До центру Землі через Марс
Людство живе на не дуже великій і досить добре вивченій планеті. На сучасні карти нанесені всі моря, гірські хребти, річки і озера. Майже не залишилося місць, де не ступала б нога людини. Здається, що на Землі з кожним днем все важче стає робити відкриття, що за невідомим потрібно їхати на «край світу» – в африканські нетрі, до полюсів, на недосяжні гірські вершини. А насправді по межі невідомої країни ми ходимо щодня, щогодини. Ось ми йдемо вранці на роботу. Хто знає, що заховане глибоко під дорогою, під тротуаром? Може бути, у нас під ногами руїни стародавнього міста, кістки динозаврів, алмазні розсипи? Геологи проникають все далі і далі вглиб Землі. Рекорд сучасних бурових свердловин – вісім кілометрів (а пробити свердловину у земній поверхні, насправді не така вже й проста робота). Але що таке вісім кілометрів в порівнянні з радіусом Землі – шістьма тисячами трьомастами кілометрів? На тілі нашої планети це лише нікчемний шпильковий укол.
Астрономам і те легше. Найбільш далекі зірки посилають до них світло. Світло можна фотографувати, розкладати, вимірювати. З глибин Землі не доходить світло, і підземні телескопи ще не винайдено. Єдиним джерелом «інформації», за яким можна судити про надра, залишаються землетруси. Відомий російський сейсмолог Б. Б. Голіцин якось дуже добре сказав: «Землетруси подібні ліхтарю, що на мить висвітлює темні надра».
Вивчаючи землетруси, геологи встановили, що Земля нагадує листковий пиріг, що складається з кори, мантії і ядра. Склад кори нам відомий, А як утворилися і з чого складаються мантія і ядро? На це питання наука відповідає двояко.
Існує думка, що земні шари відрізняються один від одного за своїм хімічним складом. Її прихильники посилаються на метеорити, вважаючи їх уламками колись розірваної планети. Залізо-нікелеві метеорити, кажуть вони, утворилися з ядра планети, а залізо-кам’яні і кам’яні – з її мантії. Кори ж у цієї планети не було, тому немає і метеоритів, схожих на земну кору.
Інші вчені вважають, що різниця між мантією і ядром іншого порядку. У глибинах Землі надзвичайно високий тиск – сотні тисяч і мільйони атмосфер. Не може бути, щоб при такому тиску речовина не змінювала свою фізичну структуру, І якщо не мантія, то, у всякому разі, ядро складається з звичайних мінералів, правда, що змінилися під впливом тиску.
Щоб вирішити цю суперечку, спробуємо проникнути в надра Землі хоча б подумки.
ЗАГАДКА МАНТІЇ
Від верхньої межі мантії, так званої поверхні Мохоровичича, одні сейсмічні хвилі відбиваються, як від дзеркала. Швидкість же переломлених хвиль зростає стрибкоподібно. Якщо перевести показання приладів на загальнодоступну мову, то виявиться, що мантія щільніше кори приблизно на 8-10 відсотків. Але чи означає це інший фізичний стан?
Відомо, що мантія набагато ближче до поверхні океану, ніж до поверхні суші. Звідси і різні тиски на її верхній межі. Якщо під океанським ложем мантія залягає в деяких місцях не глибше 4-5 км і тиск в ній близько 1500 атмосфер, то під гірськими хребтами вона знаходиться вже на глибині 70 км і тиск там 20-25 тисяч атмосфер.
Півтори тисячі та 25 тисяч – різниця надто велика. Не схоже, щоб тиск мав яке-небудь відношення до виникнення мантії.
Більш ймовірно, що мантія відрізняється від земної кори хімічно. У своїй верхній частині вона складається з ультраосновних, дуже багатих залізом і магнієм порід. Ближче до поверхні, в земній корі, магній вимитий водою, вищелочений. На місці залишилися більш інертні окисли кремнію і алюмінію – пісок і глина. Кора ж не що інше, як продути і промита верхня плівка мантії.
До такого висновку вчені прийшли теоретично і логічно. Але як його перевірити? Багато хто, ймовірно, чув про американський проект буріння океанського дна до лінії Мохоровичича, так званий «Проект Мохо». Але, крім буріння, є ще один шлях. Виявляється, загадку мантії легко можна розгадати … на Місяці. Адже на Місяці немає ні повітря, ні води, там не йдуть дощ і не течуть струмки і, отже, немає промивання і вилуговування. Суха, не зачеплена водою мантія лежить майже біля самої поверхні. Остаточно вдалося б вирішити загадку мантії, висадившись на Марсі. Якщо на Землі води багато, то на Марсі її дуже мало, тому можна очікувати, що марсіанські породи слабо перероблені і мантія починається на глибині 1-2 км. Пробуривши це невелику відстань, ми могли б, нарешті, дізнатися, яка мантія.
ТВЕРДІ АБО РІДКІ?
А що ми знаємо про земне ядро? Воно починається на глибині близько 2900 км, де тиск досягає 1 300 тис. атмосфер. При переході з мантії в ядро щільність різко зростає – від 5,7 до 9,7. Але по всій поверхні ядра тиск приблизно однаковий, там немає такого різнобою, як на поверхні мантії. Ці факти можуть бути пояснені і хімічною відмінністю (ядро залізо-нікелеве) і фізичною відмінністю.
Ось, однак, вирішальне міркування на користь фізики. Виявляється, ядро гасить поперечні хвилі, народжені землетрусом. Фізикам ж відомо, що поперечні хвилі проходять тільки через тверді тіла. Тіла рідкі та газоподібні є для таких хвиль нездоланною перешкодою. Значить, на відміну від твердої мантії ядро рідке. Мабуть, тиск мільйон триста тисяч атмосфер – критичний. Тверда речовина його не витримує, руйнується її структура, виходить подоба рідини. Такі припущення вчених. А як їх перевірити?
Інженери мріють про свердловини в п’ятдесят, щонайбільше сто кілометрів. Про свердловину глибиною 2 900 км не може бути й мови. Залишається та ж непряма перевірка в космосі. Знаючи радіус і середню щільність небесного тіла, можна підрахувати тиск в центрі його. Так, в центрі Місяця тиск більше 150 тис. атмосфер, в центрі Марса – близько 750 тис., тобто набагато нижче, ніж на поверхні земного ядра. Якщо ядра породжуються тиском, то треба очікувати, що у Місяця і Марса ядер взагалі немає.
Перевірити всі ці припущення, щоб з’ясувати нарешті природу ядра, можна, лише вивчаючи землетруси на Марсі – «марсотруси».
І остаточно ми вирішимо проблему на Венері. Ця планета за розмірами близька до Землі, і тиск в центрі її всього лише відсотків з двадцять нижче земного. Цього цілком достатньо, щоб сформувалося помітне ядро.
ЧОМУ ЗЕМЛЯ – МАГНІТ!
Можуть запитати: для чого нам знадобилося земне ядро з усіма його загадками? Все одно воно лежить на глибині 2900 км і немає надії до нього дістатися. Лежить-то ядро глибоко, а впливає на всю нашу планету і навколишнє її атмосферу.
Відомо, що Земля єдиний кулястий магніт. А чому? Ще в минулому столітті фізики дізналися, що електричний струм, що йде по колу, подібний магніту. Земля теж обертається. Природно, виникло припущення: у нашій планеті є скупчення електричних зарядів і обертання їх разом із Землею – причина земного магнетизму. Де знаходяться ці заряди: в атмосфері, в океані, на суші, в мантії? В останні десятиліття «потрапило під підозру» ядро. А що якщо під тиском мантії руйнуються навіть оболонки атомів і на поверхні земного ядра утворюється величезний електричний заряд?
Знову вчені звернулися до космосу. Логіка така: якщо магнетизм пов’язаний з ядром, то у небесних тіл без ядра не повинно бути і магнетизму.
Ще перша радянська космічна ракета, що пролетіла в безпосередній близькості від Місяця в січні 1959 року, мала завдання виміряти місячний магнетизм. Магнітного поля у Місяця виявити не вдалося. Чи не випливає з цього, що у Місяця немає ядра і що магнетизм насправді пов’язаний з ядром?
У такому випадку магнетизму немає і у Марса. А якщо і є, то дуже слабкий, пов’язаний з наявністю у Марса атмосфери. Отже, у Марса, як і в Місяця, немає поясів радіації. Над Землею ці пояси знаходяться на висоті 2 тис. км і 50 тис. км і складаються з стрімких, електрично заряджених частинок, небезпечних для здоров’я космонавтів. Тому маневрувати близько Марса і Місяця буде куди безпечніше, ніж, скажімо, біля Венери.
Далі буде.
Автор: Г. Гуревич.