К центру Земли через Марс
Человечество живет на не очень большой и довольно хорошо изученной планете. На современные карты нанесены все моря, горные хребты, реки и озера. Почти не осталось мест, где не ступала бы нога человека. Кажется, что на Земле с каждым днем все труднее становится делать открытия, что за неведомым нужно ехать на «край света» — в африканские дебри, к полюсам, на недосягаемые горные вершины. А на самом деле по границе неведомой страны мы ходим ежедневно, ежечасно. Вот мы идем утром на работу. Кто знает, что спрятано глубоко под дорогой, под тротуаром? Может быть, у нас под ногами развалины древнего города, кости динозавров, алмазные россыпи? Геологи проникают все дальше и дальше вглубь Земли. Рекорд современных буровых скважин — восемь километров. Но что такое восемь километров по сравнению с радиусом Земли — шестью тысячами тремястами километров? На теле нашей планеты это лишь ничтожный булавочный укол.
Астрономам и то легче. Самые далекие звезды посылают к ним свет. Свет можно фотографировать, разлагать, измерять. Из глубин Земли не доходит свет, и подземные телескопы еще не изобретены. Единственным источником «информации», по которому можно судить о недрах, остаются землетрясения. Известный русский сейсмолог Б. Б. Голицын как-то очень хорошо сказал: «Землетрясения подобны фонарю, на миг освещающему темные недра».
Изучая землетрясения, геологи установили, что Земля напоминает слоеный пирог, состоящий из коры, мантии и ядра. Состав коры нам известен, А как образовались и из чего состоят мантия и ядро? На этот вопрос наука отвечает двояко.
Существует мнение, что земные слои отличаются друг от друга по своему химическому составу. Его сторонники ссылаются на метеориты, считая их обломками некогда разорвавшейся планеты. Железо-никелевые метеориты, говорят они, образовались из ядра планеты, а железо-каменные и каменные — из ее мантии. Коры же у этой планеты не было, поэтому нет и метеоритов, похожих на земную кору.
Другие ученые полагают, что различие между мантией и ядром другого порядка. В глубинах Земли необычайно высокое давление — сотни тысяч и миллионы атмосфер. Не может быть, чтобы при таком давлении вещество не меняло свою физическую структуру, И если не мантия, то, во всяком случае, ядро состоит из обыкновенных минералов, правда, изменившихся под воздействием давления.
Чтобы разрешить этот спор, попробуем проникнуть в недра Земли хотя бы мысленно.
ЗАГАДКА МАНТИИ
От верхней границы мантии, так называемой поверхности Мохоровичича, одни сейсмические волны отражаются, как от зеркала. Скорость же преломившихся волн возрастает скачкообразно. Если перевести показания приборов на общедоступный язык, то окажется, что мантия плотнее коры примерно на 8—10 процентов. Но означает ли это иное физическое состояние?
Известно, что мантия гораздо ближе к поверхности океана, чем к поверхности суши. Отсюда и разные давления на ее верхней границе. Если под океанским ложем мантия залегает в некоторых местах не глубже 4—5 км и давление в ней около 1 500 атмосфер, то под горными хребтами она находится уже на глубине 70 км и давление там 20—25 тысяч атмосфер.
Полторы тысячи и 25 тысяч — разница слишком велика. Не похоже, чтобы давление имело какое-нибудь отношение к возникновению мантии.
Более вероятно, что мантия отличается от земной коры химически. В своей верхней части она состоит из ультраосновных, очень богатых железом и магнием пород. Ближе к поверхности, в земной коре, магний вымыт водой, выщелочен. На месте остались более инертные окислы кремния и алюминия — песок и глина. Кора же не что иное, как продутая и промытая верхняя пленка мантии.
К такому выводу ученые пришли теоретически и логически. Но как его проверить? Многие, вероятно, слышали об американском проекте бурения океанского дна до линии Мохоровичича, так называемом «Проекте Мохо». Но, кроме бурения, есть еще один путь. Оказывается, загадку мантии легко можно разгадать… на Луне. Ведь на Луне нет ни воздуха, ни воды, там не идут дожди и не текут ручьи и, следовательно, нет промывания и выщелачивания. Сухая, не тронутая водой мантия лежит почти у самой поверхности. Окончательно удалось бы разрешить загадку мантии, высадившись на Марсе. Если на Земле воды много, то на Марсе ее очень мало, поэтому можно ожидать, что марсианские породы слабо переработаны и мантия начинается на глубине 1—2 км. Пробурив это небольшое расстояние, мы могли бы, наконец, узнать, какова мантия.
ТВЕРДОЕ ИЛИ ЖИДКОЕ?
А что мы знаем о земном ядре? Оно начинается на глубине около 2 900 км, где давление достигает 1 300 тыс. атмосфер. При переходе из мантии в ядро плотность резко возрастает — от 5,7 до 9,7. Но по всей поверхности ядра давление примерно одинаковое, там нет такого разнобоя, как на поверхности мантии. Эти факты могут быть объяснены и химическим различием (ядро железо-никелевое) и физическим различием.
Вот, однако, решающее соображение в пользу физики. Оказывается, ядро гасит поперечные волны, рожденные землетрясением. Физикам же известно, что поперечные волны проходят только через твердые тела. Тела жидкие и газообразные являются для таких волн непреодолимым препятствием. Значит, в отличие от твердой мантии ядро жидкое. Видимо, давление миллион триста тысяч атмосфер — критическое. Твердое вещество его не выдерживает, разрушается его структура, получается подобие жидкости. Таковы догадки ученых. А как их проверить?
Инженеры мечтают о скважинах в пятьдесят, самое большее сто километров. О скважине глубиной 2 900 км не может быть и речи. Остается та же косвенная проверка в космосе. Зная радиус и среднюю плотность небесного тела, можно подсчитать давление в центре его. Так, в центре Луны давление более 150 тыс. атмосфер, в центре Марса — около 750 тыс., то есть гораздо ниже, чем на поверхности земного ядра. Если ядра порождаются давлением, то надо ожидать, что у Луны и Марса ядер вообще нет.
Проверить все эти предположения, чтобы выяснить наконец природу ядра, можно, лишь изучая землетрясения на Марсе — «марсотрясения».
И окончательно мы решим проблему на Венере. Эта планета по размерам близка к Земле, и давление в центре ее всего лишь процентов из двадцать ниже земного. Этого вполне достаточно, чтобы сформировалось заметное ядро.
ПОЧЕМУ ЗЕМЛЯ — МАГНИТ!
Могут спросить: для чего нам понадобилось земное ядро со всеми его загадками? Все равно оно лежит на глубине 2 900 км и нет надежды до него добраться. Лежит-то ядро глубоко, а оказывает влияние на всю нашу планету и окружающую ее атмосферу.
Известно, что Земля единый шарообразный магнит. А почему? Еще в прошлом веке физики узнали, что электрический ток, идущий по кругу, подобен магниту. Земля тоже вращается. Естественно, возникло предположение: в нашей планете есть скопления электрических зарядов и вращение их вместе с Землей — причина земного магнетизма. Где находятся эти заряды: в атмосфере, в океане, на суше, в мантии? В последние десятилетия «попало под подозрение» ядро. А что если под давлением мантии разрушаются даже оболочки атомов и на поверхности земного ядра образуется громадный электрический заряд?
Снова ученые обратились к космосу. Логика такова: если магнетизм связан с ядром, то у небесных тел без ядра не должно быть и магнетизма.
Еще первая советская космическая ракета, пролетевшая в непосредственной близости от Луны в январе 1959 года, имела задание измерить лунный магнетизм. Магнитного поля у Луны обнаружить не удалось. Не следует ли из этого, что у Луны нет ядра и что магнетизм на самом деле связан с ядром?
В таком случае магнетизма нет и у Марса. А если и есть, то очень слабый, связанный с наличием у Марса атмосферы. Следовательно, у Марса, как и у Луны, нет поясов радиации. Над Землей эти пояса находятся на высоте 2 тыс. км и 50 тыс. км и состоят из стремительных, электрически заряженных частиц, небезопасных для здоровья космонавтов. Поэтому маневрировать около Марса и Луны будет куда безопаснее, чем, скажем, возле Венеры.
Продолжение следует.
Автор: Г. Гуревич.