Геологи изучают планеты - [9]

У Земли существуют также и внешние оболочки: гидросфера и атмосфера. По определению академика В. И. Вернадского, земные оболочки — это концентрические слои, меняющиеся с глубиной в вертикальном разрезе планеты и отличающиеся друг от друга характерными для каждой, только ей свойственными особыми физическими, химическими и биологическими качествами.

Имеется еще один путь изучения глубинного строения планет — геохимический. Выделение различных оболочек Земли и других планет земной группы по физическим параметрам находит достаточно четкое геохимическое подтверждение, основанное на теории гетерогенной аккреции, согласно которой состав ядер планет и их внешних оболочек в основной своей части является исходно различным и зависит от самого раннего этапа их развития. Ведущий советский геохимик В. Л. Барсуков считает, что в результате этого процесса в ядре концентрировались наиболее тяжелые (железоникелевые) компоненты, а во внешних оболочках — более легкие силикатные (хондритовые), обогащенные в верхней мантии летучими веществами и водой.

Важнейшей особенностью планет земной группы является то, что их внешняя оболочка, так называемая кора, состоит из двух типов вещества: "материкового" — полевошпатового и "океанического" — базальтового.

Материковая (континентальная) кора Земли сложена гранитами или породами, близкими им по составу, т. е. породами с большим количеством полевых шпатов. Образование "гранитного" слоя Земли обусловлено преобразованием более древних осадков в процессе гранитизации. Гранитный слой, по мнению В. Л. Барсукова, надо рассматривать как специфическую оболочку коры Земли — единственной планеты, на которой получили широкое развитие процессы дифференциации вещества с участием воды и имеющей гидросферу, кислородную атмосферу и биосферу. На Луне и, вероятно, на планетах земной группы континентальная кора слагается габбро-анортозитами — породами, состоящими из большого количества полевого шпата, правда, несколько другого состава, чем в гранитах. Этими породами сложены древнейшие (4,0-4,5 млрд. лет) поверхности планет.

Океаническая (базальтовая) кора Земли образована в результате растяжения и связана с зонами глубинных разломов, обусловивших проникновение к базальтовым очагам верхней мантии. Базальтовый вулканизм накладывается на ранее сформировавшуюся континентальную кору и является относительно более молодым геологическим образованием.

В. Л. Барсуков считает, что условия проявления базальтового вулканизма на всех планетах земного типа, по-видимому, аналогичны. Широкое развитие базальтовых "морей" на Луне, Марсе, Меркурии, очевидно, связано с растяжением и образованием вследствие этого процесса зон проницаемости, по которым базальтовые расплавы мантии устремлялись к поверхности. Этот механизм проявления базальтового вулканизма является более или менее сходным для всех планет земной группы.

Спутница Земли — Луна также имеет оболочечное строение. Изучение ее глубин с помощью лунотрясений и при измерении физических полей показало, что она в целом однороднее Земли. По мнению советского геофизика И. Н. Галкина, глобальной особенностью глубинной структуры Луны является ее разделение примерно пополам на жесткую холодную внешнюю сферу и разогретую пластичную внутреннюю область, залегающую на глубинах 800-1000 км. Между внешней и внутренней оболочками выделяется переходная зона. Внешняя оболочка по аналогии с Землей названа литосферой. Литосфера Луны очень жестка и до такой степени добротна, что вызванные в ней сейсмические сигналы фиксируются длительное время. Скачок в скорости прохождения сейсмических волн устанавливается на разделе коры Луны и ее мантии и объясняется изменением состава горных пород. Мощность коры варьирует в широких пределах от 150 км на ее обратной стороне до 40 км на полюсах. В Море Дождей расчетная мощность 60 км.

В отличие от Земли, где скорость сейсмических волн в целом растет с глубиной, на Луне рост скоростей отмечается лишь в пределах коры. В мантии Луны скорость сейсмических волн не увеличивается. В переходной зоне, расположенной глубже 500-600 км, резко изменяются физические свойства пород, и уменьшается энергия сейсмических волн. Здесь размещаются очаги приливных лунотрясений. Внутренняя сфера Луны характеризуется резким ослаблением амплитуды поперечных сейсмических волн. Тем, что поперечные волны в ней не проходят, она напоминает ядро Земли и находится, вероятно, в жидком состоянии. Однако на Луне она названа астеносферой, потому что давление здесь такое же, как в астеносфере Земли на глубинах 100-150 км. Астеносфера Земли по толщине составляет 1/30-1/60 ее радиуса, а астеносфера Луны, по данным И. Н. Галкина, в 10 раз мощнее и составляет половину лунного радиуса. В центре Луны располагается железо-сульфидное расплавленное ядро радиусом 200-400 км.

Еще один путь изучения глубинного строения Земли — это изучение ее теплового потока. Известно, что Земля, горячая изнутри, отдает свое тепло. О нагреве глубоких горизонтов свидетельствуют извержения вулканов, гейзеры, горячие источники. Тепло — главный энергетический источник Земли. Прирост температуры с углублением от поверхности Земли в среднем составляет около 15° С на 1 км. Это значит, что на границе литосферы и астеносферы, расположенной примерно на глубине 100 км, температура должна быть близкой к 1500° С. Установлено, что при такой температуре происходит плавление базальтов. Это означает, что астеносферная оболочка может служить источником магмы базальтового состава. С глубиной изменение температуры происходит по более сложному закону и находится в зависимости от изменения давления. Согласно расчетным данным, на глубине 400 км температура не превышает 1600° С и на границе ядра и мантии оценивается в 2500-5000° С.