На суше и на море, 1964 - [212]

Планета сжалась

В 1939 году профессор Ленинградского горного института В. Н. Лодочников выдвинул гипотезу, по-новому объясняющую высокую плотность земного ядра. На глубине 2900 километров, писал он, давление достигает 1,4 миллиона атмосфер. При таком давлении электронные оболочки атомов разрушаются, ядра атомов сближаются, что и ведет к скачкообразному возрастанию плотности вещества. По химическому же составу ядро не отличается существенно от мантии.

В 1948 году, видимо независимо от Лодочникова, английский ученый В. Рамзей разработал гипотезу о переходе вещества в земном ядре в металлическое состояние в результате воздействия колоссального давления. На границе мантии и ядра, считает Рамзей, давление приводит к частичному разрушению электронных оболочек атомов. Отрыв электронов облегчает процессы сжатия и уплотнения вещества, которое получает при этом новые свойства: по твердости оно становится похожим на жидкость, а по электропроводности — на металл. Это свойство придают веществу электроны, «высвободившиеся» при разрушении оболочки атомов. Рамзей полагает, что вещество земного ядра напоминает металлическое состояние оливина — минерала, богатого железом и магнием и широко распространенного в мантии.

Согласно гипотезе Лодочникова — Рамзея Земля вначале не имела ядра, так как в ее недрах давление было относительно невелико. По мере того как масса планеты увеличивалась, возрастало и давление в недрах. Около пяти миллиардов лет назад масса Земли достигала 0,8 современной, давление в недрах поднялось до 1,4 миллиона атмосфер. И тогда произошла небывалая геологическая катастрофа. Наша планета буквально сжалась, уменьшилась в объеме, ее радиус сократился на 100 километров. Это случилось из-за уплотнения вещества, образовавшего ядро в центральной части Земли. За несколько часов плотность ядра увеличилась примерно вдвое, а объем его уменьшился…

Гипотеза Лодочникова — Рамзея устраняет трудности, связанные с разделением вещества по тяжести, объясняет скачок плотности на границе мантии и ядра. Изменение свойств на границе внутреннего ядра — это, видимо, результат следующего фазового перехода. Ядро, не являясь металлическим по химическому составу, обладает теми же свойствами, как и ядро, состоящее из металлов.

Образование ядра — согласно этой гипотезе — не связано с завершением разделения вещества по тяжести: перемещение вещества продолжается, а ядро существует независимо от этого процесса. Понятной становится и резкая граница между мантией и ядром: фазовый переход происходит сразу же после достижения критического давления. Граница проходит везде на одной и той же глубине потому, что давление поднимается до критического уровня в любой точке на одном и том же расстоянии (2900 километров) от поверхности.

Получает объяснение и разница в строении планет Солнечной системы. Венера имеет тяжелое ядро потому, что масса ее близка к массе Земли, и давление в недрах Венеры достаточно для уплотнения вещества и образования ядра. У Марса же и Луны тяжелых ядер нет, ибо массы этих небесных тел меньше, чем Земли и Венеры, и давление в их недрах недостаточно для фазового перехода.

Гипотеза Лодочникова — Рамзея, удовлетворительно объясняя многое во внутреннем строении Земли, получила широкое распространение, хотя некоторые ученые остаются сторонниками идеи железного ядра.

Исследования продолжаются

Несколько лет назад советский ученый Л. В. Альтшуллер и его сотрудники проводили в лаборатории опыты по ударному сжатию оливина. Они установили, что при давлении 1,4 миллиона атмосфер скачка плотности в оливине не происходит.

Гипотеза Лодочникова — Рамзея оказалась поколебленной. Но не отвергнутой. Ведь высокое давление в лаборатории достигалось лишь на мгновение, тогда как в недрах Земли оно существует в течение миллиардов лет; к тому же вещество там сильно разогрето. И, наконец, все возражения против железного ядра остаются в силе.

Опыты показывают, что один и тот же результат может быть получен двумя различными путями: первый — это сравнительно длительное приложение высокого давления и высокой температуры; второй — это воздействие при ударном сжатии взрывной волны в течение миллионных долей секунды. То, чего не произошло при опытах с ударным сжатием в лаборатории, могло произойти в недрах Земли в результате длительного воздействия в условиях высоких температур.

Во внутреннем строении Земли многое остается еще неясным. Большой шаг вперед в изучении недр нашей планеты будет сделан в результате осуществления планов сверхглубинного бурения. Через несколько лет скважины уйдут на 12–15 километров в глубь Земли; некоторые из них пройдут через раздел Мохоровичича и достигнут вещества мантии, которого не видел еще никто из людей.

А потом в глубокие недра нашей планеты двинутся самоходные аппараты. Наверное, предполагает академик М. А. Лаврентьев, это будут своеобразные подземные корабли, снабженные большим запасом энергии — скорее всего атомной. «С помощью ядерной установки будут разрушаться породы для проходки. Очень важно снабдить подземного разведчика аппаратурой, способной безотказно передавать на поверхность разнообразную геологическую информацию».