Да, пласты различных горных пород нередко называют страницами летописи земной коры, но как неполны, перепутаны, измяты и изорваны бывают эти страницы! Над тем, чтобы измять и перепутать их, потрудились и вековые сдвиги, происходящие в земной коре, и вода, и ветер. Далеко не везде, углубляясь в Землю, мы будем встречать все более древние слои. Бывает, что под древним слоем оказывается более молодой, а затем снова древний слой. Поэтому не только по последовательности расположения слоев, а и руководствуясь целым рядом других признаков, определяет геолог последовательность отложения осадочных горных пород. Одним из важнейших признаков, которые помогают при этом геологу, являются остатки в земле тех или иных окаменевших растений и животных.
Как известно, животный и растительный мир нашей планеты в течение сменявших друг друга тысячелетий претерпевал очень значительные изменения. Зародившиеся где-то в теплых водах древнего океана первые крупицы живой материи, характеризующейся обменом веществ, развились до одноклеточных, а затем и многоклеточных водорослей. Затем появились первые членистоногие, радиополярии,[1] губки. Постепенно жизнь завоевала и сушу. В воздухе зашуршали жесткие крылья бесчисленных насекомых, на берега рек и морей выползли первые земноводные. Мелких животных сменили крупные. Было время, когда миром завладели пресмыкающиеся. Они жили в воде, на суше и даже в воздухе. Затем хозяевами Земли стали млекопитающие, а хозяевами воздуха — птицы. И, наконец, появился человек.
По положению пластов в земной коре и по находимым в них остаткам окаменевших животных и растений геолог может определить последовательность возникновения напластований, определить, какие из них являются более молодыми, какие более древними. Как очень объемистую книгу — природа писала ее около 2 млрд. лет, ибо таков возраст наиболее древних пород, слагающих нашу земную кору, — геологическую летопись ученые разделили на тома, части, главы и параграфы. Том этой летописи геологи называют эрой; эру разбивают на части — периоды, периоды — на эпохи, а эпохи — на века. Так одна из эр истории Земли — Палеозойская эра — длилась 325 млн. лет — и состоит из Кембрийского, Силурийского, Девонского, Каменноугольного и Пермского периодов, каждый из которых длился от 35 до 120 млн. лет.
Однако в годы, когда Жюль Верн писал свой роман "Путешествие к центру Земли", этой четкой классификации земных пластов еще не было. Напластования земной коры группировались тогда в так называемые формации: гранитно-гнейсовую, лежащую в основании всех остальных; переходную, обнимавшую наиболее древние образования, в том числе и каменноугольные; вторичную, охватывающую приблизительно периоды Мезозойской эры, следующей за Палеозойской эрой; и третичную, в которую входили не только осадки водного происхождения, но и наносные грунты.
Жюль Верн в своем романе прекрасно показал различные напластования, слагающие кору Земного шара, растительный и животный мир, соответствующий времени образования тех или иных пластов.
Однако описанные методы определения последовательности образования осадочных пород страдают одним существенным недостатком: они говорят геологу только о том, какой пласт моложе, а какой старше. А между тем в целом ряде случаев было бы интересно и важно узнать и абсолютный возраст того или другого пласта.
Современная геология располагает методами определения и абсолютного возраста земных пластов.
В состав некоторых горных пород входят радиоактивные элементы: радий, уран и торий. Атомы этих элементов обладают свойством распадаться, превращаться в другие, устойчивые химические элементы, такие как свинец и гелий. Скорость этого превращения строго определенна, ее не может изменить никакое мыслимое в условиях земной коры воздействие — сжатие, нагрев, охлаждение и т. д.
Зная скорость радиоактивного распада и определив процентное соотношение еще содержащегося в горной породе радиоактивного вещества и образовавшихся при его распаде химических элементов, можно высчитать и абсолютный возраст соответствующей породы.
Такие определения были уже сделаны для целого ряда пород, слагающих земную кору. Оказалось, что возраст наиболее древних земных пород равен 2 млрд. лет. Каменный уголь образовался около 250 млн. лет назад. Основные отложения белого камня — мела — возникли всего лишь около 100 млн. лет назад.
Но все эти осадочные породы, образовавшиеся в течение миллиардов лет, составляют на поверхности Земного шара по сравнению с его величиной всего лишь тонкую пленку.
Сквозь слои осадочных пород наш "подземный снаряд" прошел всего за одну минуту — толщина его редко превышает 10–15 км, — и мы углубились в гранитный слой. Гранит образовался в результате расплавления и перекристаллизации древних осадочных пород, подвергшихся действию высокого давления и температур. Берем пробу и производим химический анализ гранита. Выясняется, что он содержит большие количества кремнезема, алюминия, кальция, калия и натрия. Но и гранитный слой мы миновали меньше чем за минуту. Действительно, по предположениям ученых, он в равнинных местах не превышает 10 км, а под дном Тихого океана, видимо, отсутствует совсем.
Мы вступили в слой базальта — горной породы глубинного происхождения. Базальт тяжелее гранита, он содержит больше, чем гранит, железа, магния и кальция. Две-три минуты — и базальтовый слой также остается позади.
Все эти три слоя составляют земную кору, в толще которой содержатся все природные ископаемые, используемые человеком. Ведь над нами уже около 50 км твердых пород. Температура на этой глубине достигает 1500 градусов, давление 13 500 атмосфер.
Мы вступаем в новый, чрезвычайно толстый слой Земного шара — в мантию, или оболочку Земли. Никто никогда не видел и не исследовал непосредственно веществ, слагающих этот слой. Ученые предполагают, что по крайней мере верхняя ее часть состоит из перидотита — черной тяжелой горной породы, изредка встречающейся и на поверхности Земли. Эта порода содержит магний, железо, кремнезем.
Проходит минута за минутой, час за часом, а мы все еще движемся сквозь оболочку Земли. Сравнительно медленно растет температура, но очень быстро растет давление, а вместе с ними и плотность вещества, составляющего оболочку. Вот она уже достигла 3,5 — плотности алмаза, вот перевалила через 4,5 — плотности титана и селена и продолжает расти дальше. Твердое вещество оболочки аморфно, оно твердо, но текуче, как вар. Кристаллы не могут существовать при таких чудовищных давлениях. Ведь к исходу пятого часа нашего движения сквозь мантию Земли, имеющую толщину в 2900 км, давление достигает 1 млн. 400 тыс. атмосфер и плотность вещества повышается до 7,88 — плотности железа. Температура в оболочке растет медленно и к концу ее достигает около 2000 градусов.
На глубине 2900 км внезапно изменяются свойства вещества. Видимо, под действием гигантских давлений вещество приобретает физическое состояние, не известное на поверхности Земли и не исследованное еще учеными. Ведь максимальные полученный в лабораториях давления в настоящее время не превышают нескольких сотен тысяч атмосфер.
Вещество ядра, безусловно оставаясь твердым, ведет себя как жидкость.
Наш снаряд миновал зону раздела, отделяющую оболочку от ядра, и продолжает свой путь к центру Земли. В течение длительного времени ученые предполагали, что ядро состоит из железа и некоторых других тяжелых металлов. В настоящее время более распространена гипотеза советского ученого В. Н. Лодочникова, утверждающего, что высокая плотность земного ядра объясняется не его химическим составом, а изменением плотности вещества под влиянием гигантского давления.
Через три с половиной часа путешествия вглубь ядра нам встречается на глубине 5000 км еще одна граница раздела. Оказывается, ядро Земли имеет свою сердцевину. Видимо, еще возросшее давление вызвало новое качественное изменение вещества. Ведь давление здесь, у самого центра Земли, приближается к 3,5 млн. атмосфер и плотность вещества почти равна плотности свинца. И больше ничего, пожалуй, не известно современной науке о строении этих предельных глубин Земного шара. Наше путешествие можно считать законченным.
А будем ли мы когда-нибудь знать об этом больше?
Будем, обязательно будем.
Когда-то, глядя ночью на небо, человек считал звезды, рассыпанные по его черному бархату, глазами ангелов. Сейчас, допросив в своих обсерваториях с помощью тончайших методов анализа лучи света, пришедшие к нам от звезд, ученые узнают химический состав этих звезд и толщину их атмосфер, их температуру и величину, скорость вращения вокруг оси и относительную скорость движения. Немало и других секретов уже открыл нам мерцающий свет звезды, пойманный внимательным глазом телескопа и с пристрастием «допрошенный» учеными. Надо было только научиться осуществлять этот «допрос» луча света.
