Наука Плоского мира - Терри Пратчетт

НЕИЗВЕСТНО, ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ НАША ЗЕМЛЯ ОБЫЧНОЙ ПЛАНЕТОЙ. Мы не знаем, как часто встречаются обводненные планеты, с океанами, континентами и атмосферой. По крайней мере в Солнечной системе она – одна-единственная. И вообще, выражение «планета земного типа» стоит использовать с осторожностью, поскольку около половины своего существования Земля совершенно не походила на ту сине-зеленую планету с белыми облачками, кислородной атмосферой и всем остальным, какой мы привыкли ее видеть на спутниковых снимках. Чтобы получить планету земного типа в прямом смысле этого слова, мы должны будем взять подходящую планету и подождать несколько миллиардов лет. То, что при этом получится, наверняка будет сильно отличаться от наших недавних представлений о прошлом Земли.

Прежде мы думали, что наша планета – чрезвычайно стабильное место и, отправившись в прошлое, в ту эпоху, когда начали разделяться континенты и океаны, мы найдем все на тех же местах, что и сейчас. Нам казалось, что и внутри Земля довольно проста.

Как мы ошибались!

Люди много узнали о поверхности Земли, но куда меньше о том, что у нее внутри. Поверхность изучать несложно, надо просто отправиться в нужное место, – это если, конечно, вам не требуется непременно попасть на вершину Эвереста. Используя специальные устройства, защищающие нежные людские тела от огромного давления, можно спуститься в океанские глубины. Еще можно вырыть в земле норы и послать туда людей. Мы можем получить немного больше информации, пробурив несколько миль земной коры, хотя это лишь тонкая корочка по сравнению со всем остальным объемом планеты. Нам остается лишь догадываться о том, что находится там, внизу, пользуясь косвенными инструментами, главными из которых являются сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, лабораторные эксперименты и теоретические выкладки.

В целом поверхность нашей планеты выглядит спокойно, если не считать погоды и кое-каких неприятных эффектов, связанных со сменой времен года. Однако частые извержения вулканов и землетрясения напоминают, что под нашими ногами не все ладно. Вулканы возникают там, где на поверхность поднимаются расплавленные породы и извергаются под большим давлением в сопровождении густых облаков газа и пепла. В 1980 году вулкан Сент-Хеленс в американском штате Вашингтон взорвался, словно скороварка с заклинившей крышкой, и половина горы ушла в небытие. Землетрясения происходят, когда массивы земной коры смещаются вдоль глубинных разломов. Позже мы разберемся, в чем причина того и другого, но вначале взглянем на все это в целом: несмотря на отдельные бедственные участки, поверхность Земли вполне благоприятна для развития и существования жизни уже в течение нескольких миллиардов лет.

Форма Земли близка к сферической: диаметр ее экватора – 7928 миль (12 756 км), тогда как расстояние от полюса к полюсу – 7902 мили (12 714 км). Небольшое расширение на экваторе – это результат действия центробежных сил, связанных с вращением Земли. Они появились еще тогда, когда наша планета находилась в расплавленном состоянии. Земля – самая плотная планета в Солнечной системе: ее средняя плотность в пять с половиной раз больше плотности воды. Когда Земля конденсировалась из первичного газопылевого облака, химические элементы и соединения разделились на два слоя: плотные материалы ушли в глубину, а легкие – всплыли на поверхность, так же как слой легкого масла плавает на поверхности более плотной воды.

В 1952 году американский геофизик Фрэнсис Берч предложил описание общей структуры нашей планеты, которое с тех пор почти не изменилось. Земля внутри очень горячая, и, кроме того, там чрезвычайно высокое давление. Наиболее экстремальные условия в самом ее центре, где температура – около 6000 °C, а давление в 3 миллиона раз выше атмосферного. Обычно от такого жара горные породы и металлы плавятся, однако давление удерживает их в твердом состоянии, то есть имеется комбинация двух противоположных факторов, определяющих жидкую или твердую фазу материи. В центре Земли находится ядро – довольно плотная сфера, состоящая преимущественно из железа, с радиусом примерно 2 220 миль (3500 км). Внутреннее ядро радиусом 600 миль (1000 км) – твердое, тогда как внешняя его часть – расплавлена. Самый верхний слой Земли – это тонкая оболочка, так называемая кора, толщиной всего в несколько миль. Между корой и ядром располагается мантия, в основном состоящая из твердых силикатных пород. Она также делится на внешнюю и внутреннюю часть, граница между которыми проходит на глубине в радиусе 3600 миль (5800 км). Выше этой «переходной зоны» находятся главным образом оливин, пироксены и гранаты, а ниже – их кристаллическая структура уплотняется, образуя такие минералы, как перовскит. Наружный край мантии и соприкасающиеся с ним нижние области коры также могут находиться в расплавленном состоянии.

В коре, толщина которой примерно от 3 до 12 миль (5–20 км), происходит много интересного. Те ее части, которые образуют континенты, состоят в основном из гранита, а под океанским дном в основном залегают базальты, причем этот базальтовый слой продолжается и под материковым гранитом. Таким образом, континенты – это тонкие и обширные пласты гранита, размещающиеся на базальтовой «подложке». Самым заметным свидетельством наличия гранитного слоя на поверхности Земли являются горы. Нам они кажутся ужасно высокими, но их высота не превышает пяти миль (9 км) над уровнем моря, то есть немногим более одной десятой процента – 1/7 от одного процента – земного радиуса. Самая глубокая впадина – Марианская – в северо-западной части Тихого океана достигает 7 миль (11 км) ниже уровня моря. Общее отклонение от идеальной сферы (точнее, сфероида, поскольку полюса приплюснуты) составляет примерно 1/3 процента. Таким образом, отличие Земли от идеальной сферы примерно такое же, как и у баскетбольного мяча, покрытого «пупырышками» для лучшего захвата. В общем, за исключением этих небольших вмятинок и выступов, наша родная планета на удивление круглая и гладкая. Такой она стала под воздействием гравитации. Разве что незначительные, но очень любопытные движения в ее мантии и коре добавили пару-тройку морщинок.

Откуда нам все это известно? В основном благодаря землетрясениям. Когда происходит землетрясение, Земля дрожит, словно колокол, по которому ударили молотком. По ней проходят сейсмические волны, то есть вибрации, вызванные землетрясением. Они преломляются, когда пересекают зоны с различными свойствами и составом, такие, как кора и мантия или верхняя и нижняя мантия. Они отражаются от земной коры и возвращаются вниз. Существует несколько типов сейсмических волн, и распространяются они с разными скоростями; таким образом, короткий и резкий толчок при землетрясении порождает очень сложную волновую картину. Когда сейсмические волны достигают поверхности, их можно зарегистрировать, потом сравнить записи, сделанные в разных местах, и на их основании попытаться сделать выводы о подземной географии нашей планеты.

* * *

Магнитное поле Земли является одним из следствий ее внутренней структуры. Мы знаем, что стрелка компаса указывает примерно на север. Стандартные «враки детям» сводятся к утверждению, что Земля – это такой здоровенный магнит. Что же, давайте попробуем разобраться получше.