Внутреннее строение Земли
Центр нашей планеты находится всего лишь на глубине 6370 километров, что составляет менее двух процентов расстояния до Луны, однако наибольшая глубина, на которую человек проникал в недра Земли (в золотых копях Южной Африки), составляет 3,6 километра. При разведке нефти в западном Техасе твердые породы были пробурены до глубины более 9 километров и подняты образцы пород.
Хотя, строго говоря, мы исследовали лишь самую поверхностную часть планеты, мы все же имеем грубую модель ее внутреннего строения. Эта модель, которая год от года уточняется, явилась главным образом результатом обширных и координированных между собой исследований, проводящихся во всем мире,– исследований путей и скорости перемещения сейсмических волн, этих надежных посланцев, которые проникают дальше и быстрее в земные недра, чем буровые скважины. Данные сейсмических исследований дополняются другими, как, например, изучение свойств пород па поверхности Земли и в условиях больших температур и давлений. Конечно, в деталях наша модель неточна, но вероятность того, что она правильна в общих чертах, достаточно велика. Рисунок (рис. 1), представляющий модель в упрощенной форме, изображает планету как бы состоящей из концентрических оболочек-слоев, подобно луковице, причем каждый нижележащий слой тяжелее, чем вышележащий.
На поверхности находится кора, состоящая из различных пород. Толщина коры по отношению к диаметру земного шара меньше, чем толщина яичной скорлупы по отношению к яйцу. Кроме того, в отличие от яичной скорлупы толщина ее не везде одинакова. Под океанами она всего лишь около 5 километров, а в пределах континентов – от 40 до 60 километров. Мантия («белок» яйца) состоит из материала более тяжелого, чем породы коры. По объему она составляет около 80% всей Земли. Книзу она резко переходит в ядро («яичный желток») – металлическое, очень тяжелое и, вероятно, представляющее собой сплав железа, никеля и, возможно, серы или кремния. Очень вероятно, что богатое железом земное ядро является источником магнитного поля Земли, управляющего стрелками наших компасов.
Рис. 1. Если бы Землю разрезать, как яблоко, то обнаружилось бы состоящее из двух частей металлическое ядро, окруженное слоями каменного материала. Земная кора имеет очень небольшую толщину. В верхней части рисунка изображен в увеличенном вертикальном масштабе фрагмент земной коры, включающий и океаническую и континентальную часть.
По сравнению с температурой земной поверхности внутренняя часть Земли очень горяча. Даже в глубокой шахте, хотя она составляет лишь крошечную долю расстояния до центра Земли, очень жарко. Некоторые шахты должны вентилироваться охлажденным воздухом. Это иллюстрирует тот общеизвестный факт, что температура повышается с глубиной, по крайней мере в пределах коры и несколько глубже (насколько – точно неизвестно). Величина этого повышения температуры, называемая геотермическим градиентом, изменяется от места к месту, однако в среднем в пределах коры она составляет от 10 до 50°C на километр. Если принять средний градиент равным 30°, то основание коры должно иметь температуру около 1800°, то есть буквально быть раскаленным докрасна. Считается, однако, что внутри ядра градиент снижается в связи с тем, что металлические породы хорошо проводят тепло. Если это так, то возможно, что температура в центре Земли не превышает нескольких тысяч градусов. Почти половина этих огромных запасов тепла имеет своим источником радиоактивность. Радиоактивные химические элементы, находящиеся в теле Земли, распадаются, и при их распаде выделяется тепловая энергия, Считают, что другая половина запасов тепла сохранилась от тех времен, когда Земля только возникла (Проблему теплового состояния Земли Р.Ф. Флинт изложил очень кратко. Укажем хотя бы на то, что содержание радиоактивных элементов и выделение радиоактивного тепла в Земле уменьшается с глубиной. Выделение радиоактивного тепла уменьшалось и с течением времени, так как радиоактивные элементы постепенно распадались. Сжатие Земли также повышало ее температуру. – Прим. ред.).
Каким бы ни был геотермический градиент, мы можем быть уверены, что внешняя часть тела Земли является своего рода термоизоляционной оболочкой. Она допускает лишь очень медленное проникновение тепла из внутренних областей к поверхности, откуда оно медленно излучается в атмосферу; тепловое излучение Земли составляет приблизительно 1/20000 часть того тепла, которое поступает на поверхность Земли от Солнца.
Другое свойство Земли – давление – также возрастает с глубиной. Это возрастание является непосредственным результатом увеличения с глубиной веса вышележащих слоев. Поэтому наряду с геотермическим градиентом существует градиент давления. На поверхности Земли, на уровне моря, давление атмосферы составляет около 1 кг/см2. Но давление, которому подвергается со всех сторон точка в центре Земли, согласно расчетам, превышает 3000 т на 1 см2. Даже на сравнительно небольшой глубине – 10–20 километров – давление настолько велико, что может вызвать существенные изменения в строении пород.
