Супутники – розвідники земних надр

Як зі «скатертини-самобранки», людина століттями збирає незліченні природні багатства. Вугілля і нафта, залізні руди і кольорові метали, хімічна та мінеральна сировина… Та хіба можна перерахувати все, що дає нам Земля! Коморою незліченних багатств представляються вченим земні глибини. Однак, проникнувши сьогодні на сотні мільйонів кілометрів у космос, людина заглибилася в надра своєї планети лише на кілька кілометрів. Як не дивно, але в даний час вчені знають процеси, що відбуваються в надрах зірок, краще, ніж всередині Землі. Максимальна глибина свердловин становить трохи більше семи кілометрів. І це при радіусі земної кулі в 6371 кілометр! Ось чому навіть найглибші сучасні свердловини можна порівняти лише з шпильковими уколами.

Якщо порівняти нашу планету з великим яблуком, то товщина дослідженого поверхневого шару Землі виявиться значно меншою, ніж шкірка яблука. А що ж залягає далі, на глибині, наприклад, десяти кілометрів? Тут, виявляється, вже починається область, про яку є лише більш-менш цікаві гіпотези, та й то засновані на спірних міркуваннях.

До скарбів земних надр

Глибини Землі привертають сьогодні людей не тільки тому, що в них таяться незліченні родовища відомих корисних копалин і тих, про які ми, може бути, і не маємо уявлення, але й тому, що в них приховані багатющі джерела енергії. Земна куля являє собою найбільшу енергетичну лабораторію, в якій безперервно протікають складні фізичні, хімічні, біологічні та інші процеси, що призводять до концентрації в окремих районах великих запасів теплової енергії. Людство вже має деякий досвід використання глибинного тепла Землі. Так, майже вся Ісландія опалюється гарячими водами численних гейзерів. У різних місцях будуються електростанції, які працюватимуть на теплі вулкана.

Один із шляхів проникнення в райони земних надр – надглибоке буріння. Вчені думають про ще більш сміливі проекти. «Є у нас мрія, – пише академік А. Трофимчук, – пробити на 17 кілометрів углиб товщу земної кори і виявити можливість добувати рідкісні метали прямо з розплавленої магми». Надглибоке буріння дозволить всебічно вивчити земну кору, дізнатися як фізичні властивості (геотермічні дані, тепловий потік, рух речовини, його в’язкість, пластичність на різних глибинах і т. д.), так і хімічні властивості її (склад кори, структурно-мінералогічний характер, вміст радіоактивних та інших елементів і т. п.).

Подолання кожної нової сотні метрів в глибині земних надр пов’язано, однак, з великими труднощами. Тому, щоб не наосліп розташовувати бурові, пошукові свердловини, потрібно знати загальні і приватні (для даної території) закономірності розміщення корисних копалин та енергетичних джерел. Швидкому знаходженню цих багатств сприяє геологічний прогноз. З великою достовірністю він дозволяє передбачити місця, де ті чи інші корисні копалини і джерела енергії можуть бути виявлені.

Геологічний прогноз

Правильний геологічний прогноз – це, по суті, одна з вищих форм наукового передбачення. Вона являє собою результат цілого комплексу різноманітних наукових досліджень: геологічних, геофізичних, геохімічних, географічних та інших. Для розвідки глибинних надр Землі використовуються при цьому такі досконалі сучасні засоби, як гравіметри, що дозволяють вивчати розподіл сили тяжіння в різних районах земної кулі; сейсмометри, за допомогою яких досліджуються умови розповсюдження ударних хвиль в глибинних надрах Землі, викликаних природними землетрусами або штучними вибухами, і електрометрії для визначення характеру та інтенсивності магнітного й електричного полів Землі.

З кожним роком все більшу роль у вирішенні завдань геологічного прогнозу глибинних районів Землі виконує авіація. Встановлені на літаках спеціальні високочутливі геофізичні прилади виробляють гравіметричну і аеромагнітную розвідку великих площ.

І все ж багато завдань, пов’язаних з визначенням геологічної будови нашої планети, не можуть бути успішно вирішені за допомогою наявних у розпорядженні вчених засобів. Так, наприклад, для більш точного визначення магнітного або гравітаційного поля Землі треба, щоб вимірювальні прилади знаходилися якомога далі від поверхні нашої планети і протягом тривалого періоду одночасно з великих площ дозволяли отримувати дані, що цікавлять.

Так, завдання проникнення в глибинні зони Землі несподівано прийшла в зіткнення з іншим величним завданням нашого часу – проникненням в космос. Обидві проблеми виявилися пов’язаними між собою не тільки єдністю цілей, а й відкритою можливістю «взаємної допомоги». Штучні супутники, оснащені необхідною дослідницькою апаратурою, можуть вже зараз надати велику допомогу у вирішенні найскладніших проблем геологічного прогнозу.

Супутники – розвідники земних надр

На перший погляд здається дивним, як це штучні небесні тіла, знаходячись далеко від Землі, можуть вирішувати такі складні завдання? Але нічого загадкового в цьому немає. Численними експериментами встановлено, що швидкість поширення сейсмічних хвиль у верхніх і нижніх шарах земної кори збігається зі швидкістю хвиль у гранітах і базальтах. На цій основі виділено два типи земної кори: континентальна і океанічна.

Верхній шар материків складається в основному з порівняно легких гранітів, а дно океанів покрито більше важкими базальтами. Але так як граніти і базальти притягують інші тіла з неоднаковою силою, то ці великі геологічні маси роблять помітний вплив на величину сили тяжіння штучних небесних тіл, що обертаються навколо Землі. Рух супутника навколо Землі з великою точністю може бути розрахований за законами небесної механіки.

Однак внаслідок нерівномірного розподілу мас в земній корі супутник не може летіти за розрахунковою траєкторією. Переміщаючись у змінному полі тяжіння Землі, він дуже чуйно реагує на всі зміни цього поля, викликані характером земних надр. Виявляється, чим «важча» маса Землі в тому районі, над яким пролітає супутник, тим сильніше він тут притягається планетою, і навпаки. Рухаючись над районами з більш щільною масою, супутник стає як би трохи “важчим”, і тому швидкість польоту його тут дещо збільшується. Там же, де маса Землі менш щільна, супутник стає як би «легше», і тут він переміщається трохи повільніше. А оскільки зміна швидкості супутника позначається на характері його орбіти, його рухах, то внаслідок цього він рухається або ближче до поверхні Землі або ж трохи далі від неї.

Безперервно спостерігаючи за допомогою різних приладів за цими відхиленнями траєкторії польоту штучного небесного тіла, вчені отримують можливість вивчити гравітаційні аномалії сили тяжіння (тобто відхилення сили тяжіння від нормальної) і встановити розподіл великомасштабних неоднорідностей в товщі земної кори. Із супутників Землі, обладнаних спеціальною оптичною, фототелевізійною, радіоелектронною апаратурою, можна буде побачити загальну картину важкодоступних районів Землі – гігантських арктичних районів, обширних високогірних місць і пустель. Значення цих спостережень для науки буде величезним. Саме аерогеологія і аерофотознімання в поєднанні з глибинними геофізичними дослідженнями дозволили відкрити деякі важливі риси тектонічної будови земної кори – гігантські розломи, що розсікають земну кору на глибину кількох десятків кілометрів і тягнуться на багато тисяч кілометрів. З висоти польоту супутників ці та деякі інші особливості геологічної будови нашої планети можна буде спостерігати ще більш виразно.

Відомо, що в товщі земної кори протікають електричні струми. Припускають, що ці струми і є джерелом світових магнітних аномалій. Тому за характером розподілу електричного і магнітного полів Землі можна буде судити про будову того чи іншого її району. Досить нагадати, що магнітні вимірювання, проведені на третьому штучному супутнику Землі, дали можливість визначити характер убування з висотою Східно-Сибірської магнітної аномалії і зробити висновок про розташування її джерел у глибинних районах нашої планети.

Винятково велике значення супутники будуть мати для розвідки корисних копалин та енергетичних джерел, розташованих під великими підводними просторами. Моря і океани займають 71 відсоток поверхні нашої планети. І якщо людина зуміла частково вивчити і поставити собі на службу матеріальні ресурси суші, то відносно неосяжних морських просторів цього поки сказати не можна.

Правда, морське дно вже в деяких районах світу стало джерелом цінних корисних копалин. Досить згадати морські промисли нафти на Каспійському морі, видобуток залізних руд далеко від берега в районі Вабана на Ньюфаундленді, кам’яного вугілля в Уельсі. Немає сумніву в тому, що дно морів і океанів – це величезний резерв мінеральної сировини, і геологія акваторій також повинна стати об’єктом великих наукових досліджень.

При визначенні фактичної орбіти супутника необхідно враховувати причини, що викликають порушення в характері його траєкторії, зокрема вплив форми Землі і опору її атмосфери. При цьому слід враховувати також час доби, року, висоти і широти польоту супутника, оскільки ці умови роблять істотний вплив на характер траєкторії руху супутників навколо Землі.

Зрозуміло, добре було б домогтися того, щоб супутники рухалися по орбітах, розташованих на таких висотах, де опір повітря не буде надавати великого впливу і їм можна буде при розрахунках знехтувати. Якщо ж з якихось причин все ж виникне необхідність розташовувати орбіти супутників в межах атмосфери Землі, то в цьому випадку потрібно буде враховувати вплив опору повітря на траєкторію їх руху.

Супутники і «проект верхня мантія»

Генеральна асамблея Міжнародного геодезичного і геофізичного союзу прийняла широку програму дослідження глибоких надр земної кулі. Ця програма, відома зараз під назвою «Проект верхньої мантії», спрямована головним чином на вивчення процесів, що відбуваються у верхній частині мантії Землі, тобто на глибинах до тисячі кілометрів. Є підстави думати, що саме процеси у верхній мантії є причиною руху земної кори, утворення материків і океанів, зминання гірських порід у складки, підняття розплавленої магми.

Вивчення, а потім освоєння глибинних зон Землі допоможе геологам в їхніх пошуках корисних копалин і дослідженні енергетичних джерел земної кулі. Багато корисного почерпнуть для себе також геохіміки, які вивчають розподіл і історію природних хімічних сполук на нашій планеті, геофізики, що досліджують фізичні властивості нашої планети в цілому і процеси, що відбуваються в оболонках Землі (твердої, рідкої і газоподібної), астрономи, які вивчають Землю як космічне тіло, і багато інших фахівців. А оскільки «біографія» земної кулі в якійсь мірі відображає процеси походження небесних тіл в інших районах космосу, то отримані відомості про глибинні зони земної кори будуть мати важливе значення і для з’ясування еволюції нашої планетної системи в цілому.

Штучні супутники Землі дозволять «промацати» геологічну будову земної кори в різних тектонічних зонах – в складчастих областях різного віку на материках і особливо на морях і океанах – і тим самим сприятимуть вирішенню завдань Проекту верхньої мантії». Проникнення в глибинні надра Землі полегшить вивчення таких складних питань, як походження Землі та утворення її оболонок, вік нашої планети, дозволить встановити роль радіоактивного розпаду в протіканні багатьох геологічних процесів і створення теплового режиму Землі, з’ясувати причину земного магнетизму, електричних струмів Землі та інші питання, де наші знання ґрунтуються поки тільки на припущеннях.

Проте слід мати на увазі, що відкриття найскладніших законів геологічної історії нашої планети залежить від успіхів багатьох фахівців, що вивчають взаємодію атмосфери Землі з гідросферою, біосферою і літосферою. Тому обов’язковою умовою успішних досліджень є найтісніша взаємодія геологів, геофізиків, геохіміків, географів, а також їх зв’язок з представниками інших спеціальностей – фізиками, хіміками, математиками, біологами. У цих комплексних дослідженнях, що спираються на спільне використання різних методів і засобів, супутники Землі займуть своє гідне місце. Вони допоможуть зняти багато замків з комори природи – Землі і опанувати незліченними багатствами її надр, поставивши їх на службу людині.

Автор: Н. Варварів.