О ядре, мантии, астеносфере и литосфере 3eмли. О тектонике литосферных плит. Различные модели 3емли. Действие биосферы на формирование и динамику материков.
В предыдущей главе мы увидели, что биосфера Земли теснейшим образом связана с её магнитосферой. Столь же фундаментальна связь биосферы с самим телом Земли. Поэтому здесь мы обращаем свои взгляды на Землю, на её строение.
Как это получается, что наше космическое тело, наша космическая плоть – Земля, – единственная планета в Солнечной системе, которую мы можем потрогать руками, на которой нам выпало жить вместе со всей тварью земной? Как получается, что Земля уже миллиарды лет (почти столько же, сколько она существует сама) несёт на себе всё более усложняющуюся жизнь, имеет биосферу, а другие планеты этого не имеют? Значит, Земля имеет какие-то особенности, дающие ей возможность приютить у себя жизнь, быть ей домом.
На Матушке-Земле всё так чудно устроено и взаимозависимо, что «диву даёшься». Биосфера неразрывно связана с магнитным полем Земли, которое имеет связь с её ядром. Атмосфера необходима всему живому и является неотъемлемой составной частью биосферы. В то же время атмосфера связана с глубинными, химическими (и не только) процессами, происходящими в недрах Земли, с её массой и гравитационным полем. Гидросфера тоже порождена глубинами Земли, как и дно океанов, и твердь материков.
Чтобы уметь читать по лицу Земли, распознать тайны живого и биосферы надо проникнуть в недра Земли, в самые глубокие её слои, узнать их строение и понять, что и как там происходит. Проникнуть туда человечество пока ещё не способно (самая глубокая исследовательская скважина, пробуренная в России на Кольском полуострове, составляет чуть более 12 км). И всё же учёные умудряются изучать глубины Земли – и имеют представление о её внутреннем устройстве. Для этого они используют косвенные методы исследования: сейсмографию, гравитометрию, палеомагнитную съёмку, изучение древнейших пород, наблюдения из космоса и другие. Для этого работают геофизики, палеонтологи, вулканологи, сейсмологи, планетологи и другие учёные. Ими установлено, что внутри Земля многослойна.
Начнём знакомство внутреннего строения Земли с самого загадочного – с её центра. O нём почти ничего не известно, кроме того, что вещество там находится в твёрдом (вероятно, в особом кристаллическом) состоянии и состоит, скорее всего, из металлов. Высокая температура (там около 5000 °C) и громадное давление в 3 000 000 атм (3000 т на 1 см2) не позволяют металлу перейти в жидкое состояние. Здесь самая высокая скорость распространения сейсмических волн – 6000 км/сек. Эта часть Земли называется внутренним ядром.
Вокруг внутреннего ядра расположено внешнее ядро. Сейсмические волны, проходя границу между внутренним и внешним ядром, резко уменьшают свою скорость до 4000 км/сек. Внешнее ядро «толще» внутреннего. Верхняя его граница проходит на глубине около 3000 км от поверхности Земли. Она находится приблизительно на середине земного радиуса. Массивное и плотное, в сравнении с вышележащими породами, оно состоит главным образом из железа и никеля. Есть данные, что в нём много серы и кремния. Внешнее ядро жидкое: металлы в нём расплавлены, а кремний находится в металлизированном состоянии. Под большим давлением породы электронные оболочки у атомов кремния смещены и электроны движутся свободно, как в металлах. Благодаря массе свободных электронов в слоях внешнего ядра циркулируют мощные вихревые электротоки, которые и генерируют магнитное поле Земли. Есть и другая модель внешнего ядра, по которой оно состоит лишь из железа и никеля. Магнитное поле в ней образуется сходным образом.
Выше внешнего ядра наблюдается ещё один скачок скорости сейсмических волн – до 2000 км/сек. Здесь расположена мантия. Она представляет собой слой такой толщины, как и оба слоя ядра (внешнее и внутреннее) вместе. Но вещество её гораздо легче вещества ядра и плотность заметно ниже. В породах этого вещества, называемом перидотит, преобладают соединения неметаллических элементов и лёгких металлов: кремниевые, магниевые, алюминиевые окислы и другие соединения. В мантии различают тоже два слоя примерно равной толщины: нижнюю мантию (начинается на глубине около 1000 км) и верхнюю, которая находится почти сразу же под земной корой. Вещество обеих мантий пребывает в твёрдом состоянии, но отличается плотностью: в нижней мантии оно плотнее, так как содержит больше тяжёлых элементов. Между мантией и ядром идёт обмен веществом и теплом. Вещество мантии, подплавляясь, поступает в ядро: тяжёлые элементы вовлекаются в вещество ядра, а лёгкие «всплывают» и по «протокам» в нижней мантии поднимаются к верхней.