До загадкового Мохо

Це трапилося зовсім недавно на азіатському континенті. Якось давні гори, розсічені долиною, в якій споконвіку жили люди, раптом зійшли зі своїх місць і зімкнулися. Не було в небі хмар, не сипався попіл з жерла вулкана – тільки здригнулася Земля, зітхнула і замовкла, може бути, на багато тисяч років. Що сталося там, у надрах Землі? Провал чи якийсь несподіваний зсув? Про це можна тільки здогадуватись. На жаль, ми ще дуже мало знаємо про будову планети, на якій живемо. Нашому безпосередньому спостереженню доступні лише самі верхні шари земної кори – літосфера.

Вчені підрахували, що товщина земної оболонки становить від 15 до 70 кілометрів. Це мізерна частка радіуса Землі. Вісімдесят відсотків нашої планети займає мантія, або подкорова оболонка, в яку дбайливо загорнуте таємниче ядро. Який склад внутрішньої частини Землі? Припускають, що земна кора складається з ряду шарів, або поясів. Верхній приблизно відповідає по щільності граніту. Він завжди присутній на материках. Нижче залягає пояс більш щільної речовини – базальту. Що стосується мантії, то є підстава вважати, що вона складається з ще більш щільних порід, багатих магнієм і залізом. Однак повної впевненості в цьому немає, як немає і цілком ясного уявлення про будову поверхні розділу Мохоровичича ( «Мохо» ) – кордону між земною корою і мантією.

А земне ядро? Що ми знаємо про нього? Спостерігаючи за діяльністю вулканів, що вивергають вогняну лаву, і досить високою температурою в глибоких шахтах, люди вирішили, що під корою, за скельними породами, Земля знаходиться в розплавленому стані. Але ось, досліджуючи пружність твердих порід, вчені прийшли до висновку, що внутрішність Землі не може бути рідкою. Знаючи, що середня щільність земної кулі становить 5,5, а щільність поверхневих шарів вдвічі менше, дослідники зробили висновок, що внутрішня частина нашої планети повинна складатися з важких металів, головним чином із заліза.

Однак в останні роки в цю теорію були внесені серйозні корективи. Відкриття в галузі радіоактивності Землі показали, що в земній корі більше радіоактивних елементів, ніж на глибині. Розпадаючись, вони виділяють тепло. Як це відбивається на внутрішній будові нашої планети? Можливо, що радіоактивні елементи дають більше тепла вглиб, ніж його випромінюється з поверхні Землі. Якщо це так, то Земля неминуче нагрівається швидше, ніж остигає.

Отже, наука поки що не має достовірних відомостей про внутрішню будову Землі і її склад. А тим часом ця проблема величезної важливості. Як це не дивно, наші знання про Землю почерпнуті з наук, що начебто найменше займаються земними проблемами. Наприклад, астрономія подарувала нам дані про масу, питому вагу, про момент інерції Землі, підказала ідеї її походження. Будова метеоритів наштовхує на думку про те, що вони є як би зразками матеріалів, з яких була сформувала Земля та інші планети. Цікаво, що 87 відсотків метеоритів, які досягли Землі, перидотовані, а 13 відсотків складаються з нікель-заліза. Ті ж компоненти і в тій же пропорції представлені в Землі.

Перед геологією стоїть завдання зібрати воєдино всю масу наукових фактів, отриманих різними науками, і привести їх у систему. Однак тільки безпосереднє вивчення матеріалів, з яких складається внутрішність Землі, підтвердить або спростує наявні гіпотези походження Землі. Тільки тоді можна буде з повною підставою відповісти і на інше надзвичайно цікаве питання про походження і джерела земного тепла.

Якось російський вчений П. П. Зотов виступив з новою теорією земного тепла. Не відкидаючи всіма визнане теплове джерело – радіоактивний розпад, він стверджує, що величезна кількість тепла генерувалася і генерується в результаті впливу на планету гравітаційних сил. Справа в тому, що припливи і відливи існують не тільки в океанах і морях, а й у твердій речовині Землі: завдяки тертю твердих часток одна об одну і виділяється тепло.

Так це чи не так? Як це перевірити? Як встановити, що відбувається всередині нашої планети? З яких речовин вона складається?

БІБЛІОТЕКА ОКЕАНУ

Американські вчені стверджують, що якщо пробурити свердловину глибиною в 18 000 футів (6 кілометрів) нижче дна океану до кордону Мохоровичича, наука збагатиться найціннішими спостереженнями щодо будови Землі та її геологічної і біологічної історії. Такий проект був висунутий професором геології Прінстонського університету Гаррі Гессом і професором океанології Каліфорнійського університету Вальтером Мунком. І ось Міжнародний союз з геодезії та геофізики прийняв рішення про проведення цих досліджень.

Ідея про глибинне буріння Землі давно вже хвилювала уми людства. Природно, що вона знайшла відображення в науково-фантастичній літературі . Чи пам’ятаєте ви роман Конан Дойля «Коли земля скрикнула»? Герой його професор Челленгер пробурив свердловину на 8 миль вглиб земної кори. Там він виявив м’яку сіру пульсуючу масу. За допомогою довгого бура Челленгер робить контрольний удар, і Земля, як жива, скрикує. Герої іншого письменника, Жюля Верна, також досліджують внутрішність Землі. Ці пошуки вони ведуть за допомогою механічного крота.

Але насправді все виявляється набагато складніше, ніж у сміливих задумах художників-фантастів. Практично здійснити подібні плани з найбільшою ефективністю і з найменшою витратою сил і засобів дуже нелегко.

Перш за все, слід правильно вибрати місце для буріння. Природно, що воно має бути там, де поверхня розділу Мохоровичича знаходиться найближче до поверхні Землі. Встановлено, що земна мантія набагато ближче до поверхні моря, ніж до поверхні суші. Так, товщина кори під континентами в середньому складає близько 35 кілометрів, а під водою океанів в деяких місцях всього 7-9 кілометрів. Але справа не тільки в цьому.

Відомо, що на сучасних континентах майже всюди зустрічаються морські відкладення. Це говорить про те, що колись континенти занурювалися нижче рівня океану. Більш того, деякі структури континентів і зараз мають продовження в морях і океанах. Мимоволі напрошується висновок: якщо континенти покривалися океанами, то і дно океанів могло бути колись континентами.

Осадові породи є як би літописом геологічних епох. Вони можуть розповісти про розвиток Землі протягом принаймні двох мільярдів років. Особливий інтерес представляють ті місця на океанічному дні, які були мало потривожені рухами земної кори. Вони зберегли в собі первинні властивості Землі з моменту її виникнення і весь літопис її історії.

Океан дасть цінні відомості і з історії магнетизму Землі. Крихітні частинки магнітних мінералів, розкиданих по дну, тяжіють до земного магнітного поля. Дослідивши напрями цих частинок в більш древніх відкладеннях, вчені, можливо, визначать зміни в положенні магнітних полюсів.

Збережені у відкладеннях скам’янілості допоможуть створити повну картину еволюції життя на нашій планеті: адже свердловина повинна пройти шари, які за своїм віком відповідають часу зародження життя на Землі.

Нарешті, ще одна обставина. Як показали геофізичні дослідження, на дні океану під м’якими відкладеннями знаходиться щільний і масивний шар, що складається з доломіту і базальту. Під ним лежить первісна поверхня Землі, схожа, напевно, на теперішню поверхню Місяця. Саме тут можуть бути знайдені найдавніші метеорити, які висвітлять не одну міжзоряну загадку.

АЛЕ ДЕ Ж БУРИТИ?

Отже, дно океану – найбільш підходящий район для буріння. Але складність полягає в тому, щоб правильно вибрати місце досліджень. Воно повинно, по-перше, бути там, де «Мохо» знаходиться найближче до поверхні Землі і де для цього є відповідні геологічні умови. По-друге, необхідний врівноважений і м’який клімат, щоб урагани, шторми і сильні морські течії не зірвали роботу, і, нарешті, по-третє, воно повинно знаходитися недалеко від порту, що забезпечує безперебійне обслуговування робіт .

Пропонуються на вибір два району: в Атлантичному океані, поблизу Пуерто-Ріко, де глибина становить 4 кілометри, а розріз «Мохо» лежить на 6 кілометрів нижче дна, і в Тихому океані, південніше Сан-Дієго і на північ від острова Кліппертон.

Цілком ймовірно, буровикам доведеться розробити абсолютно новий метод проходки свердловин. Але американці дотримуються думки, що старі методи надійніше, і припускають використовувати роторне буріння, що застосовується при морському бурінні нафти. Робиться це так. Корабель міцно стає на кілька якорів, під ним простягається «підставка», що підтримує обсадні труби. Бурильний інструмент з долотом в нижній частині через обсадні труби опускається на дно. В якості промивної рідини використовується морська вода. Вся ця система отримує обертальний рух зверху від ротора.

У сучасній практиці буріння проводилося зазвичай на глибину до 6-7 кілометрів. Очевидно, що роботи на великих глибинах зажадають більш серйозної технічної підготовки. У першу чергу треба буде навчитися кріпити якоря на великій глибині. Необхідно також створити спеціальні бурильні інструменти, які зможуть вміститися всередині бурильної труби».

Роботи припускають проводити по етапах . Перша свердловина повинна торкнутися лише відкладення на дні океану. Разом з товщею води вона не перевищить 7-9 кілометрів. У разі успіху будуть пробурені свердловини на великі глибини.

Здійснення проекту «Мохо» не може відповісти на всі питання, пов’язані з історією Землі. Навпаки, ймовірно, виявляться нові, більш важкі питання, які вимагатимуть ще більшої винахідливості від дослідників. Однак буріння крізь поверхню «Мохо» може дати дуже цінні наукові дані.

Отримані зразки різних порід, з яких складається мантія і глибинні шари земної кори, піддадуться ретельному аналізу. Встановлені будуть їх фізичні властивості і хімічний склад, обчислені запаси мінералів, що містяться в них, визначені радіоактивність, щільність і т. д. і т. п.

Довівши східність цих зразків з метеоритами, вчені зможуть впевнено говорити про збільшення щільності на всьому шляху до центру Землі. За допомогою радіоактивних ізотопів, що накопичилися в самій глибинній породі, стане можливим визначення віку земної кори і мантії. Нарешті, можна буде вирішити суперечку, щодо того, чи остигає Земля або розігрівається, і пояснити високі температури на океанічному дні. Буріння допоможе також визначити глибину залягання і товщину шару «Мохо» і характер розподілу різних матеріалів.

Автор: М. Ф. Мірчінк.