как планеты.
Каждый день исследований в космосе и на нашей Земле приносит новые данные об истории планет. Все понятнее становятся «письмена» космической истории, долго остававшиеся нерасшифрованными.
Метеоры говорят нам о явлениях десятилетней, столетней и, может быть, тысячелетней давности. Некоторые метеорные потоки почти не оставляют сомнения в том, что они были выброшены с поверхности Венеры. Это согласуется с преданиями народов Америки и Ближнего Востока, относящимися ко времени за 4 тысячелетия до нашей эры. Венера здесь упоминается «курящейся», с хвостом, как если бы на ней происходили могучие извержения.
Изучение комет и колец планет дает надежду установить, какие процессы совершались на планетах тысячи, миллионы и десятки миллионов лет назад.
Внутреннее строение Земли
О внутреннем строении Земли ученые смогли получить представление из разных источников. Непосредственное углубление в почву с помощью шахт осуществлено лишь до 4–5 км, а в результате бурения — до 7 км. Хотя это ничтожно мало в сравнении с радиусом нашей планеты (6370 км), тем не менее эти методы дали возможность выяснить, например, как возрастает температура при продвижении в глубь Земли. В среднем «геотермическая ступень» оказалась равной 33 м, с которыми температура возрастает на 1°. Она может колебаться от 23 до 104 м.
Уже на глубине 100 км температура должна составлять не меньше 1500°. Важные заключения о процессах внутри Земли можно сделать, изучая геологическое строение земной поверхности и оценивая освобождающиеся могучие силы при тектонических катаклизмах. При этом можно получить представление о глубинах более 10 км, что, конечно, совершенно недостаточно.
Кора Земли — литосфера — имеет толщину до 60–70 км под горными районами материков и оказывается довольно тонкой (около 5—10 км) под дном океанов. Земная кора образуется изверженными гранитными и базальтовыми породами с небольшим процентом осадочных и метаморфизированных горных пород. Более верхний гранитный слой состоит из соединений кремния и алюминия (сиаль), а располагающиеся ниже базальты состоят преимущественно из кремния и магния (сима).
Под корой на глубинах от 50–60 до 2900 км располагается оболочка или мантия Земли. Об этой геосфере, отделенной поверхностями раздела от коры и от глубинного ядра, ученые узнали из изучения сейсмических волн, распространяющихся в теле Земли от очагов (эпицентров) землетрясений.
Определяя скорость распространения волн различных типов, можно было судить о механических свойствах, о твердости глубинных пород. Эти свойства резко меняются на глубине около 50 км и 2900 км. Большинство ученых считает, что материал мантии находится в расплавленном состоянии и постепенно отдает свое тепло. Считается, что источником тепла служит преимущественно распад радиоактивных элементов, сосредоточенных главным, образом в верхних слоях Земли.
В верхней мантии — оболочке Земли — давление, возрастающее в глубь Земли, достигает значения до 10 000 атм и температура — около 1500°, как вытекает из теоретических расчетов. Эта оболочка состоит из плотных минералов типа оливинов и пироксенов, в которых скорость распространения сейсмических волн напоминает условия, существующие в мантии. Здесь средняя расчетная плотность считается равной средней плотности Луны.
Ядро Земли от глубины 2900 км разделяют на две части: внешнюю — до 5000 км и внутреннюю — от 5000 км до центра Земли, т. е. до 6370 км. На этих границах изменяется характер распространения сейсмических волн. Предполагается, что в составе ядра преобладают металлы, и некоторые ученые считали, что вещество ядра, во всяком случае, глубже 5000 км — твердое.
Однако расчет давления к центру Земли указывает на колоссальные значения порядка 3 млн. атм. Рост давления должен сопровождаться и ростом температуры, которая получается различной в зависимости от условий расчета. По некоторым данным, она может достигать 12 000° в центре, при плотности вещества порядка 17 г/см3.
Еще в 1939 г. советский ученый В. Н. Лодочников выдвинул гипотезу о том, что существование поверхностей раздела внутри Земли объясняется не различием химического состава вещества, а изменением его состояния при росте давления, так называемым фазовым превращением.
Сейчас это мнение является распространенным. «Металлическое состояние» центральных областей Земли может быть следствием громадного давления, при котором нагретое до высокой температуры вещество сохраняется в квазигазообразном состоянии.
О состоянии внутренних областей Земли позволяют судить данные об ее фигуре, распределении силы тяжести и о колебании ее оси вращения, изучаемых астрономическими средствами. Из этих данных, тщательно проанализированных в работах советского астронома М. С. Молоденского, вытекает, что ядро Земли находится в жидком состоянии. Об этом же говорит и характер вековых изменений магнитного поля Земли и само его существование.
Таким образом, хотя некоторые особенности внутреннего строения Земли выяснены, многое остается еще неясным. Какова действительная температура внутри Земли?
Действительно ли источником энергии внутри Земли является лишь радиоактивный распад? Какие физико-химические процессы протекают в оболочке и ядре Земли? Какие из этих процессов определяют особенности земного магнитного поля? Каковы причины многочисленных катаклизмов, которые переживала Земля?
Эти и многие другие вопросы еще ждут своего решения. Их разработке может помочь правильное понимание прошлого нашей планеты, ее космогонической истории.
Возраст Земли и Солнечной системы
Мы видим, как современные быстро растущие знания о Земле, о природе планет и различных групп малых тел устанавливает недостаточность и прямую ошибочность прежних космогонических гипотез. Одновременно выясняется сущность гигантских процессов, происходящих на Солнце.
Существуют данные, которые прямо говорят о прошлом Земли. Можно сказать даже, что окружающий нас космический мир и сама Земля сохраняют отметки, черты прошедшего развития. Они содержат в себе собственную историю. И эту историю можно научиться читать.
Но почему же тогда далеко еще не все нам известно о прошлом небесных тел? Почему остаются открытыми тайны рождения и развития Земли? Мы можем ответить на этот вопрос.
Современная наука о природе возникла сравнительно недавно, лишь после того, как было определено место Земли во Вселенной и показана несостоятельность религиозных объяснений мира.
Но первое время мир считался чем-то неизменным, застывшим, раз навсегда заданным. В XIX веке наука поднялась на более высокую ступень. Из необходимости объяснить прошлое небесных тел возникло представление о развитии, происходящем в природе. Становилось все более ясным, что не только окружающие нас явления и объекты на Земле, но и небесные тела переживают историю, развиваются.
Но это развитие понималось лишь в смысле накопления или уменьшения движения или каких-то неизменяющихся элементов, т. е. в смысле механическом. Поэтому в те времена не могла быть выяснена подлинная сущность явлений, происходящих в космосе.
Только позднее появилась возможность изучать действительные процессы развития в природе.
Диалектический метод стал основой современного естествознания сравнительно недавно. Потребовалось время, чтобы с новой точки зрения взглянуть на данные астрономии, на явления космического мира. Эта перестройка далеко еще не закончена. Но главное уже достигнуто. Наука находится на правильном пути; она вскрывает диалектику грандиозных процессов, происходивших и происходящих в космосе.
Оказалось возможным, например, оценить возраст Земли, а также метеоритов и совершенно другим путем выяснить возраст иных космических объектов, например звезд, комет и др.
Один из первых методов основывался на определении количества соли в водах океанов. Почти три четверти (точнее, 0,71) всей поверхности Земли занимают океаны. Это составляет громадную площадь в 360 млн. км2; средняя глубина океанов равна почти 4 км. Гигантские резервуары содержат около 1350 км3 воды, в которой растворено колоссальное количество соли. Из-за соли вода океанов и морей горькая и мало пригодна для питья. Этим она и отличается от пресной воды рек или озер или колодезной воды.
Откуда же взялась соль в океанах? Под действием солнечных лучей вода океанов и морей частично испаряется, пары воды насыщают нижние слои атмосферы. Действием ветров пары воды разносятся во все уголки земного шара, и здесь вода выделяется из атмосферы в виде дождей или снега и льда. Новые потоки, пополняющие подпочвенные воды, текущие ручьями и реками, размывают почву и растворяют находящиеся в ней соли. Постепенно увеличиваясь в объеме, воды рек стремятся к океанам. Пресная только по сравнению с морской речная вода приносит с собой соли. И эта соль постепенно концентрируется в океанах, так как при испарении соль остается в растворе.
Можно подсчитать, какое количество соли приносят ежесуточно все реки на Земли, а тогда уже просто установить, сколько же потребовалось времени, чтобы образовать гигантские резервуары соленого раствора океанов.
Так подсчитали, что возраст океанов должен быть около 500 млн. лет. Однако он мог быть и в несколько раз больше или меньше, если в прошлом условия накопления солей в океанах были иными.
Гораздо более точным является метод, использующий распад радиоактивных элементов. Всем известно о таких распадающихся элементах, как радий, или уран, или торий. В любых горных породах присутствуют хотя бы микроскопические следы этих элементов и продуктов их распада. В природе встречаются разные изотопы урана, тория и других радиоактивных элементов. Установлено в лабораторных условиях, с какой скоростью происходит распад радиоактивных элементов и какие новые элементы образуются в результате этого распада.
Измеряя количество изотопа свинца, образовавшегося из определенного изотопа урана или тория, можно судить о возрасте земной коры, содержащей радиоактивные элементы. Этим методом удалось установить, что самые древние породы имеют возраст около 4 млрд. лет.