Планета Земля и ее соседи

Внутреннее строение Земли

О внутреннем строении Земли ученые смогли получить представление из разных источников. Непосредственное углубление в почву с помощью шахт осуществлено лишь до 4–5 км, а в результате бурения — до 7 км. Хотя это ничтожно мало в сравнении с радиусом нашей планеты (6370 км), тем не менее эти методы дали возможность выяснить, например, как возрастает температура при продвижении в глубь Земли. В среднем «геотермическая ступень» оказалась равной 33 м, с которыми температура возрастает на 1°. Она может колебаться от 23 до 104 м.

Уже на глубине 100 км температура должна составлять не меньше 1500°. Важные заключения о процессах внутри Земли можно сделать, изучая геологическое строение земной поверхности и оценивая освобождающиеся могучие силы при тектонических катаклизмах. При этом можно получить представление о глубинах более 10 км, что, конечно, совершенно недостаточно.

Кора Земли — литосфера — имеет толщину до 60–70 км под горными районами материков и оказывается довольно тонкой (около 5—10 км) под дном океанов. Земная кора образуется изверженными гранитными и базальтовыми породами с небольшим процентом осадочных и метаморфизированных горных пород. Более верхний гранитный слой состоит из соединений кремния и алюминия (сиаль), а располагающиеся ниже базальты состоят преимущественно из кремния и магния (сима).

Под корой на глубинах от 50–60 до 2900 км располагается оболочка или мантия Земли. Об этой геосфере, отделенной поверхностями раздела от коры и от глубинного ядра, ученые узнали из изучения сейсмических волн, распространяющихся в теле Земли от очагов (эпицентров) землетрясений.

Определяя скорость распространения волн различных типов, можно было судить о механических свойствах, о твердости глубинных пород. Эти свойства резко меняются на глубине около 50 км и 2900 км. Большинство ученых считает, что материал мантии находится в расплавленном состоянии и постепенно отдает свое тепло. Считается, что источником тепла служит преимущественно распад радиоактивных элементов, сосредоточенных главным, образом в верхних слоях Земли.

В верхней мантии — оболочке Земли — давление, возрастающее в глубь Земли, достигает значения до 10 000 атм и температура — около 1500°, как вытекает из теоретических расчетов. Эта оболочка состоит из плотных минералов типа оливинов и пироксенов, в которых скорость распространения сейсмических волн напоминает условия, существующие в мантии. Здесь средняя расчетная плотность считается равной средней плотности Луны.

Ядро Земли от глубины 2900 км разделяют на две части: внешнюю — до 5000 км и внутреннюю — от 5000 км до центра Земли, т. е. до 6370 км. На этих границах изменяется характер распространения сейсмических волн. Предполагается, что в составе ядра преобладают металлы, и некоторые ученые считали, что вещество ядра, во всяком случае, глубже 5000 км — твердое.

Однако расчет давления к центру Земли указывает на колоссальные значения порядка 3 млн. атм. Рост давления должен сопровождаться и ростом температуры, которая получается различной в зависимости от условий расчета. По некоторым данным, она может достигать 12 000° в центре, при плотности вещества порядка 17 г/см³.

Еще в 1939 г. советский ученый В. Н. Лодочников выдвинул гипотезу о том, что существование поверхностей раздела внутри Земли объясняется не различием химического состава вещества, а изменением его состояния при росте давления, так называемым фазовым превращением.

Сейчас это мнение является распространенным. «Металлическое состояние» центральных областей Земли может быть следствием громадного давления, при котором нагретое до высокой температуры вещество сохраняется в квазигазообразном состоянии.

О состоянии внутренних областей Земли позволяют судить данные об ее фигуре, распределении силы тяжести и о колебании ее оси вращения, изучаемых астрономическими средствами. Из этих данных, тщательно проанализированных в работах советского астронома М. С. Молоденского, вытекает, что ядро Земли находится в жидком состоянии. Об этом же говорит и характер вековых изменений магнитного поля Земли и само его существование.

Таким образом, хотя некоторые особенности внутреннего строения Земли выяснены, многое остается еще неясным. Какова действительная температура внутри Земли?

Действительно ли источником энергии внутри Земли является лишь радиоактивный распад? Какие физико-химические процессы протекают в оболочке и ядре Земли? Какие из этих процессов определяют особенности земного магнитного поля? Каковы причины многочисленных катаклизмов, которые переживала Земля?

Эти и многие другие вопросы еще ждут своего решения. Их разработке может помочь правильное понимание прошлого нашей планеты, ее космогонической истории.