ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМЛИ

Состав Земли, особенно её оболочек, существенно отличается от состава небесных тел.

Если с созданием космических ракет стало возможным изучение состава атмосферы на любых высотах, изучение химического состава планет, а создание подводных лодок и глубоководных аппаратов батискафов позволило проникнуть в тайны мирового океана.

Батискаф (от греч. batkys – глубокий и skáphos – судно) – глубоководный самоходный аппарат для океанографических и т. п. исследований. Первый батискаф построен швейцарским физиком О. Пиккаром в 1948 г. В 1960 г. на батискафе "Триест" достигнуто дно Марианского жёлоба в Тихом океане (10 994 м).

Однако не следует переоце­нивать наши успехи в познании литосферы, в частности земной коры, которая для нас представляет особый интерес. Земная твердь – terra incognita – земля неизведанная.

Рис. 1. Глубоководный аппарат «Мир-1» Института океанологии

им. П.П. Ширшова[8] Российской академии наук (РАН)

Из чего состоят области земного шара, находящиеся ниже земной коры, узнать не так-то просто. Глубокие скважины, которые бурит человек, не превосхо­дят сегодня 7 тысяч метров. И перспектив на успехи в проникновении в глубь Земли пока не видно. Самая глубокая в мире скважина (рис. ), которую пробурили геологи на Кольском полуострове, едва преодолела 12-километровый рубеж. Это всего 0,2 % радиуса Земли! Образно говоря, человек проколол булавкой на глобусе лишь самый верхний слой краски…

Схемы Кольской сверхглубокой скважины и её "создатели"

Рис. Схема геосфер с указанием падающего на Землю потоков

солнечной энергии и космических лучей

(расстояния от поверхности Земли даны в километрах)

Полтора века назад французский фантаст Жюль Верн написал роман «Путешествие к центру Земли», в котором предсказал, что, проникнув в недра планеты, люди найдут много удивительного, прежде всего — огромный мир, населённый доисторическими существами.

Идея оказалась плодотворной. О странном мире в глубине земного шара позднее писали такие известные авторы, как Эдгар Берроуз и Владимир Обручев. И у них были основания для фантазирования, ведь наука имеет лишь самое общее представление о том, как устроены недра. Любая теория на эту тему является гипотетической и не подтверждена прямыми измерениями. Вся информация получена из косвенных источников: сейсмологических и минералогических исследований земной коры, изучения неравномерностей гравитации, поведения магнитного поля планеты.

Понятно, что учёные не оставляют надежду взглянуть на центр Земли собственными глазами. Такой опыт позволил бы не только решить многие теоретические проблемы, но и дать надёжные сведения о том, где искать полезные ископаемые.

В XX веке наибольших успехов в этом направлении добились советские инженеры, пробурившие Кольскую сверхглубокую скважину (СГ-3), глубина которой составила 12 262 метра.

Кольская скважина бурилась в Мурманской области, на территории Печенгского медно-никелевого рудного района Балтийского щита, сложенного из древнейших архейских и протерозойских кристаллических пород. Основной задачей бурения было получить информацию об их вещественном составе и физических свойствах на больших глубинах.

Здесь впервые удалось изучить породы, относящиеся к далёкому прошлому — от 1,6 до 3 млрд. лет (возраст Земли оценивается в 4,54 млрд. лет). Хотя в процессе исследования получено много ценных сведений о недрах, результаты оказались во многом неожиданными. Директор Научно-производственного центра «Кольская сверхглубокая» Давид Губерман писал, что «до четырёх километров всё шло по теории, а дальше началось светопреставление». Теоретики считали, что температура пород останется низкой до отметки 15 километров, но уже на пяти километрах температура перевалила за 70 ^оС, на семи — за 120 ^оС, а на двенадцати — за 220 ^оС: на сто градусов больше предсказанного!

Были и поистине сенсационные открытия. К примеру, когда началось изучение лунного грунта, доставленного советскими автоматическими станциями, исследователи Кольской скважины установили, что он идентичен пробам, собранным ими на глубине трёх километров. Таким образом была подтверждена гипотеза, что Луна и Земля формировались совместно, но разделились в результате колоссального удара, нанесённого шальным небесным телом.

К сожалению, ныне Кольская сверхглубокая скважина практически забыта, а научный центр при ней разграблен. Российское правительство не выделяет средств на продолжение уникального эксперимента, и изучение недр в нашей стране приостановлено.

Новейшие изыскания спелеологов, работающих в самых глубоких пещерах, подтверждают: таинственный мир земных недр, о котором писали Жюль Верн с коллегами, всё-таки существует.

Долгое время считалось, что развитые формы жизни не могут существовать без солнечного света. Однако глубоководные погружения показали, что жизнь проникла даже на дно Марианской впадины. Аналогичные исследования проводятся в пещерах, шахтах и скважинах.

К примеру, неподалеку от города Рамле в Израиле была вскрыта Аялонская пещера, изолированная от внешнего мира пять миллионов лет. Там учёные нашли подземное озеро, в котором обитали восемь неизвестных ранее видов ракообразных. Все они оказались безглазыми. Ещё более интересное открытие ожидало исследователей золотодобывающих шахт в Южной Африке. С двухкилометровой глубины были подняты мелкие юркие червячки, прозванные «дьявольскими» (Halicephalobus mephisto) — они тысячелетиями жили без контакта с внешним миром в горячих потоках с высоким содержанием сульфидов, питаясь местными бактериями. На трёхкилометровой глубине золотого прииска Мпоненг обитает микроб, названный исследователями «отважным странником» (Desulforudis audaxviator) в честь строки из романа Жюля Верна «Путешествие к центру Земли». Микроб столь долго развивался в отрыве от остальной биосферы, что обрёл уникальные свойства: от способности закукливаться в неблагоприятных условиях до возможности выращивать специальные жгутики, если ему надо покинуть место постоянного обитания. Единственное, что может мгновенно убить «странника», – соприкосновение с кислородом.

Вертикальные природные пещеры не могут быть глубже трёх километров – расчёты показывают, что на такой глубине их раздавит масса окружающих пород.

Самой глубокой пещерой из открытых в настоящее время является пещера Крубера-Воронья в Абхазии (2196 метров).

Первой обследованной пещерой глубиной более километра стала французская пропасть Берже (1323 метра), открытая в 1953 году.

Учёные полагают, что толща земных пород заселена микроорганизмами до глубины семи километров, а возможно, и ещё глубже. Изучение этих мелких существ даст нам не только новое знание об эволюции жизни на Земле, но и основания для поиска аналогичных биосфер на других планетах.

Потенциальные открытия, которые может принести непосредственная разведка недр, стимулируют творческое воображение учёных. Например, профессор геофизики из Калифорнийского технологического института Дэвид Стивенсон выдвинул оригинальный и технически осуществимый проект достижения земного ядра с использованием ядерного заряда.

Схема Стивенсона выглядит так. Мы взрываем в природном геологическом разломе особым образом сконструированный заряд, по мощности в три раза превышающий бомбу, сброшенную на Хиросиму. При этом образуется узкая трещина глубиной в несколько сотен метров. Чтобы не дать трещине «зарасти», начинаем лить в неё жидкий металл при температуре 1000-1200 ^оС. Имея более высокую, чем окружающие породы, плотность, металл устремится прямо вглубь планеты со скоростью 5 м/с. По расчётам, не пройдёт и недели, как раскалённая лавина опустится на глубину трёх тысяч километров и достигнет земного ядра. Но главное, что металл будет толкать впереди себя особый исследовательский зонд размером с апельсин. С помощью высокочастотных сейсмических волн зонд будет сообщать ученым информацию о плотности окружающей среды.

Идея профессора Стивенсона основана на разработке «Горячая капля» российских специалистов из Института теоретической физики, которые ещё тридцать лет назад предлагали похожий вариант «разрыва» недр для захоронения радиоактивных отходов.

Пока что этот и другие проекты проникновения вглубь Земли выглядят утопическими. Но кто знает, что будет завтра, когда дефицит природных ресурсов заставит человечество серьёзней задуматься над тем, какие несмётные сокровища хранятся у него под ногами на глубине нескольких километров?

Рассмотрим современные данные о химическом составе Земли. К счастью, недра планеты можно изучать не только при помощи бурения скважин, но и по красноречивым «рассказам» сейсмических волн – упругих колебаний, распространяющихся в Земле от очагов землетрясений или взрывов.

Итак, исследователи научились заглядывать глубоко внутрь и по косвенным признакам судят о том, что видеть воочию им пока не дано. …Всё то, из чего образованы «земная твердь», необозримые водные пространства и воздушная оболочка Земли – атмосфера, состоит из различных сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов (около 90), встречающихся в природе. Подобные «кирпичики» слагают минералы и горные породы. Их эволюцию (от лат. evolution – развёртывание) во времени, распределение в земной коре и элементный состав исследуют несколько научных дисциплин. Главенствующая же роль принадлежит геохимии.