Текст книги "Занимательная геохимия. Химия земли"

Еще более крупный метеорит упал в Центральной Сибири утром 30 июня 1908 года. Это знаменитый Тунгусский метеорит. Он был настолько велик, что весил сотни тысяч тонн. Пробив всю толщу земной атмосферы, он ударился о грунт с космической скоростью, превышавшей несколько километров в секунду. Вследствие мгновенной остановки в момент удара весь огромный запас энергии движения метеорита перешел в теплоту. Метеорит мгновенно нагрелся до многих тысяч градусов и превратился в раскаленный пар. Произошел взрыв, которым была повалена тайга в радиусе до 30–40 км. Летом 1957 года в образцах почвы, доставленных из района падения метеорита, были обнаружены мельчайшие металлические частицы – метеоритная пыль, образовавшаяся в результате взрыва метеорита.

Поваленные деревья в районе падения Тунгусского метеорита

Метеорит Богуславка

В настоящее время известно около десятка так называемых метеоритных кратеров, расположенных в разных местах земного шара. Они образовались в результате падения и взрыва гигантских метеоритов. Один из крупнейших метеоритных кратеров, известный под названием Аризонского, расположен в США. Он имеет диаметр в 1200 м и глубину приблизительно в 180 м.

Замечателен еще один железный метеорит Богуславка, упавший 18 октября 1916 года в Приморском крае. Он состоит из двух кусков, весом в 199 и 57 кг. Этот метеорит раскололся в воздухе во время движения.

А вот лежит крупный каменный метеорит Кашин, весом в 127 кг, упавший 27 февраля 1918 года в бывшей Тверской губернии.

Мы оканчиваем наше знакомство с метеоритами осмотром еще одной витрины. В ней лежат две половинки распиленного пополам крупного метеорита, первоначально весившего свыше 600 кг. Обе поверхности распила отполированы, и видна замечательная внутренняя структура метеорита. Мы видим, что метеорит представляет собой как бы железную губку, пустоты которой заполнены стекловатым зеленовато-желтоватым минералом – оливином. Это первый из сохранившихся метеоритов нашей страны, получивший название «Палласово железо». Он относится к классу железокаменных (палласитов).

Метеорит был найден в 1749 году в Сибири кузнецом Медведевым. В 1777 году метеорит был доставлен по распоряжению академика П. С. Палласа в Петербург, в Академию наук. Здесь его изучал член-корреспондент Академии, известный ученый Э. Ф. Хладни. Результаты своих исследований он опубликовал в городе Риге в 1794 году в специальной книге. В этой книге он впервые доказал внеземное происхождение этой железной глыбы, то есть принадлежность ее к метеоритам, а также возможность падения метеоритов на Землю.

В то время выводы Хладни подверглись критике и насмешкам со стороны высокомерных западноевропейских ученых. Они не признавали возможности падения метеоритов и сообщения очевидцев о таких случаях считали выдумками. Но спустя почти десятилетие после выхода в свет книги Хладни, 26 апреля 1803 года во Франции, вблизи городка Лэгль, выпал обильный каменный метеоритный дождь, после которого было собрано около 3000 камней. Падение этого метеоритного дождя наблюдали многочисленные жители. После этого парижским ученым, а с ними и другим ученым Западной Европы ничего не оставалось делать, как только признать существование метеоритов.

Метеорит «Палласово железо»

Из сказанного мы видим, что наша страна явилась родиной науки о метеоритах – метеоритики.

Описанные выше большие метеориты из коллекции Академии наук СССР не являются еще наибольшими.

Самым большим в мире является железный метеорит Гоба, найденный в Западной Африке в 1920 году. Он весит около 60 т и имеет форму четырехугольной плиты, размерами 3 × 3 × 1 м. Метеорит до сих пор лежит на месте находки, подвергаясь разрушающему действию атмосферы.

Есть еще железные метеориты, весом в 34, 27, 15 т. Из каменных метеоритов самый крупный весит около тонны. Он упал в США в 1948 году.

Теперь ознакомимся с внутренней структурой метеоритов.

В особой витрине мы видим специально подобранные образцы. Вот лежит железный кусок с отполированной поверхностью, имеющей зеркальный блеск. Рядом с этим образцом лежит другой, полированная поверхность которого протравлена слабым раствором кислоты. Мы видим на поверхности какой-то удивительный рисунок из переплетающихся между собой полосок, окаймленных тонкими блестящими каемками. Рисунок получился в результате неравномерного травящего действия кислоты.

Дело в том, что железные метеориты, оказывается, неоднородны в своей массе. Они сложены из отдельных пластинок-балок, шириной от долей миллиметра до 2 и более миллиметров. Эти балки состоят из железа с небольшой примесью никеля, не свыше 7 %. Благодаря этому полированные поверхности таких балок поддаются действию кислоты и после травления становятся шероховатыми, матовыми. Наоборот, узкие блестящие полоски, окаймляющие эти балки, состоят из железа с большой примесью никеля, около 24–25 %. Вследствие этого они очень стойки по отношению к раствору кислоты и после травления остаются такими же блестящими, какими были до травления. Рисунок, получающийся на протравленных пластинках, называется видманштеттеновыми фигурами, по имени ученого, впервые открывшего эти фигуры.

Железные метеориты, показывающие после травления видманштеттеновы фигуры, называются октаэдритами, так как образующие эти фигуры балки расположены вдоль плоскостей геометрической фигуры – октаэдра.

На протравленных поверхностях некоторых железных метеоритов появляются вместо видманштеттеновых фигур тонкие, параллельные между собой линии, называемые неймановыми, по имени ученого, их открывшего.

Метеориты, показывающие неймановы линии, содержат наименьшее количество никеля, около 5–6 %. Каждый из них представляет собой монокристалл во всей своей массе, то есть является единым кристаллом кубической системы, имеющим шесть граней и называемым гексаэдром. Поэтому железные метеориты, показывающие неймановы линии, называются гексаэдритами.

Видманштеттеновы фигуры на протравленной поверхности пластинки, выпиленной из железного метеорита

Встречается и еще один тип железных метеоритов, называемых атакситами, что означает «лишенные порядка». Такие метеориты содержат наибольшее количество никеля (свыше 13 %) и при травлении полированных поверхностей не показывают какого-либо определенного рисунка.

Очень интересную структуру имеют и каменные метеориты.

Вот лежит обломок метеорита, на изломе которого даже невооруженным глазом хорошо видны совершенно правильные шарики, напоминающие дробинки. Под микроскопом в некоторых метеоритах вся поверхность излома кажется усыпанной такими шариками, размеры которых очень малы и составляют доли миллиметра и меньше. Шарики называются хондрами, а метеориты, их содержащие, – хондритами.

Хондриты представляют собой наиболее распространенный тип метеоритов, составляя приблизительно 90 % всех каменных метеоритов. Хондры являются образованиями, свойственными только метеоритам. Они совершенно не встречаются в земных горных породах, поэтому их присутствие в неизвестном образце может служить надежным указанием на то, что этот образец является каменным метеоритом. Ученые пришли к выводу, что хондры представляют собой быстро застывшие капли расплавленного вещества метеорита.

Наряду с хондритами имеются, правда, в значительно меньшем количестве, каменные метеориты, совершенно не содержащие хондр и называемые ахондритами. На изломах таких метеоритов видны угловатые обломки отдельных минералов, сцементированные мелкозернистой основной массой метеорита. Структура таких метеоритов очень похожа на структуру земных горных пород. Есть и еще другие, еще более редкие типы каменных метеоритов, имеющие свои особенности, но на них мы не будем останавливаться.

Теперь посмотрим, из чего же состоят метеориты. Вот перед нами таблица химического состава метеоритов разного класса.

Мы видим в ней знакомые нам химические элементы и ни одного нового. Неужели в метеоритах, в этих пришельцах из далеких пространств Вселенной, действительно нет никаких новых химических элементов, каких-нибудь еще более удивительных, чем знакомые нам земные химические элементы? Неужели в каких-либо отдаленных уголках межпланетного пространства нет чего-либо нового, совсем непохожего на земное?

И действительно, самые точные и самые подробные химические анализы разнообразных метеоритов, производившиеся на протяжении более сотни лет многими учеными, показали, что в метеоритах нет ни одного не известного на Земле химического элемента. Вместе с тем в метеоритах находятся практически все известные на Земле химические элементы, хотя большинство из них составляет ничтожно малую долю, уловимую только при очень тонких спектральных анализах.

Изучение вещественного состава метеоритов блестящим образом подтверждает материальное единство Вселенной: и метеориты, и наша Земля, и вообще все небесные тела Солнечной системы состоят из одних и тех же химических элементов. Это говорит об их общем происхождении, об их генетической связи.

За последние годы ученые получили еще одно важное подтверждение общности происхождения небесных тел.

Были произведены исследования изотопного состава целого ряда химических элементов земного и метеоритного происхождения. В результате оказалось полное тождество изотопного состава.

Из приведенной таблицы среднего химического состава метеоритов мы видим, что в каменных метеоритах более всего распространены следующие химические элементы: кислород (41,0 %), железо (15,5 %), кремний (21,0 %), магний (14,3 %), сера (1,82 %), кальций (1,8 %), никель (1,1 %), алюминий (1,56 %).

Кислород присутствует в метеоритах в виде соединений с другими элементами, образуя различные минералы (силикаты и окиси).

Приведенные в таблице числа представляют собой средний химический состав.

Однако содержание химических элементов в отдельных метеоритах может значительно отличаться от их среднего состава.

Драгоценные металлы встречаются в метеоритах в ничтожных количествах. Например, на одну тонну вещества метеорита в среднем приходится: серебра и золота по 5 г, а платины 20 г.

Метеориты непрерывно падают на Землю. По подсчетам ученых, ежегодно падает по крайней мере тысяча метеоритов. Однако только ничтожная часть их, всего лишь 4–5 метеоритов в течение года, бывает найдена после падения.

Большинство метеоритов падает в моря и океаны, в полярные страны и пустыни, в горные и лесистые районы и вообще вдали от населенных мест. Разрушаясь под влиянием атмосферного воздействия, они примешиваются к почве. Метеоритные атомы смешиваются с земными. Из почвы они попадают в растения и через растения, которые употребляют в пищу, а также через животных, поедающих растения и служащих пищей человека, метеоритные атомы попадают и в организм человека.

Мы видим самую тесную связь не только нашей Земли, но и ее органического мира с окружающей ее частью Вселенной.

Ученые пытались подсчитать ежегодный прирост массы Земли за счет падения метеоритов. Каждые сутки на Землю падает несколько тысяч тонн метеоритного вещества.

Таким образом, за год прирост Земли достигает миллиона тонн. Это, конечно, ничтожное количество, даже если оно и будет несколько увеличено за счет оседания из атмосферы метеорной пыли, образующейся в ней при движении метеорных тел и их разрушений. Академик В. И. Вернадский считал, что никакого прироста массы Земли не происходит. Получая вещество в виде метеоритов и метеорной пыли, Земля, – писал он, – отдает в Солнечную систему другие материальные частицы, атомы, главным образом газы и тончайшую пыль. В результате существует подвижное материальное равновесие. Таким образом, академик Вернадский пришел к выводу, что мы имеем дело «не со случайным падением отдельных метеоритов, болидов, космической пыли на Землю, а с большим планетным процессом, с материальным обменом нашей планеты с космическим пространством». В этом процессе и заключается неизбежное взаимодействие нашей Земли с окружающей средой, с межпланетным пространством.

В основном метеориты сложены из тех минералов, которые широко распространены и в земных горных породах. Это оливин и безводные силикаты: энстатит, бронзит, гиперстен, диопсид и авгит; встречаются также минералы из группы полевых шпатов.

Но в метеоритах не были обнаружены многие минералы, представляющие собой продукты выветривания. Не были найдены и какие-либо органические вещества.

Характерным для метеоритов является также отсутствие в них минералов из группы водных силикатов, то есть таких минералов, в которых присутствует связанная вода. Долго и упорно ученые пытались найти в метеоритах такие минералы, и все попытки их оказывались безуспешными. Только совсем недавно советскими учеными был обнаружен минерал из группы хлоритов, то есть водный силикат. Однако его содержат только те метеориты, которые относятся к редкому типу каменных метеоритов, к так называемым углистым хондритам.

Исследование показало, что связанная вода, входящая в состав хлоритов, составляет 8,7 % веса всего метеорита.

Это открытие имеет важное значение для решения основной нашей задачи – выяснения условий происхождения метеоритов.

Важное значение имеет и открытие в метеоритах таких минералов, которые неизвестны на Земле. Правда, такие минералы присутствуют в метеоритах в очень небольших количествах. Тем не менее они указывают на иные условия образования метеоритов, чем те, при которых образовалась земная кора. Особенно большой интерес представляет открытие в метеоритах явлений метаморфизма, при котором происходило изменение не только структур метеоритов, но и самих минералов. Такой метаморфизм был вызван нагреванием метеоритов. Детальное изучение метаморфизма метеоритов, получающее особенно большое развитие в последние годы, раскрывает перед нами историю метеоритов, историю их блужданий в межпланетном пространстве.

В метеоритах присутствуют и радиоактивные химические элементы. Один из таких элементов – калий – находится в каменных метеоритах в заметном количестве. При радиоактивном распаде калия получается аргон. Поэтому из соотношения количеств содержащихся в метеоритах аргона и калия можно определить возраст метеоритов, то есть тот промежуток времени, который прошел с момента образования (затвердения) метеоритов.

Измерения возраста метеоритов по аргону и калию были сделаны советскими учеными в последние годы. Эти измерения установили возраст метеоритов от 600 миллионов до 4 с лишним миллиардов лет.

О том, откуда метеориты попадают на Землю, мы теперь знаем. Но вот когда и как образовались метеориты, – пока еще трудно сказать, над разрешением этой важнейшей проблемы работают теперь ученые, занимающиеся изучением метеоритов.

Большинство советских ученых считает, что метеориты вместе с астероидами представляют собой обломки одного или (вероятнее всего) нескольких крупных небесных тел – планет, распавшихся в далеком прошлом. Но это пока только предположение, рабочая гипотеза, для подтверждения и полного доказательства которой нужны еще дальнейшие всесторонние исследования метеоритов. Нет сомнения в том, что вопрос о происхождении метеоритов, о их роли в образовании планетной системы и ее дальнейшем развитии будет окончательно разрешен.

Атомы в глубинах Земли

В занимательных романах Жюля Верна, Жорж Санд и академика В. А. Обручева описаны путешествия к центру Земли, в недоступные глубины мира. В других произведениях фантазия писателя следует за полетом в неведомые выси. Эти книги, начиная с фантастических романов XVII века вплоть до тщательно рассчитанных «полетов на Луну» К. Э. Циолковского, уводят нас в далекие, казалось бы, недоступные миры.

В этих увлекательных романах проявился пытливый ум человека, который не мог и не может примириться с тем, что он живет на тоненькой пленке Земли и что всего лишь каких-нибудь 20–25 км земной оболочки доступны его глазу.

Нет никакого сомнения, что в борьбе за расширение мира и овладение миром за последние пятьдесят лет человек добился больших успехов. Носившие часто спортивный характер восхождения на высочайшие снежные вершины сменились научными экспедициями Академии наук СССР за овладение Памиром.

Отошли в прошлое представления о неприступности высоких слоев атмосферы, куда не доходят ни шум, ни сутолока Земли, ни химическая борьба земных молекул: наши смелые стратонавты Федосеенко, Васенко и Усыскин ценою своей жизни открыли первую страницу в овладении воздушными высотами.

Полеты на стратостатах, полеты ракет сильно подвинули познание областей, где очень резко уменьшается количество вещества, где на один кубометр приходится в миллионы раз меньше частиц, чем в воздухе у поверхности Земли[57]57
  В связи с запуском наших искусственных спутников Земли, знания в этой области весьма расширились.


[Закрыть].

Человека влекут прежде всего высоты, и здесь достижения совершенно реальны: техника добилась огромных результатов, и ученые знают этот далекий, недоступный нам еще мир гораздо лучше, чем тот, который расстилается под нашими ногами, – мир глубин Земли.

В познании глубин наши успехи значительно слабее. Сюда влечет человека главным образом борьба за нефть и золото. Он бурит скважины и пробивает шахты, проникающие в недра Земли, но самые глубокие нефтяные скважины – не более 5 км[58]58
  Кольская сверхглубокая скважина СГ-3 достигла рекордной глубины 12 262 м. – Науч. ред.


[Закрыть], а самая глубокая шахта на золото – меньше 3000 м[59]59
  Шахта «Тау-Тона» недалеко от Йоханнесбурга, ЮАР, достигла глубины 5000 м. – Науч. ред.


[Закрыть]. И это считается уже блестящей победой.

В стремлении добыть золото и нефть человек, конечно, сумеет проникнуть еще глубже. Весьма вероятно, что достижения новой техники позволят перекрыть эти рекорды еще на несколько километров. Но что такое эти несколько километров по сравнению с величиной земного радиуса в 6370 км? Всего какая-то тысячная доля!

Совершенно понятно, что с таким положением вещей человеческая мысль мириться не может, и всех людей науки, начиная с самых древних философов и кончая астрономами нашего времени, занимает проблема внутреннего строения Земли и пути овладения глубинами планеты. Попробуем хотя бы отрывочно представить себе то, что мы знаем о земных глубинах, совершим мысленно путешествие от земной поверхности до глубин и посмотрим, что встретится нам на этом пути.

* * *

Первую попытку описать путешествие в земные глубины мы встречаем у Ломоносова. Правда, эти его идеи разбросаны в ряде трудов, но А. Н. Радищев в своем «Слове о Ломоносове» (1780 год) собрал их воедино. Любопытно, что Радищев, заканчивая свое знаменитое «Путешествие из Петербурга в Москву», как раз последние страницы своего рассказа о тяжелом странствовании по ухабам грязной почтовой дороги посвящает своеобразному путешествию Ломоносова к центру Земли и рисует картины, которые увидит ученый, если он последовательно будет спускаться от земной поверхности к земным недрам. Вот это замечательное описание:

«Трепещущ нисходит [Ломоносов] в отверстие и скоро теряет из виду живоносное светило. Желал бы я последовать ему в подземном его путешествии, собрать его размышления и представить их в той связи и тем порядком, какими они в разуме его возрождалися. Картина его мыслей была бы для нас увеселительною и учебною. Проходя первый слой земли, источник всякого прозябания, подземный путешественник обрел его несходственным с последующими, отличающимся от других паче всего своею плодоносною силою. Заключал, может быть, из того, что поверхность сия земная не из чего иного составлена, как из тления животных и прозябаний, что плодородие ее, сила питательная и возобновительная, начало свое имеет в неразрушимых и первенственных частях всяческого бытия, которые, не переменяя своего существа, переменяют вид только свой, из сложения случайного рождающийся. Проходя далее, подземный путешественник зрел землю, всегда расположенную слоями. В слоях находил иногда остатки животных, в морях живущих, находил остатки растений и заключать мог, что слоистое расположение земли начало свое имеет в наплавном положении вод и что воды, переселяяся из одного края земного шара к другому, давали земле тот вид, какой она в недрах своих представляет.

Сие единовидное слоев расположение, теряяся из его зрака, представляло иногда ему смешение многих разнородных слоев. Заключал из того, что свирепая стихия огнь, проникнув в недра земные и встретив противуборствующую себе влагу, ярясь, мутила, трясла, валила и метала все, что ей упорствовать тщилося своим противодействием. Смутив и смешав разнородные, знойным своим дохновением возбудила в первобытностях металлов силу притяжательную и их соединила. Там узрел Ломоносов сии мертвые по себе сокровища в природном их виде, воспомянул алчбу и бедствие человеков и с сокрушенным сердцем оставил сие мрачное обиталище людской ненасытности».

Разбираясь в этом замечательном тексте, мы можем сказать, что он полностью отвечает нашим современным представлениям; ни одно слово в нем не может быть нами опровергнуто. Только язык у нас другой.

Но вот если эту фантастическую картину ученого XVIII века мы попытаемся сопоставить с картиной нашего гораздо более реального представления о недрах, изученных с помощью буровых инструментов, то увидим следующее.

Несколько лет назад в Москве, за Крестьянской Заставой была построена небольшая вышка, которую никто не видел со стороны улицы. В этой вышке находился буровой станок, который должен был пробурить до больших глубин нашу землю, чтобы узнать, на чем стоит Москва.

Стали упорно и долго бурить, стремясь дойти до глубин в несколько километров. Сначала прошли глины и пески, которые были отложены на Московской равнине южными потоками большого, спускавшегося из Скандинавии ледника. Это были последние пароксизмы той ледниковой эпохи, которая сплошной пеленой снега и льда покрыла весь север Европейской части Союза.

Под этими глинами шли различные известняки, они перемежались прослойками мергелей и опять глин, местами среди известняков попадались известковые скелеты и раковинки, известняки сменялись песками, а среди них отдельные угольные прослойки говорили нам об угольных бассейнах, которые снабжают своим топливом и газом Центральную промышленную область. Геологи детально рассмотрели осадки древних каменноугольных морей и нашли, что эти моря сначала были неглубокими, берега их были покрыты буйной растительностью, бурно разраставшейся в условиях влажного и жаркого климата. Потом эти моря стали углубляться, воды с востока и севера набегали и ломали леса, уничтожали растения; роскошный мир подводных живых существ положил начало коралловым рифам, банкам ракушняка.

Высотное здание в Москве у Красных Ворот, облицованное белым известняком Подмосковья

В это время и откладывались те известняки, которые шли на постройку домов в Москве и по которым Москва и получила прозвание Белокаменной. Эти же известняки широко используются и в настоящее время.

Всю эту сложную серию слоев, оседавших в течение долгой каменноугольной эпохи, продолжавшейся много десятков миллионов лет, пересекла наша буровая скважины, пока не встретила новые толщи огромных количеств гипса. Сотни метров прошла она сквозь гипсовые осадки по глинистым прослойкам, через большие количества воды.

Эти воды были насыщены сначала сернокислыми солями, а потом, чем глубже, тем более увеличивалось в них содержание хлористых солей; буровая скважина проникла в рассолы, в десять раз более насыщенные солями, чем морская вода. Это были преимущественно хлористые соли натрия, кальция, но среди них много было и солей брома и йода.

Это была картина уже не каменноугольной, а еще более древней, девонской эпохи. Это были исчезающие моря с соляными озерами, лиманами и пустынями, которые окружали берега этих морей; соли, откладывавшиеся на их дне мощным покровом, перемежались то с тонкими прослоями илов, то с пылью, нанесенной ураганами и смерчами девонской пустыни.

Буровая скважина проникла уже на 1,5 км. Что же будет дальше? Что будет под этими осадками древних девонских морей, какие новые картины встретит геолог, когда углубится еще на несколько сот метров? Сложные догадки волновали ученых, а смелая мысль искала различных гипотез. Но вот на глубине 1645-м появились пески. Это, по-видимому, были берега девонского моря; пески говорили о том, что близка суша. Среди них попадались отдельные гальки изверженных пород, окатанные обломки берега моря. Это были уже берега, настоящие берега, и через 10 м скважина врезалась в твердый гранит.

Так в конце июля 1940 года в Москве буровой инструмент впервые достиг гранитного остова – той основы, на которой покоится вся русская земля от Ленинграда на севере до Украины на юге. Вскоре новые буровые скважины в Сызрани и дальше на востоке достигли гранитного ложа примерно на той же глубине и подтвердили гениальные прогнозы академика А. П. Карпинского, что под поверхностью всей нашей Европейской равнины лежат древние гранитные массы – та старая платформа, или щит, которую мы знаем по красивым скалам гранитов и гнейсов Карелии на севере, а на юге – по берегам Днепра и Буга. Буровая скважина прошла еще 20 м в твердом граните. По определениям геологов, это были настоящие гранитные породы, те древние осадки, возраст которых мог исчисляться не меньше чем в миллиард лет.

Так буровая скважина достигла глубокого гранитного ложа под Москвой. А что лежит дальше? Чего можно ждать под этими гранитами? Можно ли еще пройти до 2000 м, чтобы достигнуть тех глубин, на которых плавают гранитные массы? Этот вопрос вызвал бурные споры.

Одни считали, что безнадежно продолжать дальнейшее бурение, что много сотен и даже тысяч метров нужно пройти, чтобы закончились эти твердые толщи гранито-гнейсовой платформы. Другие настаивали на том, чтобы продолжать бурение и разгадать загадку еще больших глубин. Огромные трудности стояли на пути, и с каждым следующим метром все сложнее и сложнее делалась работа бурильщиков, поднимавших из глубин почти в 2 км красивые розовые твердые керны гранито-гнейсов. Сейчас еще невозможно достигнуть самых глубоких слоев Земли, для этого еще слаба та техника, которой владеет человек. В борьбе за овладение более глубокими зонами Земли надо идти иными путями. Об этом впервые заговорил в 1875 году молодой австрийский геолог Эдуард Зюсс.

Он поставил перед собой задачу – рассмотреть Землю с высоты птичьего полета с точки зрения геологии и уже родившейся тогда геохимии. Зюсс попытался наметить основные, более однородные слои, из которых состоит Земля. Для этого он пошел прежде всего по пути старых философов и разделил Землю на три простых оболочки: воздух, или атмосфера, окружающая сплошным сводом всю Землю; гидросфера – это воды и океан, которые покрывают твердую землю и пропитывают ее, и, наконец, литосфера – область камня, где в глубинах вечно бушует огонь, выдыхаемый вулканами.

Это деление он продолжил еще дальше на основе анализа химического состава твердых пород.

В 1910 году английский натуралист Муррей подразделил слои Земли на отдельные оболочки и назвал их геосферами.

И вот с этого времени началась упорная работа химиков и физиков, геохимиков и геофизиков для того, чтобы дальше и глубже разгадать строение этих отдельных оболочек, или геосфер. Во всей широте и глубине эту задачу поставил русский ученый В. И. Вернадский со своей школой. Вместо внешней картины «лика Земли» перед геологами и геохимиками возникла проблема воссоздать все своеобразие процессов, идущих в каждой геосфере, и дать всю картину внутреннего строения нашей планеты.

Попытаемся сейчас кратко охарактеризовать те оболочки, из которых состоит наша планета, так, как рисует их геофизика на основе изучения поведения упругих колебаний волн, достигающих огромных глубин и своими отражениями намечающих границы отдельных геосфер.

Наши ученые сейчас насчитывают тринадцать оболочек, начиная с недоступного нам межзвездного пространства, наполненного метеорами и молекулами водорода, гелия и отдельными атомами натрия, кальция и азота. На высоте примерно в 200 км от нас проводится нижняя граница этого слоя. Ниже начинается стратосфера: количество азота и кислорода увеличивается. Целый пояс озона отделяет отдельные части стратосферы. Северные сияния зажигаются на высотах в несколько сотен километров, светящиеся облака поднимаются до 100 км.

На высоте 10–15 км начинается второй слой, который мы называем тропосферой. Это наша воздушная стихия, привычный нам воздух с азотом, кислородом, гелием и другими благородными газами, пропитанный парами воды, углекислотой.

Камчатка. Авачинский вулкан

Далее идет зона мощностью примерно в 5 км, которую называют биосферой, – область жизни живого вещества. Она захватывает и верхние части земной коры и ее водной оболочки. Дальше следует зона водной оболочки, ее называют гидросферой. Водород, кислород, хлор, натрий, магний, кальций и сера – вот те элементы, которые определяют ее состав.

Затем начинается твердая оболочка – вначале кора выветривания, которую мы хорошо изучили, с кислыми солями и почвенным покровом, потом оболочка осадочных пород – осадков старых морей, – это глины, песчаники, известняки и угольные прослойки. Уже на глубинах 20–40 км мы встречаемся с новой прослойкой, названной метаморфической.

Еще глубже лежат граниты, богатые кислородом, кремнием, алюминием, калием, натрием, магнием, кальцием. Где-то на глубине примерно в 50–70 км они сменяются базальтами с магнием, железом, титаном и фосфором, которые идут на смену алюминия и калия. Резкий перелом наступает на глубине 1200 км. Здесь твердая толща сменяется своеобразным расплавом, и новая, перидотитовая, или оливиновая, оболочка состоит из кислорода, кремния, железа, магния с тяжелыми металлами – хромом, никелем и ванадием.

Существование оболочек различного состава в глубинах Земли отчетливо намечается на основании изучения волн землетрясения, воспринимаемых чувствительными приборами – сейсмографами. Изобретение академиком Б. Б. Голицыным очень чувствительных приборов дало возможность улавливать не только те волны, которые идут по кратчайшему пути, но и волны, огибающие весь земной шар, и волны, отражающиеся от границ слоев Земли разной плотности, например от земного ядра. Эти-то данные и служат вескими аргументами в пользу существования слоев литосферы. Некоторые ученые думают, что здесь до глубины 2450 км идет рудная оболочка со скоплениями титана, марганца и железа.

Еще более резкий скачок в плотностях наблюдается при глубинах в 2900 км, где, наконец, как предполагают, начинается центральное ядро, свойства которого для нас еще очень загадочны, но которое, по всей вероятности, состоит из железа и никеля, содержащего примеси кобальта, фосфора, углерода, хрома и серы. Так рисуют сейчас геофизики и геохимики строение нашей Земли, и каждая из этих оболочек характеризуется элементами, которые преобладают в ее составе. Для каждой характерны свои температуры и свои давления.