С космическим путеводителем по Земле - Станислав Хабаров

Не более пяти миллионов лет назад раскололся Африкано-Аравийский континент. На этом месте появилась «щель» Красного моря с тонкой океанической корой. Теперь Аравийский полуостров отодвигается от Африки со скоростью один сантиметр в год. Российские исследовательские суда и подводные управляемые аппараты исследовали этот интересный район Земли и подтвердили этот факт. Но упомянутые районы – не исключение. Возможно, станет океаническим разломом цепочка восточно-африканских озёр. А полуостров Калифорния обещает в будущем стать островом.

Не всё объясняет пока новая глобальная тектоника. Существует ряд проблем, которые ещё не решены с позиций тектоники литосферных плит. И всё-таки в активе этой теории немало находок и достижений.

Тектонические движения и внешние эрозийные процессы, действуя «рука об руку», изменяют земную поверхность. Тянь-Шань претерпел долгую историю. Его ранние горы сошли на нет под тёркой эрозии (воды, ледников, ветров, перемен температур). Потом в этих местах началось новое поднятие. О eгo равнинном периоде свидетельствуют «сырты» – ровные участки, поднявшиеся среди гор – прекрасные высокогорные пастбища.

Наоборот, Северное море опускается со скоростью один сантиметр за 300 лет, а между Африкой и Индией поднялся Аравийско-Индийский подводный хребет.

Но что же движет материки? Где заложены спусковые механизмы глобальных процессов? Ответы на эти вопросы – не тема этой книги. Но всё же хотелось отметить, что эти ответы начали искать давно. Факты связывают преобразования земной коры с влиянием Вселенной. Подмечено, что циклы горообразования повторяются каждые 150—200 миллионов лет, а этот интервал времени близок к периоду оборота Земли вместе с Солнцем вокруг ядра Галактики. Любое изменение движения нашей планеты способно вызвать деформацию земной коры.

Н. Е. Жуковский выполнял свои исследования и расчёты задолгo до начала практической космонавтики. Eгo назвали «отцом русской авиации», но в то же время eгo можно считать основоположником и ряда космических дисциплин. Задолго до появления первых космических танкеров он рассчитал особенности их движения в безопорном пространстве. Ему принадлежат выводы о финальных движениях закрученных космических аппаратов. Эти выводы подходят и для планет.

Как бы ни была вначале закручена планета, в конце концов она развернётся так, чтобы вращаться вокpyг оси с наибольшим моментом инерции. Стремление к этому положению обязательно связано с замедлением вращения. Кроме этого, торможению способствует внешнее воздействие: звёздная пыль, приливная деформация тела Земли. И действительно, планета замедляет свое вращение.

Полтавская гравиметрическая обсерватория провела обработку и систематизацию замеров движения 3емли. Онa фиксировала деформацию земной коры – результат притяжения Солнца и Луны. На широте Полтавы земные приливы поднимают и опускают поверхность планеты на полметра. По звёздам определялось перемещение полюсов, неравномерность вращения Земли. Наблюдения за 300 лет рассказали о постоянном замедлении скорости вращения Земли. Кроме того, существуют периодические изменения скорости с периодом в 60 лет. Во время солнечной активности скорость вращения увеличивается.

Непостоянно и положение полюсов Земли. Земная ось, вокруг которой происходит вращение нашей планеты, перемещается в космическом пространстве. Изменение её углового положения – прецессия – происходит циклически

с периодом в 26 тысяч лет (25 765). К прецессии добавляются более мелкие и частые колебательные движения – нутация – с периодом 18,6 года. Эти движения земной оси вызваны внешними причинами.

Точки пересечения оси Земли с земной поверхностью – географические полюсы тоже движутся. Если бы наша планета была однородным твёрдым телом, то полюсы описывали бы на поверхности Земли небольшую окружность, диаметром около 14 метров, повторяя её каждые 35 суток. Учитывая вязкость внутренних слоёв, можно было бы предсказать приближение земной оси к оси наибольшего момента инерции (по Жуковскому). Однако движение полюсов нашей планеты сложнее. Планета неоднородна, она деформируется, её тело – упруго (причём её модуль упругости близок к стали). И всё это вместе продлевает период колебаний полюсов до 428 суток. Имеется и годовая составляющая колебаний. Она пpоявляется в виде сезонных изменений моментов инерции Земли из-за выпадения осадков, намерзания льда, перемещения воздушных масс. Отсюда и происходят колебания земной оси с годовым периодом.

Американский астроном Чендлер определил собственные колебания Земли (с периодом в 428 суток) из наблюдений перемещения Северного полюса. Он взял замеры многих обсерваторий за несколько столетий. Теоретически эти колебания зависят от скорости вращения Земли. Но так как она замедляет своё вращение на 1—2 миллисекунды каждые сто лет, то канадский геофизик Кеннон рассчитал, что около 180 миллионов лет тому назад частоты чендлеровских и годовых колебаний сравнялись, возник резонанс, который мог раскачать земную кору. По мнению Кеннона, резонанс длился от 5 до 25 миллионов лет и дал толчок движению материков.

Вполне понятен механизм раздвигания срединно-океанических хребтов, но существуют ли силы, вызывающие меридиональное движение литосферных плит? В одной из своих основополагающих работ Н. Е. Жуковский рассчитал движение жидкости внутри твёрдого вращающегося шара. Его выводы можно отнести и к вращающейся Земле, имеющей жидкий внутренний слой. Свой теоретический анализ Жуковский подтвердил простым и наглядным экспериментом. В стеклянный шар вместе с водой поместили водоросли той же плотности, делавшие движения жидкости видимыми. Для Земли при замедлении вращения потоки двигались от экватора к полюсам, а при разгоне – от полюсов к экватору. Жуковским было доказано меридиональное движение жидкости под твёрдой наружной оболочкой шара.

Сейсмическое высвечивание тела Земли упругими волнами принесло дополнительные сведения. Например, в нижней мантии под японскими островами обнаружены неоднородности. Размеры включений достигают 100 километров. А в Южной Норвегии от литосферной подошвы до поверхности земной коры расположены вертикальные структуры, отличающиеся от окружающих пород.

Сейсмическое зондирование земных недр – всё-таки исследование косвенное, а хотелось бы непосредственно познакомиться с глубинным веществом. В ряде мест планеты реки и тектонические сбросы обнажили слои земной коры.

Разрез Мамонтовой горы в Якутии на реке Алдан охватывает геологическую историю в 20 миллионов лет. Река теклa в этих местах и миллионы лет тому назад, поставляя материалы, составившие толщи обрыва Мамонтовой горы. Слои многолетней («вечной») мерзлоты рассказали о похолоданиях. Якутия за последние 20 миллионов лет испытала три волны похолодания и иссушения климата, а затем превратилась в регион многолетней мерзлоты.

Места естественного обнажения недр – редки, истолкования результатов сейсморазведки – неоднозначны. И поэтому очень эффективен глубинный зондаж с помощью бурения. 3а полярным кругом, на Кольском полуострове расположена самая глубокая из вертикальных скважин 3емли. Её проектная глубина – 15 километров. Расположена она на Балтийском щите, где отсутствует осадочный слой, с его поверхности начинаются кристаллические породы.

На глубинах 1,6—1,8 километра был обнаружен рудный пласт медно-никелевых руд. Дальнейшее бурение показало, что по составу лунный грунт, доставленный американскими астронавтами и привезённый советскими автоматическими станциями, почти полностью соответствует породам, извлечённым с глубины трёх километров. Предполагалось, что до глубины пять километров идёт гранитная толща, а после – более древние, базальтовые породы.

Колонка керна, вынимаемая из недр Земли, изучалась различными лабораторными методами. Её исследование обнаружило немало любопытных фактов. До глубины семь километров была гранитная толща. Базальтов не нашли и

на глубине в 12 километров.

В местах, где проходит сейсмическая граница раздела, раньше считалось, что здесь начинается базальт. Но оказалось, что на этих глубинах – переход гранитов в менее плотные и трещиноватые архейские гнейсы, насыщенные минерализованными водами. Такие воды – источник рудообразования. Керн обнаружил к тому же повышенное содержание золота. Бурение сверхглубокой изменило представления о тепловом режиме недр.

Кольская сверхглубокая впервые в мире достигла глубины 12 километров (12 262 метра). Ведётся глубинное бурение и в других местах планеты.

Удача – нaгpaда упорным. Иногда на поверхности 3емли обнаруживают интересные составляющие земной коры. К ним относятся и зеленокаменные породы – участники ранних тектонических процессов. Их возраст – от двух с половиной до трёх миллиардов лет.