К загадочному Мохо
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Это случилось совсем недавно на азиатском континенте. Однажды древние горы, рассеченные долиной, в которой испокон веков жили люди, вдруг сошли со своих мест и сомкнулись. Не было в небе туч, не сыпался пепел из жерла вулкана — только вздрогнула Земля, вздохнула и замолкла, может быть, на многие тысячи лет. Что произошло там, в недрах Земли? Провал или какой-то неожиданный сдвиг? Об этом можно только догадываться. К сожалению, мы еще очень мало знаем о строении планеты, на которой живем. Нашему непосредственному наблюдению доступны лишь самые верхние слои земной коры — литосфера.
Ученые подсчитали, что толщина земной оболочки составляет от 15 до 70 километров. Это ничтожная доля радиуса Земли. Восемьдесят процентов нашей планеты занимает мантия, или подкоровая оболочка, в которую бережно завернуто таинственное ядро. Каков состав внутренней части Земли? Предполагают, что земная кора состоит из ряда слоев, или поясов. Верхний примерно отвечает по плотности граниту. Он всегда присутствует на материках. Ниже залегает пояс более плотного вещества — базальта. Что касается мантии, то есть основание считать, что она состоит из еще более плотных пород, богатых магнием и железом. Однако полной уверенности в этом нет, как нет и вполне ясного представления о строении поверхности раздела Мохоровичича («Мохо») — границы между земной корой и мантией.
А земное ядро? Что мы знаем о нем? Наблюдая за деятельностью вулканов, извергающих огненную лаву, и достаточно высокую температуру в глубоких шахтах, люди решили, что под корой, за скальными породами, Земля находится в расплавленном состоянии. Но вот, исследуя упругость твердых пород, ученые пришли к выводу, что внутренность Земли не может быть жидкой. Зная, что средняя плотность земного шара составляет 5,5, а плотность поверхностных слоев вдвое меньше, исследователи сделали вывод, что внутренняя часть нашей планеты должна состоять из тяжелых металлов, главным образом из железа.
Однако в последние годы в эту теорию были внесены серьезные коррективы. Открытия в области радиоактивности Земли показали, что в земной коре больше радиоактивных элементов, чем на глубине. Распадаясь, они выделяют тепло. Как это отражается на внутреннем строении нашей планеты? Возможно, что радиоактивные элементы дают больше тепла вглубь, чем его излучается с поверхности Земли. Если это так, то Земля неизбежно нагревается быстрее, чем остывает.
Итак, наука пока еще не имеет достоверных сведений о внутреннем строении Земли и ее составе. А между тем эта проблема огромной важности. Как это ни странно, наши знания о Земле почерпнуты из наук, как будто меньше всего занимающихся земными проблемами. Например, астрономия подарила нам данные о массе, удельном весе, о моменте инерции Земли, подсказала идеи ее происхождения. Строение метеоритов наталкивает на мысль о том, что они являются как бы образчиками материалов, из которых была сформировала Земля и другие планеты. Интересно, что 87 процентов метеоритов, достигших Земли, перидотитовые, а 13 процентов состоят из никель-железа. Те же компоненты и в той же пропорции представлены в Земле.
Перед геологией стоит задача собрать воедино всю массу научных фактов, полученных различными науками, и привести их в систему. Однако только непосредственное изучение материалов, из которых состоит внутренность Земли, подтвердит или опровергнет имеющиеся гипотезы происхождения Земли. Только тогда можно будет с полным основанием ответить и на другой чрезвычайно интересный вопрос о происхождении и источниках земного тепла.
Как то русский ученый П. П. Зотов выступил с новой теорией земного тепла. Не отвергая всеми признанный тепловой источник — радиоактивный распад, он утверждает, что огромное количество тепла генерировалось и генерируется в результате воздействия на планету гравитационных сил. Дело в том, что приливы и отливы существуют не только в океанах и морях, но и в твердом веществе Земли: благодаря трению твердых частиц друг о друга и выделяется тепло.
Так это или не так? Как это проверить? Как установить, что происходит внутри нашей планеты? Из каких веществ она состоит?
БИБЛИОТЕКА ОКЕАНА
Американские ученые утверждают, что если пробурить скважину глубиной в 18 000 футов (6 километров) ниже дна океана до границы Мохоровичича, наука обогатится ценнейшими наблюдениями относительно строения Земли и ее геологической и биологической истории. Такой проект был выдвинут профессором геологии Принстонского университета Гарри Гессом и профессором океанологии Калифорнийского университета Вальтером Мунком. И вот Международный союз по геодезии и геофизике принял решение о проведении этих исследований.
Идея о глубинном бурении Земли давно уже волновала умы человечества. Естественно, что она нашла отражение в научно-фантастической литературе. Помните ли вы роман Конан Дойля «Когда земля вскрикнула»? Герой его профессор Челленгер пробурил скважину на 8 миль вглубь земной коры. Там он обнаружил мягкую серую пульсирующую массу. С помощью длинного бура Челленгер делает контрольный удар, и Земля, как живая, вскрикивает. Герои другого писателя, Жюля Верна, также исследуют внутренность Земли. Эти изыскания они ведут с помощью механического крота.
Но в действительности все оказывается гораздо сложнее, чем в смелых замыслах художников- фантастов. Практически осуществить подобные планы с наибольшей эффективностью и с наименьшей затратой сил и средств очень нелегко.
Прежде всего, следует правильно выбрать место для бурения. Естественно, что оно должно быть там, где поверхность раздела Мохоровичича находится ближе всего к поверхности Земли. Установлено, что земная мантия гораздо ближе к поверхности моря, чем к поверхности суши. Так, толщина коры под континентами в среднем составляет около 35 километров, а под водой океанов в некоторых местах всего 7—9 километров. Но дело не только в этом.
Известно, что на современных континентах почти повсюду встречаются морские отложения. Это говорит о том, что когда-то континенты погружались ниже уровня океана. Более того, некоторые структуры континентов и сейчас имеют продолжение в морях и океанах. Невольно напрашивается вывод: если континенты покрывались океанами, то и дно океанов могло быть когда-то континентами.
Осадочные породы являются как бы летописью геологических эпох. Они могут рассказать о развитии Земли в течение по крайней мере двух миллиардов лет. Особый интерес представляют те места на океаническом дне, которые были мало потревожены движениями земной коры. Они сохранили в себе первоначальные свойства Земли с момента ее возникновения и всю летопись ее истории.
Океан даст ценные сведения и по истории магнетизма Земли. Крошечные частички магнитных минералов, разбросанных по дну, тяготеют к земному магнитному полю. Исследовав направления этих частиц в более древних отложениях, ученые, возможно, определят изменения в положения магнитных полюсов.
Сохраненные в отложениях окаменелости помогут создать полную картину эволюции жизни на нашей планете: ведь скважина должна пройти слои, которые по своему возрасту соответствуют времени зарождения жизни на Земле.
Наконец, еще одно обстоятельство. Как показали геофизические исследования, на дне океана под мягкими отложениями находится более плотный и массивный слой, состоящий из доломита и базальта. Под ним лежит первоначальная поверхность Земли, похожая, наверное, на теперешнюю поверхность Луны. Именно тут могут быть найдены древнейшие метеориты, которые осветят не одну межзвездную загадку.
НО ГДЕ ЖЕ БУРИТЬ?
Итак, дно океана — наиболее подходящий район для бурения. Но сложность заключается в том, чтобы правильно выбрать место исследований. Оно должно, во-первых, быть там, где «Мохо» находится ближе всего к поверхности Земли и где для этого имеются соответствующие геологические условия. Во-вторых, необходим уравновешенный и мягкий климат, чтобы ураганы, штормы и сильные морские течения не сорвали работу, и, наконец, в-третьих, оно должно находиться недалеко от порта, обеспечивающего бесперебойное обслуживание работ.
Предлагаются на выбор два района: в Атлантическом океане, близ Пуэрто-Рико, где глубина составляет 4 километра, а разрез «Мохо» лежит на 6 километров ниже дна, и в Тихом океане, южнее Сан-Диего и севернее острова Клиппертона.
По всей вероятности, буровикам придется разработать совершенно новый метод проходки скважин. Но американцы придерживаются мнения, что старые методы надежнее, и предполагают использовать роторное бурение, применяющееся при морском бурении нефти. Делается это так. Корабль прочно становится на несколько якорей, под ним протягивается «основание», поддерживающее обсадные трубы. Бурильный инструмент с долотом в нижней части через обсадные трубы опускается на дно. В качестве промывочной жидкости используется морская вода. Вся эта система получает вращательное движение сверху от ротора.
В современной практике бурение проводилось обычно на глубину до 6—7 километров. Очевидно, что работы на больших глубинах потребуют более серьезной технической подготовки. В первую очередь надо будет научиться крепить якоря на большой глубине. Необходимо также создать специальные бурильные инструменты, которые смогут уместиться внутри бурильной трубы».
Работы предполагают проводить по этапам. Первая скважина должна затронуть лишь отложения на дне океана. Вместе с толщей воды она не превысит 7—9 километров. В случае успеха будут пробурены скважины на большие глубины.
Осуществление проекта «Мохо» не может ответить на все вопросы, связанные с историей Земли. Наоборот, вероятно, выявятся новые, более трудные вопросы, которые потребуют еще большей изобретательности от исследователей. Однако бурение сквозь поверхность «Мохо» может дать весьма ценные научные данные.
Полученные образцы различных пород, из которых состоит мантия и глубинные слои земной коры, подвергнутся тщательному анализу. Установлены будут их физические свойства и химический состав, вычислены запасы содержащихся в них минералов, определены радиоактивность, плотность и т. д. и т. п.
Доказав сходность этих образцов с метеоритами, ученые смогут уверенно говорить об увеличении плотности на всем пути к центру Земли. При помощи радиоактивных изотопов, накопившихся в самой глубинной породе, станет возможным определение возраста земной коры и мантии. Наконец, можно будет решить спор, остывает ли Земля или разогревается, и объяснить высокие температуры на океаническом дне. Бурение поможет также определить глубину залегания и толщину слоя «Мохо» и характер распределения различных материалов.
Автор: М. Ф. Мирчинк.