И они садились на место, внутренне торжествуя, внешне же притворно сожалели, что слава поспешного открытия их коллеги исчезает как дым... И тогда снова вскакивал Ампер. Он предлагал сомневающимся в его заслугах вывести самим из опытов Эрстеда направление взаимодействия токов. И когда его противникам это не удавалось, садился на место удовлетворенный. И так продолжалось не раз и не два...
Четыре понедельника подряд в октябре 1820 года выступал Ампер с трибуны академии, докладывая о результатах своих исследований. Потом он выступал еще и еще... Он свернул провод в спираль и, пропустив по нему ток, обнаружил, что получившийся соленоид ничем, по своим свойствам, не отличается от обыкновенного магнита.
— Каждый магнит, мсье, я в этом уверен, — с жаром говорил Ампер коллегам, — представляет из себя множество естественных соленоидов, по которым текут крошечные круговые токи. Именно гальванический ток, циркулирующий в каждой частице вещества, создает ее природный магнетизм. Только электрический ток определяет магнитные свойства тела...
Поиски металлов в XVI веке. Со старинной гравюры.
Пока оси этих круговых токов разбросаны беспорядочно внутри тела, магнитные свойства не могут себя проявить, ибо они компенсируют друг друга. Но стоит всем осям по какой-то причине стать параллельными, выстроившись по ранжиру, и тогда железо и сталь становятся магнитами...
В 1821 году, устав от опытов, которые он проводил в собственной квартирке на улице Фоссе де Сен-Виктор за столиком, сделанным своими руками, и с неуклюжими приборами, изготовленными бродячим слесарем, Ампер заявил, что переходит к составлению теории. В ней он хотел в ясной математической форме привести к единству все многочисленные результаты опытов и электродинамические явления.
Пожалуй, именно после этого французы стали называть близорукого и рассеянного чудака «наш великий Ампер».
Теория Ампера отнюдь не вызвала единодушного признания у современников. Большинству из них трудно было представить себе магнетизм без привычного носителя — магнитной жидкости. А уж предполагать наличие электрического тока внутри Земли — это увольте...
Правда, кое-кто из исследователей-экспериментаторов пытался закапывать металлические пластины глубоко в землю и соединять их друг с другом проволокой через гальванометр. При этом бывало, что прибор даже показывал ток. Но какой? Он был ничтожен по величине и каждый раз менялся по направлению. Может быть, положение улучшится, если предположить, что земной шар заряжают молнии? Но и тут расчеты показывали, что грозы не в состоянии поддержать магнитное поле Земли. Его источник следовало искать в недрах и только в недрах.
В начале нового, XX столетия возникла идея о самонамагничивании Земли. Именно тогда из опытов английского ученого Эрнеста Резерфорда стало известно новое строение атомов. Электроны как волчки крутились вокруг своих осей и облетали атомное ядро, подобно планетам Солнечной системы. А что, если попробовать проделать такой мысленный эксперимент: взять металлический стержень и начать его быстро вращать вокруг оси. Тогда, согласно законам механики, все волчки-электроны должны немедленно повернуться своими осями в одну сторону. И стержень окажется намагниченным.
В 1919 году американский физик Барнетт проделал описанный опыт и простым вращением намагнитил железный стержень. Казалось, все доказано. Разве это не подходящая модель для Земли? С ее-то запасами магнитных металлов внутри?
Увы, и эта модель не выдержала проверки. Зная скорость вращения планеты и распределение в ней магнитных материалов, геофизики сосчитали, что поле должно быть в десять миллиардов раз меньше имеющегося. Опять неудача!
Неожиданный выход предложил американский физик Эльзассер. А не намагничивается ли земной шар электрическими токами, которые текут в его жидком металлическом ядре? Эльзассер считал, что природа «устроила» идеальные условия для возникновения электродвижущей силы в земном ядре. Температура там, в зависимости от глубины, может быть разной. Различны могут быть и контакты между металлами. Вот вам и причины для возникновения термотоков. Ведь что это такое по сути дела? Это токи, которые возникают именно при контактах разнородных металлов, находящихся при различных температурах. В конце концов струи расплавленного металла и токи в них должны создать могучие потоки, охватывающие земную ось, и породить мощное магнитное поле.
Но как раз на этом этапе рассуждения в стройную гипотезу вмешивались скептики. Они предлагали подтвердить выводы расчетами.
Для этого следовало в точности знать движение жидкой оболочки ядра, его состав и сопротивление... В общем, гипотеза Эльзассера носила лишь качественный характер, не поддаваясь никаким расчетам. Правда, зря она не пропала. Новый подход к решению проблемы предложил советский физик Я. И. Френкель. К тому времени почти все геофизики соглашались с тем, что внешняя оболочка ядра, так же как и само ядро, обладает отличной электропроводностью. Поэтому движение жидкости внешнего слоя и несовпадающее с ним вращение внутренней части ядра должны напоминать движение проводника в магнитном поле, как это происходит в обыкновенной динамо-машине. Я напомню принцип работы электрического генератора.
Прежде всего любой генератор состоит из двух главных частей: неподвижного — статора и подвижного — ротора. Магниты статора создают начальное магнитное поле. Когда витки провода, намотанного на ротор, пересекают силовые линии магнитного поля, в проводе появляется небольшой электрический ток. Он создает свое магнитное поле, которое усиливает поле статора. А усилившееся поле, в свою очередь, увеличивает ток ротора. С каждым оборотом, как лавина, скатывающаяся с горы, магнитное поле генератора нарастает, пока не достигнет своего заданного и заранее рассчитанного инженерами значения. С этого момента генератор включается в нормальный режим.
А не так ли работает и ядро Земли? Ведь слабое изначальное магнитное поле наша планета может себе создать хотя бы за счет вращения. А дальше это поле уже усиливается по принципу динамо-машины.
Это предположение получило название «динамотеории» и в дальнейшем разрабатывалось и уточнялось многими исследователями. Ее результаты сравнивались с результатами опытов. Сегодня, пожалуй, можно сказать, что динамотеория не единственно возможная гипотеза, но по уровню современных знаний о внутреннем строении Земли она вполне удачна.
В наши дни геомагнитные исследования приобрели невиданный размах. За последние десять — пятнадцать лет ученые накопили столько сведений, сколько не могли собрать за все прошедшее время. И нет сомнения, что ответ на вопрос: «Почему Земля — магнит?» теперь уже не за горами.
Глава шестаяКАК ИЗУЧАЛИ ЗЕМЛЮ СНАРУЖИ
Помните, я приводил пример: великану, для которого наша планета — яблоко, земля показалась бы гладкой, как бильярдный шар. Но это — великану. А у нас с вами рост нормальный. И для нас материки — огромные пространства суши, океаны — труднопреодолимые водные глади, заполняющие впадины на лике Земли. Для нас горы и ущелья, даже холмы и овраги — заметные составляющие рельефа планеты.
Кстати, а что означает само слово «рельеф»? Произошло оно от французского relief — выпуклость. И применительно к географии означает совокупность всех неровностей земной поверхности. Изучением рельефа занимаются разные специалисты — географы, геологи. Есть даже специальная наука о нем — геоморфология.
Вы можете спросить: «А зачем все это понадобилось? Что уж такого особенного в рельефе планеты нашли люди и зачем им понадобилось его так внимательно изучать?» В ответ на ваш вопрос спрошу и я. Можете вы ответить, зачем понадобилось людям путешествовать в разные страны, преодолевать по бездорожью огромные расстояния? Разве не могли бы они спокойно прожить без таких странствий?
Тот из вас, кто читал мою предыдущую книжку «Как люди открывали свою Землю», сразу ответит: «Нет, не могли!» Путешествий требовала сама жизнь и развитие общества. Они двигали вперед науку и куль-туру, расширяли кругозор народов. Именно путешественники узнали, что земля делится на материки и океаны. Сегодня материковые выступы и океанские впадины специалисты объединяют в мегарельеф. Греческое слово «мегас» означает «очень большой».
Потом те же путешественники проложили дороги по континентам. Определили, где идут высокие горные хребты и где находятся целые горные районы. Отметили низменности и пустынные равнины. Сегодня эти участки земной поверхности объединяются понятием «макрорельеф», от греческого слова «макро» — «большой».
Поиски и добыча полезных ископаемых потребовали от людей внимательного изучения макрорельефа. А дальнейшее расселение по поверхности земли заставило исследовать уже не просто горные области, но и отдельные горы, каждую котловину и даже холм. Как иначе построишь город, проложишь дороги, возведешь плотины?.. Все эти детали вошли в понятие среднего рельефа, или мезорельефа.
А разве заложишь поле или сад, не зная подробностей строения тех мест, на которые пришел? Как узнать, где какие травы растут для выпаса скота, как узнать, где охотникам какого зверя подстеречь? Тут не только холмы и сопки, тут все кочки болотные, все бугры, все степные блюдца наизусть выучишь. Но ведь и это тоже детали рельефа. Только самые мелкие. Это последняя ступень классификации — микрорельеф. Все это и изучает наука о рельефе — геоморфология.
Чтобы стать специалистом по геоморфологии, нужно очень много знать, много видеть. В нашей книжке мы поговорим лишь о наиболее наглядных вопросах и проблемах, с которыми встретились ученые, изучая строение земной поверхности. И если в моих рассказах иногда будут попадаться знакомые вам сведения, не теряйте терпения. Все они обязательно понадобятся в дальнейшем и каждое такое напоминание — неспроста.