов, формированию атмосферы, пока еще лишенной свободного кислорода.

У нас есть свидетели, которые могут ответить на вопрос, какой тогда была земная кора. Это древнейшие ее породы, чей возраст исчисляется 3—4 миллиардами лет. В них мы находим минералы, которые могли возникнуть лишь при давлениях порядка 10—12 тысяч атмосфер и температуре 700—900 градусов. По этим признакам мы можем рассчитать глубину тогдашнего залегания этих пород и, следовательно, мощность коры. Выясняется, что уже тогда толщина коры мало отличалась от современной. Уже в те времена на Земле бурно шли процессы эрозии, поэтому кору венчал чехол осадочных пород.

Во всем остальном она была совершенно непохожа на современную. Судя по всему, ее химический состав мало чем отличался от химического состава пород мантии, и никаких ярко выраженных слоев гранита и базальта не было. Правда, там, где происходило бурное, вызванное ударами астероидов плавление, очевидно, происходило разделение вещества. Вверх поднималась и застывала гранитная магма, образуя в однородной толще своего рода «гранитные ядра». Не исключено, что самые древние гранитные массивы, например Канады, тем самым обозначают места падения метеоритов. Можно также допустить, что образование «гранитных ядер» представляет собой вторую стадию развития земной коры, названную нуклеарной (от слова «нуклеос» — ядро).

Наконец поток бомбардирующих Землю астероидов и метеоритов иссяк. Окончилась, завершилась «лунная» стадия развития земной коры, а вслед за ней — нуклеарная.

Наступил третий этап.

Когда на земле стало тихо

Занавес над третьим действием взмыл примерно три миллиарда лет назад и не опустился по сей день.

Когда-то все представлялось очень простым. Шар Земли с самого начала был раскаленным, может быть, расплавленным. Далее, при остывании все шло примерно как в доменной печи: выделялись, формируя атмосферу, пары и газы, наверх всплывал шлак, то есть гранитная магма, вниз уходили тяжелые элементы.

Теперь мы утратили столь наглядную картину. Мы знаем, что поначалу Земля была, в общем, холодной. Но мы знаем также и то, что в первичном веществе находились радиоактивные элементы, очевидно, в больших, чем теперь, количествах (они распадаются со временем, отсюда простой расчет — раньше их роль была значительней). Распадаясь, эти элементы, естественно, выделяли тепло, как это они делают и теперь. При этом толща земного шара не оставалась мертвой и неподвижной. В ней шло перемешивание, разделение; самые разные, очень сложные и не всегда еще понятные процессы будоражили Землю от поверхности до самого центра. Где-то они приводили к концентрации, а где-то, наоборот, к рассеиванию радиоактивных элементов, — все шло исподволь, медленно, но с самого начала неуклонно, какие бы события ни происходили тем временем в космосе.

Вот фон, который стал главенствующим в жизни земной коры, как только завершилась бурная космическая бомбардировка.

Земную кору там и тут стали рассекать глубинные разломы. Вдоль них формировались глубокие прогибы (геосинклинали). Пространства меж этими поясами разломов оставались малоподвижными (их называют платформами).

Залечивались одни разломы, вскрывались новые. Сминались и трескались платформы; в свою очередь, замирали и становились платформами бывшие геосинклинали.

Глубинные разломы служили каналами, по которым шел обмен веществом между корой и мантией Земли. Снизу на поверхность поступал расплав, прежде всего базальтовые лавы. По этим же разломам шло погружение осадков и других приповерхностных слоев.

Мельница, конвейер? Отчасти. Обмен веществ наподобие живого организма? Бурление реакций в реторте? При всех сравнениях надо учитывать гигантский, планетарный характер процессов.

Существенно то, что с эволюцией радиоактивной деятельности верхний слой мантии оказался в пластичном состоянии «твердого расплава» (таков он и сегодня). Поэтому в астеносфере (так назван этот слой) вязкость материала понижена — он может течь и в горизонтальном направлении. Не исключено, что там, под толщей коры, существуют, как в океане, течения и противотечения. Только медленные, с нашей точки зрения почти застывшие. Но когда речь идет о планете, о сотнях миллионов, миллиардах лет ее истории, эти течения оказываются весьма и весьма подвижными. Астеносфера, в частности, вызывает «засасывание» материала коры в мантию. Глубинные разломы в сочетании с пластичностью астеносферы не давали каменной маске Земли затвердеть.

Кора обогащалась более легким гранитным материалом. Скапливались, уходили в глубину, переплавлялись осадки. Обособлялся базальтовый слой подошвы. Твердели и ширились платформенные участки. Земная кора приобретала современный облик.

Но третья стадия эволюции коры еще далеко не завершилась! Она продолжается по сей день, будет продолжаться еще долго, очень долго...

Тем не менее примерно полмиллиарда лет назад Земля вступила уже в четвертую стадию эволюции, которая, быть может, несет гибель суше.

Наступление океанов

Океаны возникли только вчера... То есть, с нашей точки зрения, они возникли невообразимо давно — сотни миллионов лет назад. Но с позиций длительности земной эволюции это произошло совсем недавно.

Поначалу океаны были небольшими и узкими. Но они быстро ширились, захватывали один участок суши за другим и к моменту появления человека на Земле покрыли большую часть планеты.

Соответственно перерождалась и земная кора. Она утоньшалась, теряла гранитный слой. Что вызвало начало процесса океанообразования и перерождения континентальной коры в океаническую, пока неясно. Видимо, в основе этого процесса тоже лежит вызванный радиоактивным распадом разогрев глубин. Возможно, произошло проплавление нижних горизонтов коры, и таким образом она утончилась. Другие же исследователи полагают, что это работа «течений мантии», которые увлекают кору под материки.

Так это или не так, факт тот, что океаны растут. Этот рост, по-видимому, будет идти и дальше. Мало-помалу материки уничтожатся, и всю планету, быть может, покроет океан.

А где же тогда будут жить люди?

Возможно, этот вопрос и станет когда-нибудь предметом забот человечества. Но не сейчас и никак не в грядущие тысячелетия. Ибо для полного поглощения континентов потребуются еще сотни миллионов лет. Ну а задолго до того времени люди подчинят себе эволюцию Земли, будут управлять ею, словно технологическим, идущим в какой-нибудь домне процессом. Задолго до того, как океан поглотит сушу, третий и четвертый этапы эволюции земной коры сменятся пятым: техногенным. К этому нас уже сейчас подталкивают насущные заботы: иссякание поверхностных залежей руд, угроза землетрясений, проекты использования глубинного тепла. Поэтому мы вправе считать, что в грядущем эволюция земной коры будет контролироваться не скрытыми в Земле силами, а сознательной волей человека.

И. Резанов, доктор геолого-минералогических наук