Чому Земля кругла?

У давнину, як відомо. Землю обожнювали. Поети присвячували їй урочисті гімни. Сказителі повторювали міфи про її життя. Скульптори навіки закарбували в дереві, камені вигляд вічно молодої і прекрасної богині. Звичайно, всі розуміли, що це — лише поетичне порівняння. Але навряд чи хто-небудь міг пояснити, чому Земля не має складної, незвичайної форми, подібно кам’яним брилам, рослинам або тваринам. Чому Земля схожа на кулю, оповиту блакитним сяйвом атмосфери! Кружляють круглі планети. Круглий, як совині очі, Місяць дивиться на нас по ночах. А зальотні гості Землі — метеорити — несамовиті.

Є ще одна група небесних тіл — астероїди, планети-карлики. Діаметр їх не перевищує кількох сотень кілометрів. (Для порівняння: середній діаметр Землі — 12 735 кілометрів, Місяця — 3478, Юпітера — 143 600). Астероїди займають середнє положення між метеоритами і планетами. Вони виявляють оригінальні особливості.

У 1900 році астрономи, уточнюючи траєкторію астероїда Ерот, були спантеличені. Вони ясно бачили в телескопи, що яскравість астероїда помітно змінюється. Відомо, що всі астероїди холодні і блищать лише відображеним світлом. І раптом — яскравість випромінювання періодично за короткий проміжок часу змінюється в чотири рази!

Довгий час загадка Ерота хвилювала уми астрономів. Все з’ясувалося в 1931 році, коли Ерот перебував у найменшій відстані від Землі. Найпотужніші телескопи втупилися на нього в упор.

Виявилося, Ерот має форму бруска довжиною 22 і товщиною 6 кілометрів. Обертаючись, він повертається до Землі широкою, вузькою стороною і відповідно відбиває то більше сонячних променів, то менше.

Багато інших астероїдів теж не мають постійної яскравості. Значить, і у них не куляста форма.

На власному досвіді ми знаємо, що всі тверді тіла зберігають свою форму, якщо на них не впливати з боку. Їх атоми міцно спаяні один з одним електромагнітними силами. Вони утворюють міцні кристалічні решітки, шикуючись стрункими рядами, як військо на параді. Вони монолітні, єдині.

Але є на світі сила, більш могутня, ніж електромагнітна згуртованість атомів. Це — сила тяжіння, гравітація. Вона залежить від маси тіла. Горить маленька гілочка — вогник слабкий, ледве помітний здалеку. Спалахують лісові пожежі — вирують могутні спалахи, осяваючи ночі. Так і сили гравітації. Їх майже неможливо помітити в маленьких тілах. Тут вони не можуть зруйнувати міцні зв’язки між атомами. Форма космічних тіл залишається незмінною.

Але ось сила взаємного тяжіння об’єднує міжзоряний газ, пил, уламки, брили. Їх загальна маса зростає. Пропорційно (за законом Ньютона) збільшується і їх взаємне тяжіння. Настане, врешті-решт, момент, коли гравітація перевершить силу електричного взаємодії атомів. Зціплені величезним тиском, зруйнуються кристалічні решітки, розсиплються стрункі атомні ряди. Атоми будуть змушені рухатися туди, куди направить їх нова, більш могутня сила.

Виходить, наша Земля кругла, тому що вона важка. Форма, будова та головні властивості космічних тіл залежать в першу чергу від їх маси. Іншими словами, сили гравітації визначають найголовніші властивості простору планети.

Гравітація організовує ту саму речовину космічного тіла. Астероїд або маленька планета не в силах утримати біля себе атмосфери: легкі і швидкі атоми і молекули газів безупинно випаровуються в космос.

Притягаючи до себе метеорити і астероїди, космічне тіло буде роздуватися, важчати, наливатися речовиною. Гази вже не зможуть подолати тяжіння і будуть обволікати планету легкою прозорою пеленою. Так виникає атмосфера планети.

Вода легше майже всіх гірських порід, але важче газів. Вона займе своє місце на кордоні твердої Землі і атмосфери, утворюючи моря і океани — гідросферу. З гірських порід до поверхні з часом спливуть найбільш легкі, утворюючи континенти — земну кору — немов накип на поверхні щільної кремнієво-магнієвої мантії Землі. А в самому центрі планети — кам’яно-величезне металеве надщільне ядро.

За законом Архімеда

Хто не знає закону Архімеда! Кажуть, великий вчений відкрив його, занурившись у ванну з водою. З тих пір і говорить закон про те, що «занурене в рідину тіло…» і так далі. Ну, а якщо тіло не занурюється в рідину!

Візьміть шматок твердої смоли. Покладіть на нього важку металеву кулю. Пройде час, і ви переконаєтеся: тверда куля дуже повільно, але неухильно тоне у твердій смолі.

Закону Архімеда підкоряються і рідини, і гази і тверді тіла. Куля буде занурюватися не тільки в тверду смолу, але і в лід (справжній кристалічний матеріал!), і під всяку іншу речовину. Тому що, як доведено багатьма дослідами, будь-яке тверде тіло стає пластичним або навіть починає текти при великих тисках або за дуже довгий термін.

Але це, як кажуть, приказка. Казка буде попереду. Застосовуючи закон Архімеда до твердих тіл, ми зможемо нарешті, прийти до висновків воістину казкових. Історія ця почалася в середині позаминулого століття біля підніжжя Гімалаїв. Тут англійська експедиція вимірювала відхилення схилу.

Результати вимірювань виходили підозрілими. Гори притягали до себе схил значно слабкіше, ніж можна було очікувати, враховуючи приблизно масу гірських масивів. Наче в горах вага земної кори менше, ніж на рівнинах!

На початку минулого століття до загадки «легких гір» додалася загадка «важких океанів». Вимірювання, проведені на кораблях і підводних човнах, показали, що частота коливань маятників на континентах і океанах майже однакова, тобто на континентах і океанах Земля притягує вантаж однаково. Але щільність земної кори в 2,8 рази більше, ніж в океанах. Чому ж цього не бажають помічати» маятники!

Відомо, що нижче земної кори розташована більш важка мантія Землі. Було висловлено припущення: під океанами мантія залягає близько до поверхні Землі, під рівнинами — глибше, а під гірськими країнами — найбільш глибоко. Там, де товщина земної кори мала (океани), товстий шар мантії заповнює недолік маси.

Подальший розвиток цієї ідеї призвів до обґрунтування принципу ізостазії (рівноваги). Згідно з цим принципом, земна кора занурена в більш важку мантію Землі, як айсберг у воду, як металева куля в смолу або ртуть. Щільність льоду становить 0,9 щільності води. У відповідності з законом Архімеда 0,9 айсберга занурена у воду. Якщо висота над водою 100 м, отже, під водою — 900 м.

По тому ж самому закону занурені в мантію і ділянки земної кори (щільність кори становить приблизно 0,9 щільності мантії). Чим вище здіймаються на поверхні Землі гірські країни, тим глибше йдуть їх коріння, тим товстіше в цьому місці земна кора. На просторах океанів, де шар земної поверхні тонкий, утворилися пониження, заповнені водою.

Порівняно недавно були отримані факти, що підтверджують принцип ізостазії. Сейсмічними дослідженнями вдалося досить точно визначити товщину земної кори у різних країнах. Виявилося, що під гірськими системами Гімалаїв, Тянь-Шаню, Тибету земна кора занурена в мантію на 70 кілометрів. В районі Кавказу — на 30, у Західній Європі — на 26, у Північній Америці — на 30 кілометрів.

Потужні брили материків глибоко занурені в щільну, дуже в’язку мантію. А в Тихому океані шар «кори» зовсім тонкий — 8, в Атлантичному — 16, в Північному Льодовитому — 18 кілометрів.

Отже, океани — це не просто суша, залита водою. Два ступені на графіку рельєфу Землі відповідають двом найголовнішим структурам планети. Вони розмножуються і по своїй будові (товщина земної кори), і по хімічному складу. І, мабуть, ніколи глибини океанів не були сушею, а ділянки суші — океанічними глибинами. Запорука стійкості цих двох структур — ізостазія.

Далі буде.

Автор: Р. Баландін.