Земная кора
Подлинной наукой о Земле стала геология, родившаяся лишь в конце XVIII в. Тогда «отец английской геологии» Уильям Смит предложил определять возраст земных слоев по включённым в них окаменелым остаткам вымерших животных и растений, как это делают специалисты и по сей день. Тем самым Смит основал стратиграфию — науку о слоях земной коры.
Его немецкий коллега Абраам Готлоб Вернер показал, как надо сравнивать различные слои горных пород по определённым ископаемым, залегающим только в них, а не в слоях, лежащих выше или ниже. Именно он «поручил» геологии быть наукой о строении, происхождении и развитии Земли.
Сейчас такое сравнение слоев по ископаемым остаткам кажется вполне очевидным, но тогда явилось открытием, позволявшим геологам во всех странах мира приступить к исследованиям, результаты которых могли быть сопоставлены между собой. Так что за следующие полтора века ученики и коллеги Вернера собрали множество данных о физической и химической природе верхней части нашей планеты — земной коры, на которой, собственно, и расположилось человечество.
Около 120 лет назад австрийский геолог Эдуард Зюсс скорее догадался, чем доказал: планета по своему строению подобна... луковице. Она состоит из концентрических (имеющих общий центр) слоев, уплотняющихся по мере приближения к центру.
Самый верхний из них — это земная кора. С ней человечество довольно неплохо знакомо: ведь это и есть тот внешний твёрдый слой планеты, на котором люди живут, откуда добывают полезные ископаемые, который (хотя бы на глубину нескольких километров) в разных местах пронизало множество глубоких скважин.
Надо сказать, что земная кора не всюду одинакова. Наиболее существенно отличаются её континентальные участки от океанических. Оказывается, мощность (толщина) коры под континентами в среднем составляет около 35—40 км. Там, где на суше громоздятся молодые высокие горы, она часто достигает 50 км и более. Под Альпами кора «утолщается» до 70 км, а под великими Гималаями — до 90 км. А вот под океанами кора «тоненькая» — в среднем около 7—10 км, а кое-где (например, в Тихом океане — у Гавайских островов или у острова Пасхи) — всего 5 км. Очевидно, что до поверхности, отделяющей кору от мантии, на суше довольно далеко, а на морском дне — как бы рукой подать.
Но как учёные узнали обо всём этом? Раз заглянуть в самые глубины Земли мы пока ещё не можем, попробуем обратиться за помощью к естественным силам природы — например, к землетрясениям. Конечно, это страшное стихийное бедствие. Наиболее сильные из них уносят десятки, даже сотни тысяч человеческих жизней, причиняют колоссальный материальный ущерб.
Но помимо этого для геофизика землетрясения служат, по словам известного русского сейсмолога Бориса Борисовича Голицына (1862—1916), фонарём, на мгновение освещающим лежащие во тьме недра. Конечно, «слоны» и «киты», которые, по представлениям древних, пошевеливаясь, сотрясают Землю, до наших дней не дожили. Сейчас мы знаем: колебания поверхности планеты вызываются растрескиванием, разламыванием, «распарыванием» геологических слоев, которые не выдержали накопившегося давления и напряжения.
Такое явление может возникнуть под воздействием даже совсем слабой силы — как та соломинка из поговорки, которая переломила спину верблюда, только вот такой «верблюд» сперва должен быть чем-то нагружен почти до предела.
И вот большой блок или целый слой земной коры «не вытерпел», нагрузка превысила его прочность, и он как бы лопнул. Законы физики велят ему немедленно искать новое положение равновесия, в котором породы могли бы выдерживать нагрузку. Он смещается, при этом на свободу вырывается огромная энергия, ранее бывшая потенциальной, и вдруг ставшая кинетической (т.е. энергией движения). И побежали по коре во все стороны сейсмические волны, от которых закачалась поверхность Земли. Землетрясение!..
Это не такая уж редкость, как может показаться на первый взгляд. Ежегодно во всём мире случается не меньше 100 тыс. землетрясений — таких, которые в состоянии ощутить не только чуткие приборы, но и органы чувств человека, не столь восприимчивые. А если считать и совсем слабые землетрясения, то в год их бывает, наверное, около 1 млн.
Сейсмические волны можно уподобить тем колебаниям, которые распространятся по рельсу, если его ударить молотом. Существуют два основных вида сейсмических волн. К первому относятся так называемые продольные волны, которые распространяются, колеблясь вперёд и назад, в том же направлении, в каком бегут сами. Они то сжимают, то растягивают вещество, в котором движутся. (Так же ведут себя, например, всем известные звуковые волны.) А другой вид — поперечные волны. Они передают свою энергию перпендикулярно направлению собственного движения. В этом они подобны световым волнам. Продольная волна движется быстрее, а поперечная — медленнее. Поскольку мчатся волны с различной скоростью, зависящей от физических свойств породы, в которой они распространяются, приходящая к нам волна способна рассказать учёному немало любопытного, если только он сумеет её расспросить. Но как это сделать?
В конце XIX в. англичанин Джон Милн, живший в Японии, где землетрясения особенно часты, сконструировал несложный прибор для их регистрации. Это была простая деревянная рама, укрепляемая на голом камне. К раме подвешена тяжёлая гиря. Как только рама начинает вместе с землёй качаться (а гиря остаётся неподвижной — она играет роль отвеса, указывая направление к центру Земли), несложное электрическое устройство тут же отмечает это колебание. Так что ни один подземный толчок, даже довольно слабо всколыхнувший землю, незамеченным не останется.
Позднее этот прибор значительно усовершенствовал Б.Б. Голицын, создавший сейсмограф того типа, которым по существу пользуются и ныне. Так вызванная землетрясением разрушительная волна стала разведчиком глубин Земли.
Теперь на всей планете работают сотни научных станций, оснащённых сейсмографами, которые и днём и ночью регистрируют подземные толчки. Все эти станции вместе взятые называются сейсмической сетью. Ежегодно на столы учёных ложатся километры похожей на кардиограмму бумажной ленты (её называют записью землетрясений), кривые линии на которой говорят о силе толчков, о скорости, с которой бежала возбуждённая толчком волна...
...В 1909 г. на Балканском полуострове, около города Загреба, произошло сильное землетрясение. Тогда хорватский геофизик Андрия Мохоровичич, изучая сейсмограмму, записанную прибором в момент этого события, заметил, что примерно на глубине 30 км скорость волн существенно увеличивается. Может быть, это явление сугубо местное? Но нет, другие сейсмологи подтвердили: подобное происходит на глубинах, близких к 30 км, повсюду. Значит, существует некий раздел, ограничивающий снизу земную кору. Для обозначения этого раздела ввели знакомый теперь научному миру термин поверхность Мохоровичича (иногда её также называют границей или разделом). А поскольку многим эта славянская фамилия показалась слишком труднопроизносимой, то часто говорят и пишут просто «Мохо», или даже «поверхность М». Эта поверхность и есть та нижняя граница, которая отделяет кору от того, что под ней, т.е. от мантии Земли.
Не так давно сейсмограммы позволили установить, что кора толще всего там, где вздымаются могучие горные хребты. Это потому, что у гор, как показали исследования, есть свои... корни. И чем выше гора, тем глубже в недра уходят её корни.
Горные вершины господствуют над окружающей их местностью, а их основания уходят «корнями» в более глубокие слои. Возникает некое подобие айсбергов: «лёгкие» горы словно плавают в более плотных и тяжёлых породах, как ледяные горы со своей огромной подводной (тоже невидимой) частью — по морям и океанам.
Континентальная и океаническая земная кора отличаются не только по толщине, но и по составу. Океаническую кору слагают два слоя — базальтовый и осадочный. Базальты — это тёмно-зелёная или даже чёрная силикатная порода, содержащая кальций, натрий, магний и железо (иногда и алюминий).
Откуда берётся океаническая кора? Она выделяется из самого верхнего слоя мантии, находящегося всего в 10—50 км под дном океана. Именно там породы мантии расплавляются и оттуда по трещинам поступают наверх, где, застывая, образуют нижний — базальтовый — слой океанической коры.
Другое дело — континентальная земная кора. Она тоже состоит из нескольких слоев. Верхний слой сложен песчаниками, глинами, известняками. Главное её отличие от океанической коры — наличие следующего слоя, образованного гранитами и метаморфическими (изменёнными под влиянием высокой температуры и давления) породами. Помимо этого — основного — слоя там присутствуют осадочные породы (песчаники, глины, известняки). Базальты или породы их напоминающие слагают нижнюю часть континентальной коры. Возраст у континентальной коры куда солиднее — он превышает 3 млрд лет (у океанической — не более 150—170 млн лет).
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=995
Случайная статья
