В последнее время получили распространение гравиметры, с помощью которых и изучают нормальные и аномальные поля силы тяжести. Эти приборы были подняты и на спутниках Земли. Не странно ли, космос, невесомость — и вдруг гравиметр, измеритель силы тяжести? Но дело в том, что при наблюдении за движением спутников заметили какие-то отклонения от расчетной орбиты. И оказалось, что они были вызваны именно аномальными полями силы тяжести. Значит, для того чтобы изучить строение внутренних зон Земли, надо подниматься в космос. Оттуда с помощью гравиметров легко наблюдаются и осадочный, и гранитный, и базальтовый слои. Вот одно из практических применений исследований космического пространства. Это в то же время исследование и самой Земли.
Примерно в 30-х годах голландскому ученому Веннингу Мейнесу удалось определить аномальные поля в океанах. Он изучил их, опускаясь вглубь на подводной лодке. Потом эта работа была продолжена десятками и сотнями научных экспедиций. Земля под поверхностью океанов перестала быть «белым пятном», раскрыла свою географию и геологию.
С помощью гравиметров все шире проводят разведку полезных ископаемых. Геофизики выезжают с приборами на те участки, где производятся поиски разнообразных рудных и нерудных скоплений, отмечая на местности даже мельчайшие изменения ускорения силы тяжести. Эти данные, нанесенные на соответствующие геофизические карты, показывают нам распределение положительных или отрицательных аномалий силы тяжести.
В зоне отрицательных гравитационных аномалий, как правило, ищут нефть и газы, которые заполняют пустоты земной коры. В зонах положительных аномалий залегают тяжелые, плотные скопления, связанные с концентрацией руд полезных ископаемых. Геофизики как бы «взвешивают» землю, отмечая, где лежат легкие, где тяжелые породы.
Расшифровка показаний гравитационных сигналов, идущих из глубины Земли, дает нам право говорить о целом ряде закономерностей строения и поверхностных и глубинных зон.
Ученые установили, что средняя плотность всей Земли равна 5,52, а средняя плотность земной коры не превышает 2,63. Значит, если на поверхности, в земной коре, залегают легкие породы, то ближе к центру должны лежать тяжелые. Отсюда следовал простой вывод: чтобы узнать плотность каждого отдельного слоя внутренних зон Земли, надо произвести несложные математические действия. Но эта простота оказалась кажущейся. Опять-таки все зависит от того, с каких принципиальных позиций оценивать состояние внутренних зон Земли. Тут мы вновь встречаемся с нашими давними знакомыми, воюющими друг против друга, магматистами и нептунистами-трансформистами.
В конце прошлого и в начале текущего столетия, в период почти полного господства магматистов, геологи и геофизики очень любили сравнивать историю развития Земли от планетарных дней до момента покрытия ее корой из застывшей массы с тем, что мы наблюдаем при доменной плавке.
Приходилось вам наблюдать за тем, что происходит в расплавленной массе железа, только что выплавленного из руды? Это красивое и поучительное зрелище. На поверхности расплавленного, ослепительно яркого металла плавает тоненькая корочка шлака. Стоит помедлить с разливом металла, и она становится уже не корочкой, а темной плотной и крепкой корой. Вот ее то и уподобляли внешней оболочке земного шара, которая образовалась при остывании огромного сгустка расплавленной материи.
Анализ корочки шлака показал, что в ней скапливаются соединения кремния и алюминия. Если посмотреть на земную кору и ее химический состав, то в ней наряду с другими элементами также много кремния и алюминия. Поэтому известные ученые Зюсс, Вихерт, Гольдшмидт — предложили для земной коры название «сиаль» — от начальных слогов силиция (кремния) и алюминия. Расчеты геологов и геофизиков показывали, что под сиалем должна залегать несколько более плотная масса, содержащая силиций и магний. Эту зону назвали «сима» (также от начальных слогов силиция и магния). А ядро, где должна залегать самая тяжелая масса, по представлением этих ученых, состояло из никеля и железа (феррум). Этот участок Земли назвали «нифе». Вот так представляло большинство ученых начала нашего столетия внутреннее строение Земли.
Пожалуй, наиболее полно эти взгляды отразил Алексей Толстой в своем романе «Гиперболоид инженера Гарина». Известно, что, когда Толстой писал свой роман, он консультировался по вопросу внутреннего строения Земли с академиком Ферсманом. А Ферсман придерживался взглядов магматистов.
Вспомним, как рисовал замечательный писатель залегание различных горных пород на глубинах при продвижении к центру Земли. Гарин утверждал, что под поверхностью Земли залегают легкие породы. Потом, когда он пройдет земную кору, должен встретиться так называемый оливиновый, или перидотитовый, пояс — слой, состоящий из ультраосновных пород, а еще глубже — рудная оболочка Земли, в составе которой будто бы залегает слой сплошного золота. Вот это золото и привлекало Гарина.
Как мы помним, Гарин получил то, что хотел. Глубочайшей шахтой были пройдены все эти слои. Наконец рабочие после целого ряда сложных событий врезались в слой золота. Когда драгоценный металл был поднят на поверхность и об этом узнали все на земном шаре, золото потеряло свою цену. Оно стало дешевле себестоимости, и затраты на шахту не окупились.
Но соглашаясь в главном — в распределении слоев Земли, магматисты вели между собой бесконечные споры о том, как точнее расшифровать код информации силы тяжести Земли, как изменяется при продвижении в глубь планеты плотность горных пород — постепенно или скачками? При всех этих расчетах учитывались и данные доменных процессов и общий магнетизм Земли. Ведь и сейчас кое-кто думает, что ее магнитное поле связано с железным сердечником. И вот если считать, что внутренние зоны Земли сложены железными массами, то расчеты становились очень простыми. Плотность железных, или, точнее, никелево-железных масс, — около 10–11, а плотность земной коры — 2,63. Значит, нужно было вычислить средние значения плотности для каждой из глубин. Судя по плотности, и были выделены серебряный пояс, золотой пояс и так далее.
Здесь на помощь пришли метеориты. Из них можно выделить две крупные группы: каменные метеориты, состоящие из силикатных горных пород, и железо-никелевые.
В 1947 году с гулом и грохотом промчался по небу огромный метеорит. Казалось, что выстрелила целая батарея мощных артиллерийских орудий. Этот метеорит разбился на части над сихотэ-алиньской тайгой. На поиски метеорита немедленно был брошен отряд ученых и краеведов. Разведчикам удалось подобрать свыше 50 тонн метеоритного железа, содержащего примеси никеля и некоторых других элементов.
Возможно, сказали сторонники магматической точки зрения, метеориты представляют обломки ядра некогда существовавшей планеты. Возможно, каменные метеориты — это остатки коры, а железо-никелевые — ядра той планеты, которая располагалась в области нынешнего пояса астероидов между Марсом и Юпитером. А если так, значит один из незначительных осколков этой планеты, по подсчетам, около 50 тысяч тонн весом, и упал над сихотэ-алиньской тайгой. Большая часть его — 99,9 процента — сгорела при продвижении через плотные слои атмосферы, а 50 тонн — тысячная доля — осталась. Но зато несгоревшие осколки оказались металлическими.
Предположения магматистов оправдались. Те из них, которые принимали в расчет скачкообразные изменения распространения скорости сейсмических волн внутри Земли, говорили, что изменения плотности внутри Земли тоже нельзя представлять в виде постепенного перехода от легких к тяжелым массам. Переход, по их мнению, происходит скачкообразно.
Противники магматистов — трансформисты заявили, что нельзя сравнивать внутренность Земли и ее историю с тем, что происходит при доменной плавке. Группа ученых, которая в свое время объединилась вокруг академика Отто Юльевича Шмидта, пыталась расшифровать код информации силы тяжести с других позиций. Один из ученых этой группы, профессор Е. Н. Люстих, считает, что Земля, согласно теории Шмидта, не переживала стадии расплавления. Сконцентрировавшись из отдельных обломков вещества типа метеоритов, она представляется нам в виде неоднородной массы. Гипотезу о планетном происхождении метеоритов сторонники О. Ю. Шмидта отвергали. Они считали, что метеориты гораздо древнее планет, что они являются первичными частями той первозданной туманности, из которой произошли все планеты и их спутники, в том числе и Земля и Луна.
И вот в Земле, с точки зрения Люстиха, могут существовать скопления бывших метеоритов — участки легких и тяжелых масс. Каждая порода обладает определенной вязкостью. Благодаря этому легкие вещества могут всплывать, а тяжелые погружаться. Люстих вычислил, что тело диаметром около трех километров может опускаться (если оно тяжелое) или подниматься кверху (если легкое) со скоростью примерно 500 километров за один миллиард лет. Тело меньшего размера перемещается с меньшей скоростью. За тот же миллиард лет тело, имеющее в поперечнике один километр, будет погружаться или всплывать только на 50 километров. При этом вертикальном перемещении глыб, расположенных внутри Земли, освобождается настолько большое количество энергии, что в отдельных зонах могут возникнуть расплавления. Этой энергии хватит и на то, чтобы объяснить все процессы смятия горных пород.
