Секреты мироздания - А Смирнова

Земная кора — это основа, на которой мы живем, которая нас кормит и откуда мы извлекаем наши ресурсы: минералы, металлы и топливо.

Земное ядро состоит из металла, основной компонент которого— железо. Ядро содержит около 10–20 % элементов легче железа. Согласно современным гипотезам, этими элементами могут быть никель, сера или кремний. Внешний слой ядра считается жидким, внутреннее ядро радиусом около 1100 км — твердым.

Мантия составляет примерно 83 % объема Земли. Вещество, слагающее мантию, по составу близко к породе из оливина (Mg, Fe)2SiO4 и пироксена (Mg, Fe)SiO3. По скоростям сейсмических волн было установлено три слоя мантии: верхняя мантия (от поверхности Земли до глубины примерно 400 км), нижняя мантия (от глубины 700 км до ядра) и переходный между ними слой.

Мантия постоянно взаимодействует с земной корой, т. е. в то время как новое вещество земной коры (океанической или континентальной) образуется из мантии, «старое» вещество земной коры опускается в нее.

Литосфера — внешняя сфера «твердой» земли — включает земную кору и часть верхней мантии (субстрат).

Под литосферой в верхней мантии располагается слой пониженной твердости, прочности и вязкости (его вязкость — 1020–1019 П, вязкость верхней мантии — 1025–1026 П), именуемый астеносферой («ослабленная» сфера). Верхняя граница астеносферы располагается под материками на глубине около 100 км, под дном океана — около 50 км, нижний слой — на глубине 250–300 км. Астеносфера играет важную роль в эндогенных процессах, протекающих в земной коре (магнетизм, метаморфизм, тектонические процессы, сейсмическая активность и т. п.). Плотность литосферы континентов (3–3,1 г/см3) меньше плотности астеносферы (3,22 г/см3), поэтому континенты обладают плавучестью и не погружаются в астеносферу. Что касается океанической литосферы, то она на большей части океанов (кроме их центральных частей, занятых срединно-океаническими хребтами) имеет плотность 3,3 г/см3, то есть больше плотности астеносферы. Поэтому в любом месте, где внутри океанической литосферы происходит раскол, она должна тонуть в астеносфере.

Газовая оболочка Земли — современная атмосфера — состоит, исключая воду и пыль (по объему), из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %), углекислоты (около 0,09 %), а также водорода, неона, гелия, криптона и ряда других газов (в сумме около 0,01 %). Считается, что в древние времена количество углекислого газа было много большим, а кислорода — меньшим. Атмосфера делится на три слоя: нижний — тропосферу, средний — стратосферу и верхний — ионосферу. Тропосфера до высоты 7–10 км (над полярными областями) и 16–18 км (над экваториальной областью) включает более 79 % массы атмосферы, а ионосфера (от 80 км и выше) всего около 0,5 %. Во всех слоях атмосферы происходят с различными скоростями и в разных направлениях вертикальные и турбулентные движения.

Одной из особенностей Земли является наличие у нее магнитного поля, тесно связанного с существованием ядра планеты. Современное магнитное поле напоминает поле, созданное постоянным магнитом (магнитным диполем), который расположен в центре Земли и направлен Северным полюсом к югу. Предполагается, что в древние времена ось геомагнитного диполя совпадала с осью вращения Земли. Если предположить, что геомагнитный диполь расположен в центре Земли, и затем мысленно продлить диполь до пересечения с земной поверхностью, то точки, где это произойдет, называются геомагнитными полюсами. Земное магнитное поле характеризуется медленным направленным изменением во времени, а также претерпевает ряд обращений и инверсий. Предполагается, что миграция магнитных полюсов Земли относительно ее поверхности происходит вследствие наличия континентального дрейфа.

Магнитная ось Земли составляет с осью вращения угол около 11,5°. Географические полюсы, Северный и Южный, представляют собой точки пересечения оси вращения Земли с земной поверхностью. Северный полюс находится в центральной части Северного Ледовитого океана, а Южный — в пределах Полярного плато Антарктиды на высоте 2800 м. Считается, что местоположение географических полюсов не остается постоянным.

Основные черты строения Земли прояснились лишь в последние 50 лет благодаря систематическим геолого-геофизическим исследованиям земной коры и, прежде всего, океанического дна.

Выяснилось, что по центру океанов протягиваются системы срединно-океанических хребтов общей длиной около 80 тысяч км.

По оси хребтов располагаются узкие ущелья (шириной в несколько десятков километров и глубиной до 1,5 км), получившие название рифтовые долины. Местами (например, в Калифорнийском заливе на западном побережье Северной Америки, в Анденском заливе на восточном побережье Африки) рифтовые долины выходят из океана на континенты, где они продолжаются узкими ущельями (например, Восточно-Африканские грабены).

По многим окраинам океанов располагаются глубочайшие линейные впадины — глубоководные желоба, опускающиеся до максимально известных глубин 10–11 км. Эти желоба со стороны континентов сопровождаются вулканическими островными дугами или вулканическими поясами на окраинах континентов. Глубоководные желоба обнаружены в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах. Серия изогнутых цепочек островов, расположенных на окраинах Тихого и Индийского океанов, являют собой яркий пример островных дуг. Это — Алеутские острова, Курилы, Япония, острова Рюкю, Филиппины, Индонезия, Соломоновы острова. Все они сопряжены с глубоководными желобами. Системы островных дуг и желобов играют важную роль в процессах переформирования географии Земли.

Яванский глубоководный желоб (в Юго-Восточной Азии) и сопровождающая его вулканическая дуга островов Ява и Суматра переходят, как и рифтовые зоны, на континент и продолжаются на нем в виде грандиозного Альпийско-Гималайского пояса. Желобам на континенте отвечают глубокие прогибы перед фронтом гор, такие, как Месопотамская низменность и Индо-Гангская равнина. Указанные прогибы возникли на месте прежних глубоководных желобов.

Океаническая земная кора отличается от континентальной: в океане нет гранитов, так типичных для континентов. С поверхности коренное океанское ложе повсеместно сложено базальтами.

Исследования океанических рифтовых зон, выполненные геологами с подводных аппаратов, показали, что вулканические постройки образовались всего лишь сотни и тысячи лет назад, т. е. с геологической точки зрения недавно.

Все срединно-океанические хребты имеют вулканическое происхождение. Вулканизм в них идет строго по оси хребтов, локализуясь в узких (шириной в несколько километров) экструзивных зонах. Сейсмические пояса Земли строго совпадают с двумя мировыми системами рельефа: рифтов и желобов. За пределами этих систем землетрясения происходят довольно редко, а внутри их они наблюдаются постоянно.

10.2. География мира: вчера, сегодня, завтра

Если внимательно посмотреть на контуры материков нашей планеты, то обнаруживается поразительное сходство очертаний их противоположных берегов. Это обстоятельство, в первую очередь, наводит на мысль, что когда-то континенты составляли единый материк. Мысль эта сама по себе не нова. Неслучайность этого сходства отмечал еще в XVII в. английский философ Ф. Бэкон в работе «Новый органон» (1620), а француз Ф. Пласе в 1658 г. высказал предположение, что Новый и Старый Свет разделились в результате глобальной катастрофы — Всемирного потопа. Итальянский ученый Антонио Снидер-Пеллегрини в 1858 г. на основе сходства очертаний противоположных берегов Атлантики, ископаемых растений и месторождений угля в Европе и Америке обосновал идею образования Атлантики в результате раскола единого праматерика и раздвижения его осколков. В 1965 г.

А. Смит, Э. Буллард, Дж. Эверетт уже с помощью ЭВМ подобрали наилучший вариант совмещения естественных границ материковых склонов приатлантических континентов (на глубине в 500 морских саженей; рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема совмещения границ приатлантических континентов (по Э. Булларду, Дж. Эверетту, А. Смиту, 1965; см. А. С. Монин, 1980)

Американский ученый Ф. Тейлор в 1908 г. выдвинул ряд весомых аргументов в пользу движения континентов. Геолог Бейкер в серии статей 1911–1912 гг. обосновал движение континентов соответствием горных систем на противоположных берегах Атлантики и предложил реконструкцию единого праматерика, которая обеспечивала непрерывность этих горных систем.

Наиболее полное обоснование гипотезы перемещения материков (мобилизм) было дано выдающимся немецким геофизиком Альфредом Вегенером, которая была сформулирована в статье «Происхождение континентов» (1912), а затем в книге «Происхождение континентов и океанов» (1937). Исходя из факта сходства контуров материков, особенно Южной Америки и Африки, Вегенер на основе принципа изостазии и гипсографической кривой сделал вывод о коренном отличии коры континентов и океанической коры (первая сложена в основном из гранитов, вторая — из базальтов). Анализ фактов сходства контуров противоположных берегов, геологического строения, а также ископаемых флоры и фауны материков, ныне разделенных океанами, — Южной Америки, Африки, Индостана и Австралии — привел Вегенера к выводу, что в древние времена все материки были объединены в один суперконтинент, которому он дал название Пангея. Предложенная Вегенером реконструкция Пангеи и ее распад получили в дальнейшем полное подтверждение. Эта классическая реконструкция Пангеи и стадии ее распада приведены на рис. 10.2.