книги из ГПНТБ / Диомидов М.Н. Покорение глубин

развития жизни на Земле не укладывается даже в миллиард лет. Ученые, рассматривая эволюцию жизни от ее зарождения до современного состояния, приходят к выводу, что продолжитель­ ность геологической истории твердой коры нашей планеты не менее 5—б миллиардов лет или еще больше.

Мы пока еще точно не знаем, когда и как зародилась жизнь на нашей планете. Высказано предположение, что колыбелью жизни — прародиной для пресноводной и наземной фауны — яв­ ляется океан. Эта гипотеза подтверждается многими фактами и соображениями. Например, известно, что именно в морской воде существуют наиболее благоприятные условия для возникновения жизни: вода обладает высокой теплоемкостью, и температурные колебания в ней по сравнению с воздушной средой незначительны; в морской воде растворены все элементы, входящие в состав жи­ вой клетки, причем вода сохраняет свою химическую инертность. В море обитает 87% всех классов живых организмов, известных на Земле. Теорию о рождении жизни в океане подтверждает со­ левой состав крови наземных животных, представляющий как бы наследие далеких морских предков. Существуют и другие факты, подтверждающие гипотезу о том, что жизнь зародилась в мор­ ских глубинах миллиарды лет назад.

Как же на нашей планете распределяется жизнь во всех ее

ное пространство, заселенное живыми организмами. Наша пла­ нета состоит из трех оболочек: газообразной атмосферы, жидкой гидросферы и твердой литосферы. Биосфера в той или иной сте­ пени проникает в каждую из них.

Если не считать нижнего слоя атмосферы, который служит лишь местом временного пребывания наземных организмов (на­ пример, птиц во время полета или микроскопических животных, заносимых восходящими потоками воздуха), жизнь в атмосфере распространена только на поверхности земли, тогда как жиз­ ненное пространство гидросферы простирается до максимальных глубин (свыше 11 000 м) и занимает не только весь объем Миро­ вого океана, но и поверхность его дна. Следовательно, жизненное пространство гидросферы во много раз больше, чем суши, тем более, что живущие на суше животные в основном обитают на поверхности земли, и даже те, которые живут в земле, никогда не уходят глубоко в почву и населяют только ее тонкий поверх­ ностный слой. •

Геология океанского дна

Чтобы понять Вселенную, человек побывал на Луне и гото­ вится к полету на другие планеты, но для познания многих явле­ ний еще предстоит проникнуть в глубь времен. Наша планета очень стара, ее летопись начертана на каменных отрогах горных вершин и в слоях земной коры, большая часть которой находится

20

под водой. Тот, кто хочет расшифровать древнюю запись при­ роды, должен прежде всего проникнуть в океанские глубины и недра земли.

Своеобразной летописью, отражающей историю Земли, явля­ ются отложения, скопившиеся на дне океана за сотни миллионов лет. Среди этих отложений — остатки древнейших организмов, метеориты, вулканический пепел. Спрессованные слои осадков по­ вествуют о геологических катастрофах — землетрясениях, титани­ ческих перемещениях земной коры, о ледниковых периодах. Ис­ следуя недра океанского дна, ученые проникают в глубь древней­ ших времен, разгадывают многие тайны истории.

Изучение океанского дна имеет огромный практический инте­ рес, так как дно Мирового океана и его недра хранят запасы руды, минералов и топлива, возможно превышающие ресурсы суши. Придет время, когда человек станет использовать эти не­ сметные богатства.

Начиная рассказ о геологическом строении «незримой земли» и процессах, происходящих под толщей океанской воды, напомним

твердой земной корой, сложенной преимущественно из горных по­ род и из почвы, образовавшейся под воздействием воды, солнца, воздуха и живых организмов.

Земля при своем движении в мировом пространстве вокруг Солнца со скоростью 29,77 км/с сталкивается с космическими частицами, которые, оседая на ее поверхности, увеличивают массу Земли ежегодно на тысячи тонн; значительная часть этих частиц оседает на дно океана.

Толща земной коры пока еще мало исследована; предельная глубина современных шахт достигает лишь 3000 м, а самые глу­ бокие нефтяные скважины имеют глубину около 8000 м, т. е. за­ нимают примерно У5 расстояния от поверхности до мантии. Про­ буренная и исследованная толща земной коры состоит из обыч­ ных пород, встречающихся и на поверхности. При движении в глубь земли в шахтах температура с каждым пройденным кило­ метром увеличивается примерно на 19° С, однако на больших глубинах повышение температуры замедляется. Предполагают, что в центре земли температура должна быть 2000—6500° С.

Если давление на дне наиболее глубоких тихоокеанских впа­ дин составляет 1000—1100 кгс/см2, то в земле, на глубине 300 км,

земного шара превосходит 3,5 млн. кгс/см2,

21

et

та

Q,

I

О с*

•Я 1

я ^

~ Я я d » и

; О\о ,ч §

F- I О.«та

22

Плотность пород, залегающих непосредственно под земной ко­

веского свинца на земной поверхности. Строение ядра Земли окончательно не установлено. Изучение плотности в глубине зем­ ного шара и анализ записей, регистрирующих малейшие колебания земной коры, дают основания полагать, что ядро Земли состоит

23

из внешнего ядра диаметром 7000 км, находящегося в жидком состоянии, и внутреннего твердого ядра диаметром 2500 км. Согласно теории ядро состоит из металлического сплава с прнмесыо кремния.

Другая теория, не отвергая гипотезу о металлическом составе ядра Земли, утверждает, что из-за огромного давления внутри планеты вещество не может находиться в жидком состоянии даже при высокой температуре. Тем не менее, оставаясь твердым, ве­ щество в центре планеты, состоящее из скальных пород или ме­ таллов, ведет себя, как жидкое тело.

Это явление будет более понятно, если вспомнить, что металлы становятся текучими при большом давлении. Как известно, на данном свойстве основана холодная штамповка и некоторые дру­ гие виды обработки металлов. Не секрет, что вязкая сталь под нажимом мощного пресса становится похожей на жидкое тело. Опа течет и может, как жидкость, проходить через тончайшие от­ верстия. Под давлением всего 4000 кгс/см2 из мягкой стали в хо­ лодном состоянии можно штамповать любую деталь. Чем выше давление, тем более текуч металл. Если же его подвергнуть дав­ лению 4 млн. кгеіем2, то, вероятно, он приобретет свойства жид­ кости.

Можно предположить, что под влиянием разности температур, вращения Земли, лунного притяжения и других факторов в твер­ дом металлическом ядре существуют мощные течения, описываю­ щие петли в толще Земли. В этом предположении нет ничего удивительного. Турбулентное движение, свойственное атмосфере и гидросфере, может распространяться и на центральное тело на­ шей планеты, находящееся под огромным давлением наружной оболочки и имеющее свойства жидкого тела.

Как в толще океана движутся глубокие и поверхностные реки — течения, так и в недрах ядра нашей планеты могут переме­ щаться массы металлического сплава.

Существует несколько теорий о строении ядра нашей планеты, но все они сходятся на том, что ядро состоит из тяжелых элемен­ тов, в основном металлов, и, следовательно, руды, обнаруживае­ мые в поверхностных слоях земной коры, являются результатом выноса металла из глубочайших недр планеты.

Мы еще не знаем, из чего состоит ядро Земли: теория о метал­ лическом ядре в последнее время поставлена под сомнение. Воз­ можно, что ядро сложено из обычных пород, сдавленных огром­ ным давлением так, что их плотность превышает плотность свинца.

Наши представления о внешней оболочке планеты пока еще

(по имени открывшего ее югославского ученого). Расчетами и ис­ следованиями волн землетрясений и взрывов установлено, что ниже этой поверхности находится подкорковое вещество, которое

24

составляет очень толстый слой, который начинается сразу под земной корой и продолжается до глубины около 3000 км. На магму опирается кора Земли, состоящая из шести основных под­ вижных плит.

Схем а современного дрейфа континентов.

Всхеме африканская плита считается неподвижной. Стрелки показывают направление

движения других крупных плит, ограниченных горными хребтами или глубоководными ж е­ лобами; показано также несколько более мелких, безымянных плит. Границы между американской и евразийской плитами и к югу от Африки точно не установлены.

В Советском Союзе разработан метод регистрации искусствен­ ных взрывов, который, дополняя регистрацию сейсмических волн, позволяет с большой точностью изучать строение земной коры до глубин, превышающих 70 км.

Оказалось, что толщина земной коры в различных районах земного шара неодинакова и изменяется от 5 до 80 км. Под океа­

наиболее утолщенная кора. Эти утолщения называют корнями гор. Как и подводные части айсбергов, корни гор в пять раз боль­ ше, чем сами горы, возвышающиеся над поверхностью Земли.

Внутренний рельеф коры Земли на границе с мантией имеет такое же сложное строение, как и наружная поверхность земного шара. Чтобы разгадать внутреннее строение планеты, нужно знать состав вещества подкоркового слоя. Многие из важнейших про­

25

цессов, “влияющих на развитие нашей планеты,— образование ма­ териков и океанов, вулканическая деятельность, внутреннее тепло, магнитное поле и т. п.— зависят от процессов, происходящих в мантии Земли, пока еще не доступной для наблюдения и иссле­

дований.

Получение из недр Земли образцов вещества и их всесторон­ ний анализ приоткрыли бы завесу под сокровенными тайнами пла­ неты и прежде всего объяснили бы природу образования рудонос­ ных жил в коре Земли. На суше глубина залегания подкоркового вещества составляет более 15 км, что является большим препят­ ствием для получения таких «проб»; тем не менее в Советском Союзе с этой целью заложены глубокие скважины.

Самая тонкая земная кора находится под дном Тихого океана. В некоторых местах его северной части она составляет всего 6 км и даже менее, но глубины океана в этих районах достигают 4— 6 км. В 320 км к северу от острова Пуэрто-Рико, находящегося в Атлантическом океане, в районе Карибского моря, где глубина океана равна 4250 м, найден участок коры с еще меньшей толщи­ ной— всего 5500 м. В этом месте подкорковое вещество располо­ жено близко к поверхности Земли. В последнее время наиболее подходящим местом для бурения считают район возле Гавайских островов.

Предполагают, что все месторождения металлической руды, расположенные вблизи поверхности, являются результатом вул­ канической деятельности, непрерывно происходящей на нашей планете.

Внутри земной коры имеются очаги жидкой магмы, содержа­ щие металлические сплавы. Магматическая оболочка планеты, сжатая огромным давлением земной коры, несмотря на высокую температуру, расплавиться не может. Если же в земной коре об­ разуется трещина, давление резко падает, и в раскаленной под­ корковой породе магма переходит в жидкое состояние; она может выйти на поверхность и образовать вулкан или, встретив на пути пустоту, заполнить ее. Магме, поднимающейся из глубинных недр Земли, всегда сопутствуют металлические пары и газы, являю­ щиеся исходным материалом для образования рудных месторож­ дений.

На суше, где кора Земли имеет наибольшую толщину, вул­ каны действуют относительно редко, и существующие рудные жилы обязаны своим происхождением действию вулканов древ­ нейших геологических периодов. В океанских глубинах до сих пор происходит интенсивная вулканическая деятельность. Жидкая магма проникает через возникающие расщелины и трещины и вы­ носит новые образования руды с богатым содержанием различ­ ных металлов.

Исследования последних лет свидетельствуют о чрезвычайно изрезанном рельефе океанского дна, ложе которого является цен­ ной кладовой минералов и руд с богатым содержанием цветных и редких металлов. Огромные запасы полезных ископаемых и неф-

26

27

,тп хранятся в недрах шельфа, который содержит те же ископае­

же современного. Тогда весь шельф был обнажен и на Земле не существовало Балтийского, Белого, Карского и других морей и заливов, глубина которых в настоящее время не превышает 130 м. Широкая прибрежная низменность, являющаяся ныне морским дном, была покрыта многочисленными озерами и болотами, кото­ рые заполнялись обломками растительной массы, отмирающими деревьями и травами. Накопление древесной растительной массы приводило к образованию залежей торфа, каменного угля и нефти, которые обнаруживаются сейчас на шельфах Европы, Америки,

28

Японии и в других местах. Анализ возраста отложений на шельфе свидетельствует о последовательной смене тундровой растительно­ сти, хвойных деревьев, имеющих возраст 12 000 лет, и листвен-

Сейсмограмма соляного купола на континентальном шельфе Мексиканского залива.

ных лесов, возраст которых 8500 лет. Из смолы хвойных растений, произраставших на дне нынешних морей, образовался янтарь.

Прибрежная растительность привлекала множество крупных животных: мамонтов, мастодонтов, мускусных быков, крупные кости которых обнаруживаются в шельфовых отложениях. Обна­ ружение подводным аппаратом Алвин стоянки древнего человека на глубине 43 м позволяет предположить, что люди каменного

29