Читать бесплатно онлайн книгу  Геология: минералы, континенты, ноосфера

автор Петр Волцит

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ

Наша планета – не просто огромный каменный шар – она даже не совсем шар (читай об этом на с. 8). Она состоит из нескольких слоёв, словно вишенка. У вишни есть косточка, а у Земли – твёрдое ядро из железа и никеля. Наружная часть ядра жидкая, расплавленная. Да и как не расплавиться при температуре ок. 6000 градусов?! Правда, внутреннее ядро ещё горяче́е, но там огромное давление заставляет металл быть твёрдым.

Вокруг ядра расположена мантия – «мякоть» вишенки-Земли. Причём нижняя мантия тоже твёрдая, а вот часть верхней – жидкая. Густая, вязкая, словно мёд или варёная сгущёнка. И течёт она медленно-медленно, смещаясь на несколько сантиметров за год. На этом слое полужидкой мантии плавает наружная оболочка Земли – земная кора. Да-да, скалы из гранита и базальта (мы ещё познакомимся с ними поближе на с. 40) плавают, как льдины на воде. Ведь мантия ещё более тяжёлая и плотная, чем гранит. Получается, наша Евразия и все остальные материки – это огромные каменные плоты толщиной 30–40 км (а под горами – и все 70). Океаническая кора не такая толстая, как материковая (континентальная), – всего около 7 км. Как и кожица вишенки, земная кора – тонюсенький слой на поверхности Земли. Если показать это на глобусе радиусом 1 м, то материковая кора окажется толщиной 5 мм, а океаническая и вовсе около 1 мм.

ЗЕМНЫЕ ОБОЛОЧКИ

Верхняя мантия и земная кора вместе образуют литосферу (от греч. λίθος – «камень»), твёрдую оболочку Земли. Во впадинах земной коры расположены водоёмы – основная часть гидросферы (от греч. ὕδωρ – «вода») – водной оболочки. Кроме того, гидросфера запускает свои «щупальца» в литосферу – в виде подземных вод, и в атмосферу – в виде водяного пара и облаков. Атмосфера – наружная оболочка Земли, за ней уже только космос. Правда, где она заканчивается, трудно сказать точно – даже на высоте орбиты Международной космической станции ещё есть немного воздуха. Атмосфера тоже частично проникает в гидросферу (газы растворяются в воде) и литосферу – по пустотам в горных породах, между комочками почвы.

ОТКУДА НА ЗЕМЛЕ ВОДА?

Откуда взялись гидросфера и атмосфера, пока точно не известно. Одни учёные считают, что на стадии «горячей Земли» большая часть воды и газов улетучились в космос. И затем их вторично принесли метеориты – падавшие на Землю астероиды и кометы, которые часто содержат много воды и замёрзших газов.

Но другие учёные полагают, что полного расплавления всех горных пород на планете не было. Вода и газы изначально содержались в облаке обломков, из которого образовалась наша планета, и потом постепенно выделялись из расплавленных пород. Этот процесс называется дегазацией магмы. Возможно, падавшие метеориты тоже что-то добавили. Спасибо и им!

КАК МЫ ЭТО УЗНАЛИ?

Откуда мы знаем о существовании мантии и тем более ядра, если их никто и никогда не видел?

ВЗВЕШИВАЕМ ЗЕМЛЮ

Английский учёный Генри Кавендиш (1731–1810) вычислил массу и среднюю плотность Земли: примерно 5,5 кг/л. Плотность воды –1 кг/л, плотность гранита и базальта, главных горных пород земной коры, – 2,6 и 3 кг/л соответственно.

Раз средняя плотность планеты намного выше плотности земной коры, значит, внутри есть более плотная центральная область – ядро. Генри Кавендиш правильно понял, что в основном оно состоит из железа. Плотность этого металла даже на поверхности Земли составляет почти 7,9 кг/л. А из-за огромного давления на глубине каждый литр ядра весит 12,5 кг.

О ЧЁМ ГОВОРЯТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Но откуда мы знаем размеры ядра и то, что снаружи оно жидкое? Благодаря землетрясениям. От землетрясения, даже самого слабого, по всей Земле разбегаются волны. Их регистрируют приборы-сейсмографы в разных странах мира. Каждое землетрясение обладает уникальным набором колебаний, как каждый человек – уникальным тембром голоса. Так что волны от двух разных землетрясений не спутаешь! Что же рассказали эти волны?

Ориентируя сейсмометры по разным сторонам света, а также по горизонтали и по вертикали, можно точно определить центр землетрясения, в том числе глубину, на которой оно произошло.

ДВА ТИПА ВОЛН

Землетрясение порождает два типа волн. P-волны (от лат. «prima» – первичные) – это звук, но распространяющийся в камне. Добегая до поверхности, они превращаются в настоящий звук, только очень низкий – инфразвук. Мы его не улавливаем, но такой звук слышат собаки и могут предупредить хозяина о приближающейся беде.

S-волны (англ. «shear waves» – сдвиговые волны) – это смещение молекул влево-вправо и вверх-вниз. Такие волны не могут проходить сквозь жидкость и газ – там молекулы свободно движутся во все стороны и гасят поперечные колебания. На противоположной от центра землетрясения стороне Земли S-волны не регистрируются. Значит, в центре планеты есть жидкая область, где они гаснут!

P-волны проходят и сквозь жидкость. Но на границах коры и мантии, мантии и ядра они преломляются, как свет на границе воздуха и воды. По «рисунку» этого преломления учёные рассчитали глубину, где кора переходит в мантию, а мантия – в ядро.

НЕ-ШАР ЗЕМНОЙ

Вы, вероятно, уже знаете, что Земля – на самом деле не совсем шар. Она слегка приплюснута с полюсов. Полюса на 22 км ближе к центру Земли, чем любая точка на экваторе. Соответственно, меридианы на 68 км короче экватора – хотя на идеальном шаре они были бы равны.

ЗЕМЛЕОБРАЗНАЯ ФОРМА

Для формы нашей планеты придумали специальный термин: геоид (буквально «земле-образный») – по имени древнегреческой богини Земли Геи. «Землеобразную» форму имеют все планеты и звёзды, включая Солнце. Почему же все небесные тела сплющиваются с полюсов? Давайте проведём опыт.

 

Опыт 1.

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА

Возьмите верёвку с привязанным к ней грузом. Отойдя подальше от машин и окон, раскрутите груз на верёвке, чтобы он летал в горизонтальной плоскости. Сначала медленно, потом как можно быстрее.

 

Что мы увидели?

Чем быстрее вращается груз, тем сильнее он натягивает верёвку и тем большую окружность описывает.

 

В чём дело?

Любой вращающийся предмет из-за центробежной силы «стремится» улететь куда подальше. Верёвка (или, в случае Земли, сила притяжения) удерживает его. Но предмет всё равно немного удаляется от центра вращения, и чем выше его скорость, тем дальше он отодвигается.

 

К ЧЕМУ ПРИВОДИТ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА

Длина экватора – 40 000 км, соответственно, горные породы на экваторе вращаются с бешеной скоростью 40 000 км/сутки (1667 км/ч)! К полюсам эта скорость убывает и на полюсе составляет ровно 0. А рядом с полюсом – всего несколько метров в сутки.

Мы выяснили, что чем быстрее вращается груз, тем больше он «хочет» улететь, сильнее натягивает верёвку. Так и горные породы на экваторе растягивают Землю. То же самое происходит и со всеми планетами и звёздами.

Луна вращается вокруг своей оси намного медленнее Земли: один оборот занимает не 24 часа, а 28,5 суток. Поэтому Луна сжата намного меньше: всего на 2,17 км с каждого полюса.

ЗАЩИТНОЕ ПОЛЕ

В кино планеты или космические станции часто окружены загадочным «защитным полем», без которого их легко атаковать врагам. У Земли оно действительно есть! Наша планета создаёт вокруг себя очень сильное магнитное поле, и оно эффективно защищает нас от смертоносного излучения, летящего из космоса: просто отклоняет опасные частицы, сбивая их с курса.

Магнитное поле Земли необычайно сильное. У Венеры оно слабее земного в 10–20 раз, а у Марса – в 500.

ОТКУДА БЕРЁТСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле порождается электрическим током. Внутри Земли – в жидкой части ядра из расплавленного железа – возникают мощные токи, из-за того, что разные части ядра текут с разной скоростью, обгоняя друг друга. Эти токи и создают геомагнитное поле, как катушка медной проволоки в электромагните.

 

Опыт 2.

ТОК И КОМПАС

Что потребуется

Компас, электромоторчик из электронного конструктора. Если нет, любой бытовой прибор с электромотором: фен, пылесос, дрель, шуруповёрт и т.п.

 

Что делаем?

1. Подключите электромотор к электрической цепи с выключателем. Пока не замыкайте цепь. (Если работаете с бытовым прибором – не включайте его.)

2. Положите компас рядом с электромотором (на пылесос, рядом с дрелью и т. п.). Дайте стрелке успокоиться.

3. Замкните цепь или включите прибор кнопкой.

 

Что мы увидели?

При включении прибора стрелка компаса заметно отклоняется.

 

В чём дело?

Электромотор, по которому идёт ток, создаёт сильное магнитное поле. Главная часть мотора – большая катушка из намотанного спиралью провода. Каждый виток создаёт слабенькое поле (его компас может и не «почувствовать»). Но когда витков много, их поля складываются.

Внутри Земли, очевидно, течёт очень сильный ток – поэтому и геомагнитное поле такое сильное.

 

СПАСИБО, ПОЛЮШКО!

Магнитное поле не только защищает обитателей Земли от опасного излучения. По нему ориентируются перелётные птицы, летучие мыши, другие животные. Мы, люди, магнитное поле не чувствуем, но находим дорогу с помощью компаса.

А ещё благодаря магнитному полю возникают красочные полярные сияния. Когда на Землю обрушивается особенно мощный поток частиц из космоса, около полюсов они частично проникают в верхние слои атмосферы и вызывают её свечение. Так что полярные сияния – это праздничный «салют» в честь магнитного поля, надёжно защищающего нашу планету от космической бомбардировки.

ПРОДЕЛКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Вы, вероятно, знаете, что магнитные полюса Земли – точки, где поле «выходит» из недр планеты, – не совпадают с географическими Северным и Южным полюсами. А знаете ли вы, что магнитные полюса ещё и всё время смещаются?

Только за последние сто лет