Áèáëèîòåêà
Òåîëîãèÿ
Êîíôåññèè
Èíîñòðàííûå ÿçûêè
Äðóãèå ïðîåêòû
|
Âàø êîììåíòàðèé î êíèãå
Äóáíèùåâà Ò. Êîíöåïöèè ñîâðåìåííîãî åñòåñòâîçíàíèÿ. Ó÷åáíîå ïîñîáèå
Ãëàâà 10 ÊÎÍÖÅÏÖÈÈ ÑÒÐÎÅÍÈß, ÝÂÎËÞÖÈÎÍÍÛÕ ÏÐÎÖÅÑÑÎÂ È
ÇÀÐÎÆÄÅÍÈß ÑÒÐÓÊÒÓÐ Â ÌÈÐÅ ÏËÀÍÅÒ
10.1. Ýëåìåíòû ïëàíåòíîé êîñìîãîíèè
Çà ïîñëåäíèå 300 ëåò áûëî ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî êîñìîãîíè÷åñêèõ ãèïîòåç îòíîñèòåëüíî ðàííåé èñòîðèè Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Íóæíî áûëî îáúÿñíèòü: ïî÷åìó îðáèòû âñåõ ïëàíåò ïî÷òè êðóãîâûå è ëåæàò ïî÷òè â îäíîé ïëîñêîñòè, ñîâïàäàþùåé ñ ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòüþ Ñîëíöà; ïî÷åìó ìàññû ïëàíåò ñîñòàâëÿþò 2 % ìàññû Ñîëíöà, íî îáëàäàþò 98 % ìîìåíòà èìïóëüñà Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû; ïî÷åìó íàïðàâëåíèå îáðàùåíèÿ âîêðóã Ñîëíöà îäèíàêîâî ïî÷òè äëÿ âñåõ ïëàíåò è ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì âðàùåíèÿ Ñîëíöà è âðàùåíèåì âîêðóã ñîáñòâåííûõ îñåé; ïî÷åìó âñå ïëàíåòû äåëÿòñÿ ÷åòêî íà äâå ãðóïïû, îòëè÷àþùèåñÿ ôèçè÷åñêèìè äàííûìè, è ïð.
Ïî òåîðèè Äåêàðòà, ìèðîâîå ïðîñòðàíñòâî áûëî çàïîëíåíî ýôèðîì — âñåïðîíèöàþùåé æèäêîñòüþ, ÷àñòèöû êîòîðîé ó÷àñòâóþò â íåïðåðûâíîì âèõðåâîì äâèæåíèè. Ýòè âèõðè è çàêðó÷èâàþò ïëàíåòû. È. Íüþòîí ïðåäëîæèë òåîðèþ, ñîãëàñíî êîòîðîé íåáåñíûå òåëà âîçíèêëè èç ðàçðåæåííîé ìàòåðèè èç-çà íåðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè. Íî îí íå ìîã îáúÿñíèòü, ïî÷åìó ïëàíåòû äâèæóòñÿ ïî îðáèòàì, è çàÿâèë, ÷òî çäåñü íå îáîøëîñü áåç áîæåñòâåííîãî âìåøàòåëüñòâà. Åãî ñîòðóäíèê Ó. Óèñ-òîí, ñòàðàÿñü íå ïðèáåãàòü ê ðåëèãèè, ïîëàãàë, ÷òî ñíà÷àëà Çåìëÿ áûëà êîìåòîé, êîòîðàÿ âðàùàëàñü âîêðóã Ñîëíöà, ïîòîì ñòîëêíóëàñü ñ äðóãîé êîìåòîé, è â ðåçóëüòàòå îíà ñòàëà âðàùàòüñÿ è âîêðóã ñâîåé îñè. Âîïðîñ î âîçðàñòå Çåìëè è íåçàìåòíûõ â êîðîòêèå ïðîìåæóòêè âðåìåíè èçìåíåíèÿõ, êîòîðûå ìîãóò íàêàïëèâàòüñÿ íà áîëüøèõ èíòåðâàëàõ âðåìåíè, ñòàë îáñóæäàòüñÿ â XVIII â. Ôðàíöóçñêèé çîîëîã Æîðæ Ëóè Ëåêëåðê, ãðàô Áþôôîí, ñ÷èòàë (1745), êàê è Íüþòîí, ÷òî ìàòåðèÿ, èç êîòîðîé âîçíèêëè âñå ïëàíåòû, áûëà âûáðîøåíà èç íåäð Ñîëíöà ñêîëüçÿùèì óäàðîì êîìåòû. Îí èñïîëüçîâàë òàêæå èäåþ Ëåéáíèöà, ñîãëàñíî êîòîðîé Çåìëÿ ðàíåå áûëà ñâåòÿùèìñÿ òåëîì, à ïîòîì îñòûëà. Áþôôîí äàæå ñòàâèë îïûòû ñ ðàñêàëåííûìè øàðàìè è çàêëþ÷èë, ÷òî Çåìëå ïîòðåáîâàëîñü áû äëÿ îõëàæäåíèÿ ïðèìåðíî 75 òûñ. ëåò, ÷òî ïðîòèâîðå÷èëî Áèáëèè. Îí ñóìåë îáúÿñíèòü îäèíàêîâîå íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ïëàíåò è ðàñïîëîæåíèå èõ ïî÷òè â îäíîé ïëîñêîñòè.  1749 ã. îí íàïèñàë ðàáîòó «Èñòîðèÿ è òåîðèÿ Çåìëè», ïîñëå ÷åãî íà íåãî íà÷àëèñü ãîíåíèÿ, çàñòàâèâøèå åãî îòðå÷üñÿ îò íåå. Åãî èäåè, åùå íàèâíûå, ââîäèëè èñòîðèçì â åñòåñòâîçíàíèå, çàëîæèëè îñíîâó åñòåñòâåííî-íàó÷íîé êîñìîãîíèè è âûçâàëè ïåðâóþ íåáóëÿðíóþ ãèïîòåçó ïðîèñõîæäåíèÿ ïëàíåò (îò ëàò. nebula— òóìàí, îáëàêî).
368
Åñòåñòâåííî-íàó÷íûå âçãëÿäû ôèëîñîôà È.Êàíòà ñôîðìèðîâàëèñü ïîä âëèÿíèåì èäåé Íüþòîíà è Áþôôîíà. Êàíò ñ÷èòàë Âñåëåííóþ (ñ öåíòðîì íà Ñèðèóñå!) ïîä÷èíåííîé ñòðîãîé èåðàðõèè, âîçíèêøåé ïîä äåéñòâèåì ñèë ïðèòÿæåíèÿ è îòòàëêèâàíèÿ â ïåðâè÷íîé òóìàííîñòè (õîëîäíîì îáëàêå ïûëè). Ïîýòîìó åå âîçíèêíîâåíèå è ðàçâèòèå îí îïèñûâàë ïî óðîâíÿì — îò ïëàíåò äî òóìàííîñòåé. Ãëàâíàÿ ñèëà — âñåìèðíîå òÿãîòåíèå, íî ìîãóò áûòü è äðóãèå, åùå íåèçâåñòíûå ñèëû. Òàêîâà, íàïðèìåð, ïðåäëîæåííàÿ èì ñèëà îòòàëêèâàíèÿ, äåéñòâóþùàÿ íà óðîâíå îòäåëüíûõ ÷àñòèö è ïðîÿâëÿþùàÿñÿ íà íà÷àëüíûõ ñòàäèÿõ îáðàçîâàíèÿ. Èç-çà äåéñòâèÿ õèìè÷åñêèõ ñèë ïðè ñîåäèíåíèè ÷àñòèö ìàòåðèÿ â ïðîñòðàíñòâå ìîæåò ðàñïðåäåëÿòüñÿ íåîäíîðîäíî. ×åì áîëüøå ïëîòíîñòü, áîëüøå è ïðèòÿæåíèå, è âîçíèêøèå ñãóñòêè óêðóïíÿëèñü. Ýòî ïðåäïîëîæåíèå ïðè ðàçðàáîòêå òåîðèè ãðàâèòàöèîííîé íåóñòîé÷èâîñòè èñïîëüçîâàë Äæèíñ. Ïî Êàíòó, îðáèòàëüíîå äâèæåíèå ïëàíåò âîçíèêëî «ïîñëå íåöåíòðàëüíîãî óäàðà ÷àñòèö êàê ìåõàíèçìà âîçíèêíîâåíèÿ ïåðâè÷íîé òóìàííîñòè».  ýòîì ôèëîñîô îøèáñÿ — äâèæåíèå ìîãëî íà÷àòüñÿ òîëüêî ïðè êîñîì óäàðå òóìàííîñòåé. Îí íå äåëàë áîëüøîé ðàçíèöû ìåæäó ïëàíåòàìè è êîìåòàìè, äàæå ïðåäïîëàãàë, ÷òî ó Çåìëè ìîæåò âîçíèêíóòü õâîñò. Êàíò îáñóæäàë äåéñòâèÿ, êîòîðûå ìîæåò âûçâàòü òåïëîòà íåäð ïëàíåòû. Îí ñ÷èòàë ïðè÷èíàìè, ïðîòèâîäåéñòâóþùèìè ñòðåìëåíèþ ê «ðàâíîâåñèþ», õèìè÷åñêèå ïðîöåññû âíóòðè Çåìëè (1754), êîòîðûå çàâèñÿò îò êîñìè÷åñêèõ ñèë è ïðîÿâëÿþòñÿ â âèäå çåìëåòðÿñåíèé è âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè.  ïðåäèñëîâèè ê êíèãå «Îáùàÿ åñòåñòâåííàÿ èñòîðèÿ è òåîðèÿ íåáà, èëè îïûò îá óñòðîéñòâå è ìåõàíè÷åñêîì ïðîèñõîæäåíèè âñåãî ìèðîçäàíèÿ íà îñíîâàíèè íüþòîíîâñêèõ ïðèíöèïîâ» (1755) Êàíò ïèñàë: «Äàéòå ìíå ìàòåðèþ, è ÿ ïîñòðîþ èç íåå ìèð!».
Èç àíàëèçà èìåþùèõñÿ äàííûõ Êàíò ñäåëàë óäèâèòåëüíî âåðíûå âûâîäû î âîçìîæíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ ïëàíåò äàëåå Ñàòóðíà è äàæå î òîì, ÷òî åãî êîëüöà ñîñòîÿò èç ìåòåîðèòîâ, ïðè÷åì ïîäîáíûå êîëüöà ìîãóò áûòü è ó äðóãèõ ïëàíåò.  îäíîé èç ÷àñòåé åãî êíèãè áûëà èçëîæåíà ïîçèöèÿ íà âîçìîæíîñòü æèçíè íà äðóãèõ ïëàíåòàõ, äëÿ ÷åãî Êàíò ñîáðàë èìåþùèåñÿ ñâåäåíèÿ î íåîáõîäèìûõ äëÿ æèçíè òåìïåðàòóðå, ïëîòíîñòè âåùåñòâ, ñèëå òÿæåñòè. È õîòÿ â îáùåñòâå òîãäà áûëè ðàñïðîñòðàíåíû èäåè î æèçíè íà çâåçäàõ, ïëàíåòàõ è êîìåòàõ æèâûõ ñóùåñòâ, îí âûäåëèë â êà÷åñòâå ïðèãîäíûõ äëÿ æèçíè òîëüêî Âåíåðó è Þïèòåð.
Ï.Ëàïëàñ èñõîäèë èç ãîðÿ÷åé ìåäëåííî âðàùàþùåéñÿ òóìàííîñòè, êîòîðàÿ ïî ìåðå îõëàæäåíèÿ ñæèìàëàñü. Ïî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ ìîìåíòà èìïóëüñà ïðè ýòîì ðîñëà ñêîðîñòü âðàùåíèÿ è öåíòðîáåæíûå ñèëû îòðûâàëè îò íåå êîëüöà. Ìàòåðèÿ â ýòèõ êîëüöàõ ñæèìàëàñü ïîä äåéñòâèåì òÿãîòåíèÿ, ôîðìèðóÿ êîìïàêòíûå òåëà. Ó÷åíèê Ëàïëàñà, ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê Ý.Ðîø, ïîêàçàë, ÷òî ïåðèîäû öåíòðàëüíîãî ñãóùåíèÿ òóìàííîñòè äîëæíû ÷åðåäîâàòüñÿ ñ ïåðèîäàìè ñîêðàùåíèÿ åå ìàññû, âî âðåìÿ êîòîðûõ ïðî-
369
èñõîäÿò îòðûâû ýêâàòîðèàëüíûõ êîëåö ðàñêàëåííîãî âåùåñòâà. Íî ïðè÷èíû îòðûâîâ îñòàâàëèñü íåïîíÿòíûìè. Ôàêòè÷åñêè ýòà ãèïîòåçà áûëà ðàçðàáîòàíà ìàòåìàòèêàìè êàê çàäà÷à òåîðåòè÷åñêîé ìåõàíèêè ñ íåèçìåííûìè ïàðàìåòðàìè. Îíà íå îáúÿñíÿëà ðàçìåðîâ îðáèò ïëàíåò-ãèãàíòîâ è ìåäëåííîñòè âðàùåíèÿ Ñîëíöà, íå îòâå÷àëà íà âîïðîñ, ïî÷åìó ìîìåíò èìïóëüñà ïëàíåò, ìàññà êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò âñåãî 0,13 % ìàññû Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû, ïî÷òè â 29 ðàç áîëüøå ìîìåíòà èìïóëüñà Ñîëíöà, åñëè Ñîëíå÷íàÿ ñèñòåìà èçîëèðîâàíà. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî, êàçàëîñü, òðåáîâàëî ââåñòè â Ñîëíå÷íóþ ñèñòåìó âìåøàòåëüñòâî êàêîé-òî âíåøíåé ñèëû.
Íåáóëÿðíàÿ ãèïîòåçà Êàíòà—Ëàïëàñà îñòàâàëàñü ïåðâîé ðîòàöèîííîé ãèïîòåçîé î âîçíèêíîâåíèè Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû âïëîòü äî êîíöà XIX â.
Ïðèëèâíàÿ èëè ïëàíåòîçèìàëüíàÿ, ãèïîòåçà ñòàëà ïîïóëÿðíîé â íà÷àëå XX â.: àìåðèêàíöû Ò. ×åìáåðëåí è Ô. Ìóëüòîí ðàññìîòðåëè èäåþ âñòðå÷è Ñîëíöà ñî çâåçäîé, âûçâàâøåé ïðèëèâíîé âûáðîñ ñîëíå÷íîãî âåùåñòâà (1906), èç êîòîðîãî è îáðàçîâàëèñü ïëàíåòû. Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ïðîèñõîäèëî â ñîîòâåòñòâèè ñ ãèïîòåçîé Êàíòà—Ëàïëàñà. Ñ.Àððåíèóñ äîïóñòèë è ïðÿìîå ñòîëêíîâåíèå Ñîëíöà ñî çâåçäîé (1913).  ðåçóëüòàòå ïîÿâèëîñü íåêîå âîëîêíî, ðàñïàâøååñÿ ïðè âðàùåíèè íà ÷àñòè — îñíîâó äëÿ ïëàíåò. Íî áëèçêîå ïðîõîæäåíèå çâåçä — ñòîëü ðåäêîå ÿâëåíèå, ÷òî ìîæåò ñëó÷èòüñÿ ðàç â 1017 ëåò. Äæ. Äæèíñ ïðåäïîëîæèë (1916), ÷òî êàêàÿ-òî çâåçäà ïðîøëà íåïîäàëåêó îò Ñîëíöà è âûçâàëà íåêèå «ïðèëèâíûå âûñòóïû», ïðèíÿâøèå ôîðìó ãàçîâûõ ñòðóé, èç êîòîðûõ è âîçíèêëè ïëàíåòû. Ïîýòîìó îðáèòû ïëàíåò áûëè ñíà÷àëà ñèëüíî âûòÿíóòûìè, íî èç-çà îãðîìíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïûëåâîé ñðåäû ìåæäó äâóìÿ çâåçäàìè ïîñòåïåííî ïðèáëèæàëèñü ê êðóãîâûì. Äæèíñ âûäåëèë áîëüøóþ ðîëü Ñîëíöà â ðàçâèòèè ïëàíåò è ïîäîøåë ê ðåøåíèþ ïðîáëåìû ïåðåòîêà âåùåñòâà â ñèñòåìå òåñíîé äâîéíîé çâåçäû êàê ÿâëåíèÿ íå ñëó÷àéíîãî.
Á.Ðàññåë ïîäñ÷èòàë (1935) ìîìåíò èìïóëüñà ïðèáëèçèâøåéñÿ ê Ñîëíöó çâåçäû — îí îêàçàëñÿ íà ïîðÿäîê ìåíüøå ñðåäíåãî ìîìåíòà èìïóëüñà ïëàíåò. Åìó ïðèøëîñü ïðåäïîëîæèòü, ÷òî Ñîëíöå â ïðîøëîì áûëî äâîéíîé çâåçäîé. Ñïóòíèê Ñîëíöà âðàùàëñÿ îò íåãî íà ðàññòîÿíèè îðáèòû Óðàíà èëè Íåïòóíà, êàêàÿ-òî âíåøíÿÿ çâåçäà ñòîëêíóëàñü ñ íèì, îòáðîñèëà åãî çà ïðåäåëû Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû è óäàëèëàñü ñàìà. Àíãëèéñêèé àñòðîíîì Ëèòëòîí âûñêàçàë èäåþ (1936) î ïðèíàäëåæíîñòè Ñîëíöà â ïðîøëîì ê òðîéíîé çâåçäíîé ñèñòåìå. Îí ðàññ÷èòàë, ÷òî ïðè äâèæåíèè äâóõ çâåçä â ðàçíîì íàïðàâëåíèè îáðàçóþùàÿñÿ ìåæäó íèìè ëåíòà âåùåñòâà ìîãëà áûòü çàõâà÷åíà Ñîëíöåì. Ñîâåòñêèé àñòðîíîì Í.Í.Ïàðèéñêèé, èññëåäóÿ ðàçíîîáðàçíûå âîçìîæíîñòè ýòîãî ïðîöåññà ïðè ðàçíûõ ñêîðîñòÿõ ñãóñòêà, âûðâàííîãî èç Ñîëíöà, ïîëó÷èë, ÷òî òîëüêî ïðè ñêîðîñòÿõ 400—500 êì/ñ âîçìîæíî ïîëó÷èòü ïîäõîäÿùèå îðáèòû äëÿ ïëàíåò.
370
 ãèïîòåçå øâåäñêîãî àñòðîôèçèêà Õ.Àëüôåíà (1942) ñäåëàíî ïðåäïîëîæåíèå î çàõâàòå Ñîëíöåì îáëàêà ìåæçâåçäíîãî ãàçà. Àòîìû ãàçà èîíèçîâàëèñü ïðè ïàäåíèè íà Ñîëíöå è ñòàëè äâèãàòüñÿ ïî îðáèòàì â åãî ìàãíèòíîì ïîëå, ïîñòóïàÿ â îïðåäåëåííûå ó÷àñòêè ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè. Ðàñ÷åò äàë îáëàñòè ðàñïîëîæåíèÿ òîëüêî âíåøíèõ ïëàíåò. Àêàäåìèê Î. Þ. Øìèäò, îäèí èç îðãàíèçàòîðîâ îñâîåíèÿ Ñåâåðíîãî ìîðñêîãî ïóòè, îòêàçàëñÿ îò èçîëèðîâàííîñòè Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Îí ñ÷èòàë, ÷òî åñëè «îáðàòèòüñÿ ê åå äâèæåíèþ â Ãàëàêòèêå, òî îòïàäåò çàòðóäíåíèå ñ ìîìåíòîì êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, òàê êàê Ñîëíöå ìîãëî çàõâàòèòü èç Ãàëàêòèêè ìàòåðèþ, îáëàäàþùóþ äîñòàòî÷íûì ìîìåíòîì».
Åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî íà Çåìëþ â ñóòêè ïàäàåò 1 ò ìåòåîðèòîâ, òî äëÿ «âûðàñòàíèÿ» åå òàêèì ïóòåì íóæíî îêîëî 7 ìëðä ëåò, à ïî ãåîëîãè÷åñêèì äàííûì âîçðàñò çåìíîé êîðû îöåíèâàåòñÿ â 3 ìëðä ëåò (êîðà ìîæåò áûòü ìîëîæå âíóòðåííèõ îáëàñòåé ïëàíåòû). Ïðè îáðàçîâàíèè ïëàíåò èç ìåòåîðèòîâ ñòàëî ïðåîáëàäàòü îäíî íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ïëàíåò, îðáèòû ñòàíîâèëèñü ïî÷òè êðóãîâûìè. Ðàñ÷åòû Øìèäòà äàëè âåðíûå ðàññòîÿíèÿ ïëàíåò îò Ñîëíöà è îïðåäåëèëè íàïðàâëåíèå îñåâîãî âðàùåíèÿ ïëàíåò; îíè ïîêàçàëè ïåðèîä âðàùåíèÿ Ñîëíöà â 20 ñóò (ñåé÷àñ 25 ñóò), ÷òî ñ÷èòàåòñÿ õîðîøèì ðåçóëüòàòîì. Ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî Øìèäò âåðíóëñÿ ê íåáóëÿðíîé ãèïîòåçå Êàíòà—Ëàïëàñà íà íîâîì óðîâíå íàóêè, çàìåíèâ ãàçîïûëåâîå îáëàêî ìåòåîðèòíûì ðîåì. Ñëèïàíèå ïûëèíîê ïðèâîäèëî ê íåêèì òâåðäûì ôðàãìåíòàì (ïëàíåòåçèìàëÿì), êîòîðûå äàëè íà÷àëî ïðîòîïëàíåòàì.
Àêàäåìèê Â.Ã.Ôåñåíêîâ, îäèí èç îñíîâîïîëîæíèêîâ àñòðîôèçèêè, ñ÷èòàë, ÷òî îáðàçîâàíèå ïëàíåò ñâÿçàíî ñ ïåðåõîäîì îò îäíîãî òèïà ÿäåðíûõ ðåàêöèé â ãëóáèíàõ Ñîëíöà ê äðóãîìó. Óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ òðåáîâàëè âûáðîñà ìàññû Ñîëíöà, è ýòîò âûáðîñ ñîîòâåòñòâîâàë ðàñ÷åòàì àíãëèéñêîãî àñòðîíîìà è ìàòåìàòèêà Äæ.Äàðâèíà (ñûíà ×.Äàðâèíà) è ðóññêîãî ó÷åíîãî ìàòåìàòèêà è ìåõàíèêà À. Ì.Ëÿïóíîâà. Îíè íåçàâèñèìî ðàññ÷èòàëè ôèãóðû ðàâíîâåñèÿ âðàùàþùåéñÿ æèäêîé íåñæèìàåìîé ìàññû. Ñîãëàñíî Î.Ñòðóâå, áûñòðî âðàùàþùèåñÿ çâåçäû ìîãóò âûáðàñûâàòü âåùåñòâî â ïëîñêîñòè ñâîèõ ýêâàòîðîâ.  ðåçóëüòàòå ýòîãî îáðàçóþòñÿ ãàçîâûå êîëüöà è îáîëî÷êè, à çâåçäà òåðÿåò ìàññó è ìîìåíò êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ. Ãèïîòåçà Ôåñåíêîâà ñâÿçàëà æèçíü â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå â åäèíîå öåëîå è èçáàâèëà êîñìîãîíèþ ïëàíåò îò âíåøíèõ ñëó÷àéíûõ ôàêòîðîâ.
Âûÿñíåíèå ïðèðîäû ïëàíåòàðíûõ òóìàííîñòåé, íà÷àòîå Ãåð-øåëåì, èìååò îñîáîå çíà÷åíèå â êîñìîãîíèè ïëàíåò. Ýòè òóìàííîñòè âîçíèêàþò èç îòäåëèâøèõñÿ íàðóæíûõ îáîëî÷åê êðàñíûõ ãèãàíòîâ, òîãäà êàê ÿäðà ýòèõ çâåçä äîñòàòî÷íî áûñòðî, ïî êîñìè÷åñêèì ìàñøòàáàì, ïðåâðàùàþòñÿ â áåëûå êàðëèêè. Ýòè ÷ðåçâû÷àéíî ïëîòíûå çâåçäû èçâåñòíû äàâíî, íî â ïîñëåäíèå 30 ëåò ñòàëî ÿñíî, êàê îíè «âûçðåâàþò» âíóòðè «íîðìàëüíûõ» çâåçä ïðè
371
èõ ýâîëþöèè. Çà ïîñëåäíèå ãîäû óäàëîñü îáíàðóæèòü çà ïðåäåëàìè íàøåé ñèñòåìû áîëåå 60 ïëàíåò; áëèæàéøàÿ ïëàíåòà îáíàðóæåíà â àâãóñòå 2000 ã. â ñèñòåìå çâåçäû ýïñèëîí Ýðèäàíà, è îíà èìååò ðàçìåðû, áëèçêèå ê ðàçìåðàì Þïèòåðà.
Ýâîëþöèþ ãàçîïûëåâîãî êîìïëåêñà ïî ðàçíûì ìîäåëÿì ïðè ðàçíûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ ðàññ÷èòûâàþò òåïåðü íà ÝÂÌ. Ïðè îïðåäåëåííûõ çíà÷åíèÿõ ìàññû, ïëîòíîñòè è òåìïåðàòóðû òàêîé ãàçîïûëåâîé êîìïëåêñ íà÷èíàåò ñæèìàòüñÿ; âîçíèêàþùèå íåîäíîðîäíîñòè ðàçðûâàþò åãî íà ôðàãìåíòû, èç êîòîðûõ ïðè ñæàòèè îáðàçóþòñÿ ïðîòîçâåçäû (äëÿ Ñîëíöà ýòî áûëî îêîëî 5 109 ëåã íàçàä). Ïîä äåéñòâèåì öåíòðîáåæíûõ ñèë â ýêâàòîðèàëüíîé îáëàñòè Ñîëíöà âîçíèêëè íåóñòîé÷èâûå íåñòàöèîíàðíûå ïîòîêè ãàçà è ïûëè, è ÷àñòü ýòîãî âåùåñòâà îòîðâàëàñü, óíåñÿ ñ ñîáîé èçáûòî÷íûé ìîìåíò êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ.  ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè Ñîëíöà îáðàçîâàëñÿ è ðîñ ãàçîïûëåâîé äèñê, ïîÿâèëèñü óñëîâèÿ äëÿ ðîæäåíèÿ ïëàíåò. Âî âðàùàþùåìñÿ è ñæèìàþùåìñÿ ôðàãìåíòå, ïîòåðÿâøåì ÷àñòü âåùåñòâà íà îáðàçîâàíèå äèñêà, ðîñëè òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå, ïðåïÿòñòâóþùèå äàëüíåéøåìó ñæàòèþ. Âî âíåøíèõ ñëîÿõ âîçíèêëè áóðíûå ïðîöåññû, âûçûâàþùèå îãðîìíûå òîêè â èîíèçîâàííîì ãàçå è ñèëüíûå ìàãíèòíûå ïîëÿ. Êîãäà òåìïåðàòóðà äîñòèãëà 106 Ê, íà÷àëèñü òåðìîÿäåðíûå ðåàêöèè, è íàøå Ñîëíöå «çàãîðåëîñü» (ïðîøëî 108 ëåò).
Ïðîòîïëàíåòíîå îáëàêî ê ýòîìó âðåìåíè ïðåäñòàâëÿëî ñîáîé êîëüöî, â êîòîðîì ïðè óïëîòíåíèè ïûëèíêè ñëèïàëèñü ìåæäó ñîáîé. Ñîëíöå íàãðåâàëî âíóòðåííþþ ÷àñòü ýòîãî êîëüöà, âûçûâàÿ èñïàðåíèå, âûãîíÿÿ ñîëíå÷íûì âåòðîì áîëåå ëåãêèå ýëåìåíòû â áîëåå äàëüíèå ÷àñòè êîëüöà, ãäå îíè «çàìåðçàëè» (Ò= 50 Ê). Òàê ïðîèñõîäèëî îáðàçîâàíèå äâóõ ãðóïï ïëàíåò (ðèñ. 10.1). Ïëàíåòû çåìíîé ãðóïïû îáðàçîâàëèñü ïî÷òè çà òå æå 100 ìëí ëåò.  çàâèñèìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ äî Ñîëíöà ðàçíûå ÷àñòè òóìàííîñòè îñòûâàëè ñ ðàçíîé ñêîðîñòüþ, ÷òî ïðèâåëî ê íåîäíîðîäíîñòè ïðîòåêàíèÿ õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, óñèëèâàþùåéñÿ äàâëåíèåì ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ è êîðïóñêóëÿðíûì èçëó÷åíèåì Ñîëíöà.  ðàçíûõ ÷àñòÿõ îáëàêà âîçíèêàëè íåîäíîðîäíîñòè, îòðàçèâøèåñÿ íà ñîñòàâå ïëàíåò. Êîñìîëîãè ß.Á.Çåëüäîâè÷ è È.Ä.Íîâèêîâ ðàññ÷èòàëè, ÷òî ñîõðàíåíèå íåêîòîðîé âÿçêîñòè (åå ðîëü ìîæåò èãðàòü ìàãíèòíîå ïîëå) ìîæåò îáåñïå÷èòü âîçìîæíîñòü óñâîåíèÿ òåðÿåìîãî çâåçäîé ìîìåíòà êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ. Èñòåêàþùåå âåùåñòâî, êîòîðîå ìîæåò êîëëàïñèðîâàòü ê ñâîåìó öåíòðó, ïðè ïîñëåäóþùèõ îõëàæäåíèè è êîíäåíñàöèè ìîæåò ñëóæèòü èñòî÷íèêîì ïðîòîïëàíåòíîãî ìàòåðèàëà. Èç íåäèôôåðåíöèðîâàííîãî âåùåñòâà âíåøíèõ ñëîåâ Ñâåðõíîâîé çâåçäû ìîãóò âîçíèêíóòü âíåøíèå ïëàíåòû (Þïèòåð, Ñàòóðí, Óðàí, Íåïòóí), â êîòîðûõ ñîõðàíèëèñü ãàçû ñ ïðåîáëàäàíèåì âîäîðîäà, à èç âíóòðåííèõ ñëîåâ — âíóòðåííèå ïëàíåòû (Ìåðêóðèé, Âåíåðà, Çåìëÿ, Ìàðñ).
Õèìè÷åñêàÿ ýâîëþöèÿ ïðîòåêàëà ïî-ðàçíîìó: ñíà÷àëà êîíäåíñèðîâàëèñü íàèáîëåå òóãîïëàâêèå ýëåìåíòû è èõ ñîåäèíåíèÿ, ïîòîì — ëåòó÷èå. Àêêóìóëÿöèÿ êîíäåíñàòîâ â ïëàíåòû è ìåòåîðèòíûå òåëà íà÷àëàñü åùå äî çàâåðøåíèÿ ïðîöåññîâ êîíäåíñàöèè. Àãëîìåðàöèÿ òâåðäûõ ÷àñòèö è æèäêèõ êàïåëü â ïëàíåòíûå òåëà ñâÿçàíà, âåðîÿòíî, ñ ïîÿâëåíèåì ïåðâûõ êîíäåíñàòîâ æåëåçà.
372
Ñãóùåíèå èõ âûñîêîòåìïåðàòóðíîé ÷àñòè ïðèâåëî ê îáðàçîâàíèþ ÿäåð ïëàíåò, îáîãàùåííûõ æåëåçîíèêåëåâûì ñïëàâîì. Âîêðóã íèõ îñåäàëè ìàãíåçèàëüíî-ñèëèêàòíûå ïîðîäû, îáðàçîâàâøèå ïåðâè÷íûå ìàíòèè. Ïîçäíèå êîíäåíñàòû — ãèäðàòèðîâàííûå ñèëèêàòû, îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà è ëåòó÷èå ñîåäèíåíèÿ.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàñïðîñòðàíåíà êîìåòíàÿ ãèïîòåçà ïðîèñõîæäåíèÿ ïëàíåò À. À. Ìàðêóøåâè÷à (1992).  ãàçîïûëåâîé òóìàííîñòè, èìåþùåé âèä äèñêîîáðàçíîãî âðàùàþùåãîñÿ îáëàêà è ñîñòîÿùåé èç ìåëêèõ ïûëåâèäíûõ æåëåçîñèëèêàòíûõ ÷àñòèö è ãàçîâ — âîäû è âîäîðîäà, ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû ãàçû íàìåðçàëè íà ïûëèíêè, óâåëè÷èâàÿ èõ ðàçìåð. Âîçíèêàë ñîñòàâ, ñâîéñòâåííûé ñîñòàâó êîìåò. ×àñòèöû ñòàëêèâàëèñü ìåæäó ñîáîé, áîëüøèå ïî îáúåìó êîíöåíòðèðîâàëèñü â öåíòðå òóìàííîñòè (íà ìåñòå ñîâðåìåííîãî Ñîëíöà), à ìåíüøèå îòòåñíÿëèñü íà ïåðèôåðèþ, äàâ íà÷àëî ïëàíåòàì. Øëî óêðóïíåíèå è ðàçðàñòàíèå îáðàçóþùèõñÿ òåë — àñòåðîèäîâ, êîìåò, ïëàíåò. Öåíòðàëüíàÿ ìàññà ïðè ñâîåé êîíöåíòðàöèè ñïîñîáñòâîâàëà âûäåëåíèþ òåïëîòû, è åå îêàçàëîñü äîñòàòî÷íî äëÿ ðàçâèòèÿ òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèé ãîðåíèÿ âîäîðîäà è ãåëèÿ. Ïðè îáðàçîâàíèè ïëàíåò ïðîèñõîäèëà àêêðåöèÿ (ñòÿæåíèå êîìåòíîé ìàññû), âûäåëÿëàñü òåïëîòà, êîòîðàÿ ðàçîãðåâàëà öåíòð ñãóñòêà äî ðàñïëàâëåííîãî ñîñòîÿíèÿ è ðàññëàèâàëà âîäîðîäíóþ îáîëî÷êó è æåëåçîñèëèêàòíîå ÿäðî. Ïîçæå
373
îíî ðàññëîèëîñü íà æåëåçîíèêåëåâîå ÿäðî è ñèëèêàòíóþ îáîëî÷êó, êîòîðàÿ íå ïîçâîëÿëà ðàññåèâàòüñÿ òåïëîòå â êîñìè÷åñêîå ïðîñòðàíñòâî. Òàê ïëàíåòà ïðèîáðåëà ïî÷òè ñôåðè÷åñêóþ ôîðìó.
Çà ñ÷åò êîíöåíòðàöèè â ÿäðå áîëåå òÿæåëûõ ìàññ ñêîðîñòü åå âðàùåíèÿ âîçðàñòàëà è ÷àñòü ðàñïëàâëåííîãî ìàòåðèàëà áûëà âûáðîøåíà öåíòðîáåæíûìè ñèëàìè çà ïðåäåëû ïëàíåòû. Âûáðîøåííîå âåùåñòâî ñôîðìèðîâàëîñü â àñòåðîèäû, ìåòåîðèòû è ñïóòíèê — Ëóíó. Îáîëî÷êà Çåìëè ïîñòåïåííî ìåíÿëàñü è èñ÷åçàëà â êîñìîñå çà ñ÷åò ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ, îáíàæèëñÿ æåëåçîñèëèêàòíûé ðàñïëàâëåííûé îñòîâ ïëàíåòû. Íà÷àëèñü ãåîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû ôîðìèðîâàíèÿ çåìíîé êîðû è îñòûâàíèÿ àòìîñôåðû.
Ïðîèñõîæäåíèå ðåãóëÿðíûõ ñïóòíèêîâ, âðàùàþùèõñÿ â íàïðàâëåíèè âðàùåíèÿ ïëàíåòû, àíàëîãè÷íî îáðàçîâàíèþ ïëàíåò. Ñïóòíèêè åñòü ïî÷òè ó âñåõ ïëàíåò. Åñëè æå ñïóòíèê âðàùàåòñÿ â äðóãóþ ñòîðîíó, òî åãî ïðîèñõîæäåíèå ñâÿçûâàþò ñ çàõâàòîì ãàçîïûëåâîãî îáëàêà. Ñ XVIII â. áîëåå ïðèñòàëüíûé èíòåðåñ âûçûâàëè êîìåòû è ñïóòíèê Çåìëè — Ëóíà.
Íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõ îò Ñîëíöà êîìåòû — ýòî ãëûáû òâåðäîãî âåùåñòâà (îáû÷íîãî ëüäà è ëüäà èç ìåòàíà è àììèàêà) ñ âìîðîæåííûìè â íèõ ÷àñòèöàìè ìåòåîðíîãî âåùåñòâà (ñèëèêàòû è ìåòàëëû). Ìàññà êîìåò íåâåëèêà, ñàìûå êðóïíûå ñîñòàâëÿþò 5-1013—6-1019 êã. Ïðè ïðèáëèæåíèè ê Ñîëíöó ëåä íà÷èíàåò èñïàðÿòüñÿ è âîêðóã ÿäðà êîìåòû îáðàçóåòñÿ îáîëî÷êà, êîòîðàÿ ïîä äåéñòâèåì ñâåòîâîãî äàâëåíèÿ è ñîëíå÷íîãî âåòðà îòòàëêèâàåòñÿ â ñòîðîíó îò Ñîëíöà, îáðàçóÿ õâîñò êîìåòû. Ýòîò õâîñò ìîæåò òÿíóòüñÿ íà ñîòíè ìèëëèîíîâ êèëîìåòðîâ. Ñåé÷àñ èçâåñòíî ïî÷òè 1000 êîìåò, íåêîòîðûå èç íèõ âîçâðàùàþòñÿ ê Ñîëíöó ïî íåñêîëüêó ðàç, à äðóãèå, ïîÿâèâøèñü ðàç, óõîäÿò â ìåæçâåçäíîå ïðîñòðàíñòâî. Èõ îðáèòû ñèëüíî èñêàæåíû ïðèòÿæåíèåì áîëüøèõ ïëàíåò, ïîýòîìó ïðåäïîëàãàþò, ÷òî áîëüøèå ïëàíåòû îêðóæåíû îáëàêîì èç 100 ìëðä êîìåò, êîòîðûå âðàùàþòñÿ âîêðóã Ñîëíöà ïî ýëëèïñàì ñ ïîëóîñÿìè îêîëî 150 000 à. å. Íåâîîðóæåííûì ãëàçîì óäàåòñÿ óâèäåòü îêîëî 6 — 7 êîìåò çà 100 ëåò, õîòÿ èõ áûâàåò 10—25 çà ãîä. Íàèìåíüøèé ïåðèîä îáðàùåíèÿ ó êîìåòû Ýíêå-Áàêëóíäà — 3,3 ãîäà. Åå îòêðûëè â 1786 ã. è ïîòîìó íàáëþäàëè óæå áîëåå 60 ðàç. Ïåðèîä êîìåòû Ãàëëåÿ 76,03 ãîäà, ïîñëåäíèé ðàç îíà ïðîøëà ïåðèãåëèé 9 ôåâðàëÿ 1986 ã., åå íàáëþäàëè â Ñåâåðíîì ïîëóøàðèè ñ ñåðåäèíû íîÿáðÿ 1985 ã. (ñì. ãë. 8). Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî â 9541 ã. äî í. ý. îíà ïðîøëà îò Çåìëè íà ðàññòîÿíèè, ðàâíîì ðàññòîÿíèþ îò Ëóíû äî Çåìëè.
Îòêðûòèå âñå íîâûõ êîìåò ïðîäîëæàåòñÿ.  ìàðòå 1993 ã. áûëà îòêðûòà óäèâèòåëüíàÿ ïåðèîäè÷åñêàÿ êîìåòà Øóìåéêåð-Ëåâè (ØË-9) — îíà èìåëà âèä öåïî÷êè-ãèðëÿíäû èç 21 âòîðè÷íîãî ÿäðà, ðàñïîëîæåííîãî âäîëü ïðÿìîé ëèíèè. Ýòà êîìåòà-ïîåçä èç 21 âàãîíà îáðàçîâàëàñü èç-çà ðàçâàëà îãðîìíîãî «ðîäèòåëüñêîãî» ëåäÿíîãî ÿäðà ïðè ñáëèæåíèè åãî ñ Þïèòåðîì â 1992 ã. äî ðàññòîÿíèÿ 40 òûñ. êì. ×åðåç ãîä ïîñëå îòêðûòèÿ,
374
â èþëå 1994 ã., ýòà êîìåòà ñòîëêíóëàñü ñ Þïèòåðîì (âûäåëèâ ýíåðãèþ â òðîòèëîâîì ýêâèâàëåíòå 1 ÌÒ) è çàêîí÷èëà ñâîå ñóùåñòâîâàíèå. ×òî-òî ïîäîáíîå (ìåíüøèõ ìàñøòàáîâ) ïðîèçîøëî íà Çåìëå 30 èþíÿ 1908 ã., êîãäà ñíåæíûé øàð äèàìåòðîì 120 ì, âòîðè÷íûé ôðàãìåíò ëåäÿíîãî ÿäðà êîìåòû Ýíêå, ñòîëêíóëñÿ ñ àòìîñôåðîé Çåìëè.  ðàéîíå Ïîäêàìåí-íîé Òóíãóñêè øàð âçîðâàëñÿ íà âûñîòå 8 —9 êì è ïîëó÷èë íàçâàíèå Òóíãóññêîãî ìåòåîðèòà (íî ìåòåîðèòà íå íàøëè, ïîýòîìó áîëåå âåðíîå íàçâàíèå — Òóíãóññêîå äèâî-êîìåòà). Ïðè ýòîì âûäåëèëàñü ýíåðãèÿ, ýêâèâàëåíòíàÿ 450 Õèðîñèìàì. Åñëè áû ýòî ïðîèçîøëî íà 4 ÷ ïîçæå, òî âçðûâ ïðîèçîøåë áû íàä Ñàíêò-Ïåòåðáóðãîì. À 65 ìëí ëåò íàçàä ñ Çåìëåé ñòîëêíóëîñü ëåäÿíîå ÿäðî äèàìåòðîì 10 êì, â ðåçóëüòàòå íà ïîëóîñòðîâå Þêàòàí îáðàçîâàëñÿ óäàðíî-âçðûâíîé êðàòåð. Ïîñêîëüêó êîìåòû íåñóò äî 30 % ïûëè, êîòîðàÿ ïðè âçðûâå ïîäíèìàåòñÿ ââåðõ è çàêðûâàåò Ñîëíöå, ÷åðåç 3 — 4 ìåñÿöà òåìïåðàòóðà íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè ñíèçèëàñü äî -50°Ñ. Àìåðèêàíñêèå ó÷åíûå Ë. è Â.Àëüâàðåñû ïîëàãàþò, ÷òî ñ ýòîé êàòàñòðîôîé ñâÿçàíà ãèáåëü äèíîçàâðîâ.
Èçó÷åíèå àñòåðîèäîâ íà÷àëîñü â XX â. Ïåðâûé àñòåðîèä — Öåðåðà — áûë îòêðûò èòàëüÿíñêèì àñòðîíîìîì Ëä. Ïèàööè 1 ÿíâàðÿ 1801 ã. Âñêîðå îí «ïîòåðÿë» ýòó ïëàíåòó, è îíà âíîâü áûëà îòêðûòà íåìåöêèì àñòðîíîìîì Ã. Îëüáåðñîì âìåñòå ñ äâóìÿ íîâûìè. Îëüáåðñ óñòàíîâèë, ÷òî èõ îðáèòû áîëåå âûòÿíóòû, ÷åì ó èçâåñòíûõ ïëàíåò, è ïåðåñåêàþòñÿ. Ïîýòîìó îí ïðåäïîëîæèë, ÷òî ýòî — ìàëûå òåëà, îñòàâøèåñÿ îò ðàñêîëà ïëàíåòû â ïðîøëîì (1804). Äèàìåòð Öåðåðû — 770 êì, Ïàëëàäû — 490, Âåñòû — 380, Þíîíû — 170 êì, à áîëüøèíñòâà äðóãèõ íå ïðåâûøàåò 10 êì. Ñåé÷àñ èçâåñòíî áîëåå 3000 ìàëûõ ïëàíåò, âðàùàþùèõñÿ âîêðóã Ñîëíöà â ñðåäíåì íà ðàññòîÿíèè 2,75 à. å. Ñòðóêòóðó ïîÿñà àñòåðîèäîâ îïðåäåëÿåò âîçìóùàþùåå âëèÿíèå ñîñåäíèõ ïëàíåò, â îñíîâíîì Þïèòåðà è Ìàðñà. Ýêñöåíòðèñèòåòû îðáèò ìàëûõ ïëàíåò äîñòèãàþò 0,83, òîãäà êàê ó áîëüøèõ — îêîëî 0,25. Äàëüøå âñåõ îò Ñîëíöà âðàùàåòñÿ Ãèäàëüãî (äî 5,72 à. å.), à áëèæå âñåõ — Èêàð (äî 28 ìëí êì). Îáùàÿ ìàññà ìàëûõ ïëàíåò ñîñòàâëÿåò 0,001 % ìàññû Çåìëè, îíè íå èìåþò ïðàâèëüíûõ ôîðì, î õèìè÷åñêîì ñîñòàâå ìîæíî ñóäèòü ïî âûïàäåíèþ ìåòåîðèòîâ èç ýòîãî ïîÿñà.
Àñòåðîèäû äèàìåòðîì áîëåå 1 êì è ñ îðáèòàìè, ïåðåñåêàþùèìè îðáèòó Çåìëè, ñîñòàâëÿþò 43 %, è îíè ìîãóò ñòîëêíóòüñÿ ñ íåé. Ïðè ýòîì ìîãóò âîçíèêíóòü îäèí ðàç â 100 òûñ. ëåò êðàòåðû äèàìåòðîì 10 êì.  èþëå 1968 ã. àñòåðîèä Èêàð äèàìåòðîì 1,5 êì ïðîøåë íà ðàññòîÿíèè 7 ìëí êì îò Çåìëè.  1998 ã. íåñêîëüêî àñòåðîèäîâ ïðîëåòàëè áëèçêî îò Çåìëè: íà ðàññòîÿíèè 15 ìëí êì 1 àïðåëÿ ïðîëåòåë àñòåðîèä FX-2, íà ðàññòîÿíèè 10 ìëí êì 12 àïðåëÿ ïðîëåòåë àñòåðîèä ÅÐ-4, à 8 ìàÿ íà ðàññòîÿíèè 4,8 ìëí êì íàõîäèëñÿ àñòåðîèä ÍÒ-31. 22 ÿíâàðÿ 1999 ã. àñòåðîèä AM-10 ïðîëåòåë îò Çåìëè íà ðàññòîÿíèè 12 ìëí êì, à 17 ÿíâàðÿ àñòåðîèä ÀÎ-10 íàõîäèëñÿ íà ðàññòîÿíèè âñåãî 3 ìëí êì. Àñòåðîèä VB5 7 ÿíâàðÿ 2002 ã. ïðîëåòåë íà ðàññòîÿíèè âñåãî 823 òûñ. êì, ýòî, âåðîÿòíî, ñàìûé îïàñíûé àñòåðîèä äëÿ Çåìëè. Íàä ïðîáëåìîé çàùèòû îò àñòåðîèäíîé îïàñíîñòè ðàáîòàþò ìíîãèå ó÷åíûå Åâðîïû, Ðîññèè, ÑØÀ è äðóãèõ
375
ñòðàí.  1996 ã. Ïàðëàìåíòñêàÿ Àññàìáëåÿ Ñîâåòà Åâðîïû ïðèíÿëà ðåçîëþöèþ 1080 «Îá îáíàðóæåíèè àñòåðîèäîâ è êîìåò, îïàñíûõ äëÿ ÷åëîâå÷åñòâà». Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå ïðîåêòû îðãàíèçàöèè çàùèòû Çåìëè. Ìíîãî ëîæíîé èíôîðìàöèè îá îòêðûòèè «îïàñíûõ» íåáåñíûõ òåë ñîîáùàþò ÑÌÈ, ïðîðèöàòåëè è Èíòåðíåò, íî òàêèå ïðîðî÷åñòâà íå ïîäòâåðæäàþòñÿ.
10.2. Ôîðìèðîâàíèå ìàëûõ òåë Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû,
Ëóíû è Çåìëè. Äâèæåíèÿ Çåìëè, ñòðîåíèå ãåîñôåð è èçó÷åíèå ïðîöåññîâ
Ê ìàëûì òåëàì Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû îòíîñÿò ñïóòíèêè, êîìåòû, àñòåðîèäû, ìåòåîðèòíîå âåùåñòâî è ò. ä. Ìåòåîðîì íàçûâàþò ñâåòîâîå ÿâëåíèå, âîçíèêàþùåå íà âûñîòàõ îò 130 äî 80 êì ïðè âòîðæåíèè â àòìîñôåðó ÷àñòèö — ìåòåîðíîãî òåëà èç êîñìîñà. Íåñêîëüêî ðàç â ãîä íàáëþäàþòñÿ öåëûå ìåòåîðíûå ïîòîêè, êîãäà çà 1 ÷ ðåãèñòðèðóåòñÿ íå 5 — 15 âñïûøåê, à äî 10 000. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî Çåìëÿ ïðîõîäèò ÷åðåç ðîé ìåòåîðíûõ ÷àñòèö, è ÷àñòî èñòî÷íèêîì ýòèõ ÷àñòèö ÿâëÿåòñÿ õâîñò êîìåòû.
Íåêîòîðûå èç íèõ ëþäè íàáëþäàëè íåâîîðóæåííûì ãëàçîì — «îãíåííûå øàðû» è «ïàäàþùèå çâåçäû», íàïðèìåð. Îãíåííûå øàðû ïîÿâëÿëèñü âíåçàïíî íà íî÷íîì íåáå è äâèãàëèñü ïî íåìó ñ áîëüøîé ñêîðîñòüþ, ðàçáðàñûâàÿ èñêðû è íåîæèäàííî âçðûâàÿñü ñ áîëüøèì ãðîõîòîì. Ñíà÷àëà ñ÷èòàëè, ÷òî îíè èìåþò çåìíîå ïðîèñõîæäåíèå, âåðîÿòíî, îòñþäà èñòîêè îáðàçîâ Áàáû-ßãè è Çìåÿ-Ãîðûíû÷à. Êîñìè÷åñêîå ïðîèñõîæäåíèå ýòèõ êðóïíûõ ìåòåîðèòîâ áûëî äîêàçàíî ëèøü â XX â. Çà ãîä íà Çåìëþ ïàäàåò è îñåäàåò íà íåé ïî÷òè 50 òûñ. ò êîñìè÷åñêîé ìàòåðèè.  îñíîâíîì ýòî íåáîëüøèå ïûëèíêè ðàçìåðîì îêîëî 1 ìì. Âõîäÿ â àòìîñôåðó ñ êîñìè÷åñêèìè ñêîðîñòÿìè (11 — 73 êì/ñ), îíè áûñòðî òåðÿþò ñâîþ ýíåðãèþ íà èîíèçàöèþ ìîëåêóë àòìîñôåðû, è ìû âèäèì ÿâëåíèå ìåòåîðà èëè «ïàäàþùåé çâåçäû». Íà âûñîòàõ îêîëî 80 êì è âûøå òàêàÿ ïûëèíêà áûñòðî èñïàðÿåòñÿ è ãàñíåò, îñòàâëÿÿ íà íåáå íà íåñêîëüêî ñåêóíä òîíêèé ñâåòÿùèéñÿ ñëåä. Êîãäà ìàññà ìåòåîðíîãî òåëà îêîëî 0,1 êã, åãî ýíåðãèÿ, çàòðà÷åííàÿ íà èîíèçàöèþ âîçäóõà, íàãðåâàíèå è èñïàðåíèå ìèíåðàëüíîãî âåùåñòâà, íàñòîëüêî çíà÷èòåëüíà, ÷òî ìîæíî çàìåòèòü äàæå åãî óãëîâûå ðàçìåðû.  ýòîì ñëó÷àå ìû íàáëþäàåì áîëèä, èëè ÿðêèé ìåòåîð, áëåñê êîòîðîãî ìîæåò ïðåâûøàòü áëåñê Âåíåðû (4,5 çâ. âåë.).
Èíîãäà ìåòåîðíîå òåëî ïðè äâèæåíèè â àòìîñôåðå íå óñïåâàåò èñïàðèòüñÿ è äîñòèãàåò ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Ýòîò îñòàòîê íàçûâàþò ìåòåîðèòîì. Çà ãîä íà Çåìëþ ïîïàäàåò îêîëî 2 000 ìåòåîðèòîâ, ÷òî çà 2 ìëðä ëåò äàåò ñëîé ïîâåðõíîñòè îêîëî 10 ñì. Àíàëèç ìåòåîðèòíîãî âåùåñòâà ïîêàçàë, ÷òî îíè áûâàþò êàìåííûå, æåëåçíûå è æåëåçîêàìåííûå.  íåêîòîðûõ êàìåííûõ åñòü êðóãëûå ñåðûå ÷àñòèöû (îò ãðå÷. õîíäðû — ïøåíè÷íîå çåðíî), â êîòîðûõ ñîäåðæàòñÿ ïî÷òè âñå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû â òîì æå ñîîòíîøåíèè,
376
êàê è íà Ñîëíöå. Îêðóæàþùåå õîíäðû âåùåñòâî, êàê è çåìíûå ïîðîäû, ñîñòîèò èç ñèëèêàòîâ è ìèíåðàëîâ. Æåëåçíûå ìåòåîðèòû ïî÷òè öåëèêîì ñîñòîÿò èç íèêåëèñòîãî æåëåçà. Òàêîé ñïëàâ ìîã îáðàçîâàòüñÿ ëèøü ïðè ïëàâëåíèè ïåðâè÷íîãî âåùåñòâà, îáðàçóþùåãî äîñòàòî÷íî ìàññèâíîå òåëî, ÷òîáû â íåì ïîä äåéñòâèåì ñèëû òÿæåñòè ìîãëî ïðîèçîéòè îòäåëåíèå ìåòàëëîâ îò ìàãìû. Âñå ïîïûòêè íà Çåìëå ñîçäàòü òàêîå âåùåñòâî íå óâåí÷àëèñü óñïåõîì. Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî òàêóþ ñòðóêòóðó ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè îõëàæäåíèè îò 600 äî 400 °Ñ ñî ñêîðîñòüþ 1 —10 °Ñ çà ìèëëèîí ëåò! Ïîýòîìó ôîðìèðîâàíèå òàêèõ ìåòåîðèòîâ äîëæíî ïðîèñõîäèòü â íåäðàõ îáúåêòà ðàäèóñîì 100—200 êì, îêðóæåííîãî êàìåíèñòûì ñëîåì. Õîíäðèòû òàêæå äîëæíû áûëè ðàçîãðåâàòüñÿ ñòîëü æå ìåäëåííî äî 600—1000 °Ñ íà ãëóáèíàõ 30 — 50 êì. Çíà÷èò, ìåòåîðèòû ðîäèëèñü èç àñòåðîèäîâ. Ñ÷èòàþò, ÷òî èñòî÷íèêîì òåïëîòû â ìåòåîðèòíîì âåùåñòâå áûëè áûñòðîòå÷íûå ðàäèîàêòèâíûå èçîòîïû, êîòîðûõ ñåé÷àñ ïî÷òè íåò. Íàïðèìåð, À1-26 èìååò ïåðèîä ïîëóðàñïàäà 720 000 ëåò, íî ïðîâåðèòü ýòî ïðåäïîëîæåíèå î÷åíü òðóäíî. Ðàäèîàêòèâíûé ìåòîä ïîêàçàë, ÷òî âîçðàñò ìåòåîðèòîâ äîñòèãàåò 4,5 ìëðä ëåò, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ äàííûìè î âîçðàñòå Çåìëè è Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû â öåëîì.
Ñëåäû ïàäåíèé êîìåò è àñòåðîèäîâ ñîõðàíèëèñü â âèäå êðàòåðîâ íà ïîâåðõíîñòÿõ Ëóíû, Ìåðêóðèÿ, Ìàðñà è ñïóòíèêîâ âñåõ ïëàíåò. Åñëè ìàññà òåëà îêîëî 1 êã, òî òîðìîæåíèå â àòìîñôåðå ïðèâåäåò åãî äî îñòàíîâêè óæå íà âûñîòå 10 — 20 êì è äàëüøå îíî ïðîäîëæèò ñâîáîäíîå ïàäåíèå äî ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Åñëè êîñìè÷åñêîå òåëî èìååò ìàññó 100 ò è ñêîðîñòü çà àòìîñôåðîé 30 êì/ñ, òî îíî äîñòèãíåò ïîâåðõíîñòè Çåìëè ñî ñêîðîñòüþ 20 êì/ñ, ïðè ìàññå 1000 ò — ñêîðîñòü ïðè óäàðå äîñòèãíåò 30 êì/ñ. Òàêèå ñòîëêíîâåíèÿ ìîãóò âûçâàòü êàòàñòðîôè÷åñêèé âçðûâ. Ïîâåðõíîñòü Çåìëè ïîêðûòà ìåòåîðèòíûìè êðàòåðàìè, çàìåòíû áîëåå 130 êðàòåðîâ óäàðíî-âçðûâíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ äèàìåòðàìè äî 400 êì. Ñ áîðòà êîñìè÷åñêîé ñòàíöèè îíè ïîõîæè íà êîëüöåâûå ñòðóêòóðû. Àðèçîíñ-êèé êðàòåð äèàìåòðîì 1,2 êì è ãëóáèíîé 174 ì îáðàçîâàëñÿ èç-çà ïàäåíèÿ 50 òûñ. ëåò íàçàä àñòåðîèäà ìàññîé 500 òûñ. ò, ïðè âçðûâå êîòîðîãî âûäåëèëàñü ýíåðãèÿ, ýêâèâàëåíòíàÿ âçðûâó 250 ìåãàòîííûõ âîäîðîäíûõ áîìá. Êðóïíåéøèé ìåòåîðèò íàõîäèòñÿ â ïóñòûíå Àäðàð (Çàïàäíàÿ Àôðèêà), åãî ìàññà îöåíèâàåòñÿ â 100000 ò. Ìàññà ìåòåîðèòà Ãîáà (Þãî-Çàïàäíàÿ Àôðèêà) — 60 ò, Ñèõîòý-Àëèíñêîãî ìåòåîðèòà, óïàâøåãî â 1949 ã. â Äàëüíåâîñòî÷íîé òàéòå, — 23 ò.
Ëóíà — åñòåñòâåííûé ñïóòíèê Çåìëè, ðàñïîëîæåííûé íà ðàññòîÿíèè 384 000 êì. Ýòî äîñòàòî÷íî áîëüøîé ñïóòíèê: åå äèàìåòð â 4 ðàçà, à ñèëà òÿæåñòè — â 6 ðàç ìåíüøå, ÷åì íà Çåìëå. Ïîýòîìó ñèñòåìó Çåìëÿ—Ëóíà ïîä÷àñ íàçûâàþò äâîéíîé ïëàíåòíîé ñèñòåìîé. È åñòåñòâåííî, ÷òî Ëóíà ñòàëà âàæíåéøèì îáúåêòîì êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé.
Ïðè èçó÷åíèè Ëóíû âåäóùàÿ ðîëü îòâîäèëàñü àâòîìàòè÷åñêèì àïïàðàòàì, ïîçâîëÿþùèì ïåðåäàâàòü öåííóþ èíôîðìàöèþ èç òðóäíîäîñòóï-
377
íûõ ðàéîíîâ íàèáîëåå ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíî. Ïåðâàÿ òàêàÿ íàøà ñòàíöèÿ «Ëóíà-1», ïðåîäîëåâøàÿ çåìíîå ïðèòÿæåíèå â ÿíâàðå 1959 ã., ïðîëåòåâ â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò åå ïîâåðõíîñòè (5 — 6 òûñ. êì), ñòàëà ïåðâîé èñêóññòâåííîé ïëàíåòîé Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Îíà çàðåãèñòðèðîâàëà ïðàêòè÷åñêîå îòñóòñòâèå ó Ëóíû ñîáñòâåííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ è íàëè÷èå ñîëíå÷íîãî âåòðà — ïîòîêîâ ïëàçìû â ìåæïëàíåòíîì ïðîñòðàíñòâå.  ñåíòÿáðå òîãî æå ãîäà «Ëóíà-2» äîñòèãëà ëóííîé ïîâåðõíîñòè â âîñòî÷íîé ÷àñòè Ìîðÿ Äîæäåé â ðàéîíå êðàòåðîâ Àðõèìåä è Àâòîëèê. Òàê âïåðâûå ïðîèçîøåë íåïîñðåäñòâåííûé êîíòàêò ñ èíûì íåáåñíûì òåëîì. Óæå ÷åðåç ìåñÿö «Ëóíà-3» ñôîòîãðàôèðîâàëà îáðàòíóþ ñòîðîíó Ëóíû, íåäîñòóïíóþ ðàíåå, è îêàçàëîñü, ÷òî íà íåé ìàëî ìîðåé è áîëüøå êîëüöåâûõ îáðàçîâàíèé. Ãëîáàëüíûé îáçîð åå ïîâåðõíîñòè çàâåðøèëà ñòàíöèÿ «Çîíä-3» â èþëå 1965 ã., ïîñëå ÷åãî áûëè ñîñòàâëåíû êàðòà è ãëîáóñ Ëóíû. Ñòàíöèè «Ëóíà-4» — «Ëóíà-9» èññëåäîâàëè îêîëîëóííîå êîñìè÷åñêîå ïðîñòðàíñòâî, à «Ëóíà-9», ñîâåðøèâøàÿ ìÿãêóþ ïîñàäêó â ðàéîíå Îêåàíà Áóðü, íå ïðîâàëèëàñü â ãðóíò (ðàíåå ñ÷èòàëè, ÷òî Ëóíà ïîêðûòà òîëñòûì ñëîåì ïûëè). Îíà ïåðåäàëà íà Çåìëþ ïàíîðàìó ëóííîé ïîâåðõíîñòè. Ïîñëåäóþùèå ñòàíöèè «Ëóíà-10», «Ëóíà-11», «Ëóíà-12» èññëåäîâàëè ðàäèàöèîííûå ïîëÿ, îíè ðàáîòàëè êàê ñïóòíèêè Ëóíû è ïåðåäàâàëè ñíèìêè ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè ñ íåáîëüøèõ ðàññòîÿíèé. Ñòàíöèÿ «Ëóíà-13», «ïðèëóíèâøàÿñÿ» â ðàéîíå Îêåàíà Áóðü â 1966 ã., ïðîâåëà ðÿä ýêñïåðèìåíòîâ — áûëè èçìåðåíû ïëîòíîñòü ëóííîãî ãðóíòà è åãî ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà. Ëóííûé ãðóíò òåìíî-ñåðîãî öâåòà, îí ëåãêî ñëèïàëñÿ â êîìêè, êàê âëàæíûé ïåñîê, íî îòëè÷àëñÿ îò çåìíûõ ãðóíòîâ ÷ðåçâû÷àéíî íèçêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ.  íåì áûëè îáíàðóæåíû ïðîçðà÷íûå è ìóòíîâàòûå øàðèêè, â çàâèñèìîñòè îò óãëà ïàäåíèÿ ñâåòà îí ïðèîáðåòàë ðàçëè÷íûå îòòåíêè öâåòà.
Ýòè èññëåäîâàíèÿ ïîçâîëèëè ÑÑÑÐ ïðèñòóïèòü ê ïðîåêòèðîâàíèþ ñòàíöèé íîâîãî òèïà, ïîçâîëÿþùèõ âåðíóòüñÿ ñ Ëóíû íà Çåìëþ (ñòàíöèè «Çîíä-5», «Çîíä-6»). Çàòåì «Ëóíà-15» îòðàáàòûâàëà òðàññó ïîëåòà è ïîñàäêó â çàäàííûé ðàéîí, à «Ëóíà-16» — äîñòàâêó íà Çåìëþ ëóííîãî ãðóíòà. È òàêèå îáðàçöû ãðóíòà ñ íàøåãî ñïóòíèêà èç ñåâåðî-âîñòî÷íîé ÷àñòè Ìîðÿ Èçîáèëèÿ àâòîìàòè÷åñêè (áåç íåïîñðåäñòâåííîãî ó÷àñòèÿ ÷åëîâåêà) áûëè äîñòàâëåíû â çåìíóþ ëàáîðàòîðèþ îñåíüþ 1970 ã.  íèõ ñîäåðæàëîñü îêîëî 70 õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ è èçîòîïîâ, ïî êîòîðûì óñòàíîâèëè âîçðàñò ïîðîä è èõ ïðîèñõîæäåíèå. Òîãäà æå ñòàíöèÿ «Ëóíà-17» äîñòàâèëà íà Ëóíó «Ëóíîõîä-1», êîòîðûé ïåðåìåùàëñÿ ïî ïîâåðõíîñòè Ëóíû â òå÷åíèå ïî÷òè 10 ìåñÿöåâ, îáñëåäîâàâ ðàéîí Ìîðÿ Äîæäåé è ïåðåäàâ íà Çåìëþ áîëåå 200 ïàíîðàì ïîâåðõíîñòè. Áûëè ïðîâåäåíû àíàëèçû ëóííîãî ãðóíòà è õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ïîðîä. Çàòåì çàðàáîòàë è «Ëóíîõîä-2», êîòîðûé èçó÷àë çîíû ìàòåðèê—ìîðå. Ñòàíöèÿ «Ëóíà-24» îòîáðàëà îáðàçöû ãðóíòà ñ ãëóáèí äî 2 ì è äîñòàâèëà èõ íà Çåìëþ. Òàê áûëî ïîëó÷åíî è äîñòàâëåíî â çåìíóþ ëàáîðàòîðèþ 420 êã îáðàçöîâ ãðóíòà èç 9 ðàéîíîâ Ëóíû, îïðåäåëåí õèìè÷åñêèé è ìèíåðàëîãè÷åñêèé ñîñòàâ, óñòàíîâëåíî âíóòðåííåå ñòðîåíèå ñïóòíèêà íàøåé ïëàíåòû. À â 1969 ã. íà Ëóíó ñòóïèëà íîãà ÷åëîâåêà — àìåðèêàíñêîãî àñòðîíàâòà Íåéëà Àðìñòðîíãà, âûøåäøåãî èç ïîñàäî÷íîãî ìîäóëÿ êîñìè÷åñêîãî êîðàáëÿ «Àïîëëîí-11».
Èññëåäîâàíèå îáðàçöîâ ëóííîãî ãðóíòà ïîêàçàëî, ÷òî â ïåðèîä ôîðìèðîâàíèÿ Ëóíà áûëà ðàçîãðåòà äî òåìïåðàòóðû 1000 Ê. Âèäè-
378
ìî, ýòî ñâÿçàíî ñ ïàäåíèåì íà íåå îãðîìíîãî ÷èñëà ìåòåîðèòîâ, ÷òî îòðàçèëîñü íà åå ïîâåðõíîñòè. Íà íåñêîëüêî ìåòðîâ âãëóáü îáðàçîâàëñÿ îñîáûé ñëîé — ëóííûé ðåãîëèò, êîòîðûé ñîñòàâëåí èç ñïåêøèõñÿ ïîðîä (áîëüøåé ÷àñòüþ áàçàëüòîâûõ). Ðåãîëèò — õîðîøèé òåïëîèçîëÿòîð, íå ïîçâîëÿþùèé ïðîíèêíóòü ðåçêèì êîëåáàíèÿì òåìïåðàòóð ãëóáæå íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ñàíòèìåòðîâ (èç-çà îòñóòñòâèÿ àòìîñôåðû êîëåáàíèÿ òåìïåðàòóðû íà ïîâåðõíîñòè ñîñòàâëÿþò îò +130 äî -170 °Ñ). Àíàëèç ñòðóêòóðû êðèñòàëëè÷åñêèõ ïîðîä ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî îíè êîãäà-òî áûëè ïîëíîñòüþ ðàñïëàâëåíû, à ïîòîì áûñòðî îõëàäèëèñü. Ïðèñóòñòâèå áàçàëüòîâ ñâèäåòåëüñòâóåò îá àêòèâíîé âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè, êîòîðàÿ ïî÷òè ïðåêðàòèëàñü îêîëî 3 • 109 ëåò íàçàä. Âîçðàñò ïîðîä íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ (3,23—4,65) 109 ëåò, ò. å. Ëóíà îáðàçîâàëàñü ïî÷òè îäíîâðåìåííî ñ Çåìëåé.  íåêîòîðîì ñìûñëå Ãàëèëåé îêàçàëñÿ ïðîâèäöåì, êîãäà íàçâàë îáøèðíûå òåìíûå òåððèòîðèè íà Ëóíå ìîðÿìè: êîãäà-òî ëàâà âûòåêàëà ÷åðåç îòâåðñòèÿ â êîðå, çàòàïëèâàÿ ýòè ó÷àñòêè. Èñòå÷åíèå ëàâû äëèëîñü ïî÷òè 109 ëåò, î ÷åì èçâåñòíî èç èññëåäîâàíèÿ ëóííûõ ïîðîä. Ñòðàííî, ÷òî åå ìàòåðèàë ñîäåðæèò ïîâûøåííîå êîëè÷åñòâî òóãîïëàâêèõ ëèòî-ôèëüíûõ ýëåìåíòîâ è î÷åíü ìàëîå ÷èñëî ëåòó÷èõ. Íåäàâíî óñòàíîâëåíà âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ ëüäà â ãëóáèííûõ ÷àñòÿõ êðàòåðîâ, õîòÿ ó Ëóíû íåò íè âîäû, íè àòìîñôåðû.  îòäåëüíûõ ìåñòàõ ëóííîé ïîâåðõíîñòè çàôèêñèðîâàíî íåáîëüøîå èñòå÷åíèå âóëêàíè÷åñêèõ ãàçîâ.
Ïðîèñõîæäåíèå Ëóíû — ïðåäìåò ðÿäà ãèïîòåç. Îäíà èç íèõ îñíîâàíà íà òåîðèÿõ Äæèíñà è Ëÿïóíîâà — Çåìëÿ âðàùàëàñü î÷åíü áûñòðî è ñáðîñèëà ÷àñòü ñâîåãî âåùåñòâà, äðóãàÿ — íà çàõâàòå Çåìëåé ïðîëåòàâøåãî íåáåñíîãî òåëà. Íàèáîëåå ïðàâäîïîäîáíà ãèïîòåçà ñòîëêíîâåíèÿ Çåìëè ñ ïëàíåòîé, ìàññà êîòîðîé ñîîòâåòñòâóåò ìàññå Ìàðñà, ïðîèñøåäøåãî ïîä áîëüøèì, «ñêîëüçÿùèì» óãëîì, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî îáðàçîâàëîñü îãðîìíîå êîëüöî èç îáëîìêîâ (æåëåçíîå ÿäðî Çåìëè ïðè ýòîì íå ïîñòðàäàëî), ÷òî è ñîñòàâèëî îñíîâó äëÿ Ëóíû (æåëåçà íà Ëóíå î÷åíü ìàëî). Ïîõîæå, ÷òî îíà îáðàçîâàëàñü âáëèçè Ñîëíöà çà ñ÷åò ñàìûõ ðàííèõ äîìå-òàëëè÷åñêèõ êîíäåíñàòîâ ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ñòðàííûìè îêàçàëèñü àíîìàëèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, êîòîðûå ñèëüíî ìåíÿëèñü îò òî÷êè ê òî÷êå. Ïðè èçó÷åíèè åãî ñî ñïóòíèêîâ áûëî ïîëó÷åíî çíà÷åíèå, êîòîðîå ìåíüøå çåìíîãî â 1000 ðàç.
Çåìëÿ — íàèáîëåå êðóïíûé è íàèáîëåå ñëîæíûé äèíàìè÷åñêèé îáúåêò èç âñåõ âíóòðåííèõ ïëàíåò. Íà Çåìëå åùå ïðîäîëæàþò èäòè ïðîöåññû ôîðìèðîâàíèÿ ãåîñôåð, îñîáåííî êîðû, ïðîèñõîäèò äâèæåíèå ëèòîñôåðíûõ ïëèò, ìåíÿåòñÿ ïîëîæåíèå êîíòèíåíòîâ. Ðàññòîÿíèå Çåìëè îò Ñîëíöà îêàçàëîñü îïòèìàëüíûì äëÿ ðàçâèòèÿ áèîñôåðû â îòëè÷èå îò äðóãèõ ïëàíåò. Èçìåíåíèå ýòîãî ðàññòîÿíèÿ íà 20 % îò ñóùåñòâóþùåãî ñäåëàëî áû íåâîçìîæíûì ñòàáèëüíîå ñóùåñòâîâàíèå áèîñôåðû (èëè ñàìî ïîÿâëåíèå æèçíè), à
379
ïðè ìàññå, ìåíüøåé íà 25 %, íàøà ïëàíåòà íå ñìîãëà áû óäåðæàòü ñòîëü îáøèðíóþ àòìîñôåðó.
Ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ïëàíåòû Çåìëÿ, êàê è ëþáîé èç ïëàíåò, èìåë ñâîè îñîáåííîñòè. Çåìëÿ çàðîäèëàñü îêîëî 5 • 109 ëåò íàçàä íà ðàññòîÿíèè 1 à. å. îò Ñîëíöà. Êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ Ëóíû, ïðèìåðíî 4,6—3,9 ìëðä ëåò íàçàä ïðîèñõîäèëà åå èíòåíñèâíàÿ áîìáàðäèðîâêà ìåæïëàíåòíûìè îáëîìêàìè è ìåòåîðèòàìè. Âåðîÿòíî, îíè áîìáàðäèðîâàëè è Çåìëþ, à ïðè ïàäåíèè íà Çåìëþ èõ âåùåñòâî íàãðåâàëîñü è äðîáèëîñü. Ýòî óêàçûâàåò íà ñóùåñòâîâàíèå îñîáîé íåóñòîé÷èâîñòè â òî âðåìÿ â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå. Ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î çíà÷åíèè ðåçîíàíñîâ â ñèñòåìå (ñì. 3.10) äåëàþò ïðàâäîïîäîáíûì ïðåäïîëîæåíèå î òîì, ÷òî èìåííî â òî âðåìÿ ïðîäîëæàëñÿ ïðîöåññ ñèíõðîíèçàöèè äâèæåíèÿ ïëàíåò, óòî÷íÿâøèé ñèñòåìó ðåçîíàíñîâ è ñîâðåìåííóþ ñîãëàñîâàííîñòü äèíàìèêè âñåé ñèñòåìû.  ýòîò æå ïåðèîä ñèñòåìà íàèáîëåå ÷óâñòâèòåëüíà ê âíåøíèì (ãàëàêòè÷åñêèì) âîçäåéñòâèÿì (îñîáåííî â ñèñòåìå Çåìëÿ — Ëóíà — Ñîëíöå ìîãëè âîçðàñòàòü ïðèëèâíûå ñèëû). Ïåðâè÷íîå âåùåñòâî ñæèìàëîñü ïîä äåéñòâèåì òÿãîòåíèÿ, ïðèíèìàëî ôîðìó øàðà, íåäðà êîòîðîãî ðàçîãðåâàëèñü. Ïðîèñõîäèëè ïðîöåññû ïåðåìåøèâàíèÿ, øëè õèìè÷åñêèå ðåàêöèè, áîëåå ëåãêèå ñèëèêàòíûå ïîðîäû âûäàâëèâàëèñü èç ãëóáèíû íà ïîâåðõíîñòü è îáðàçîâûâàëè çåìíóþ êîðó, òÿæåëûå — îñòàâàëèñü âíóòðè. Ðàçîãðåâ ñîïðîâîæäàëñÿ áóðíîé âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòüþ, ïàðû è ãàçû âûðûâàëèñü íàðóæó. Ó ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû ñíà÷àëà íå áûëî àòìîñôåð, êàê íà Ìåðêóðèè è Ëóíå. Èíîé áûëà è ñâåòèìîñòü Ñîëíöà, à îòñóòñòâèå àòìîñôåðû è ãèäðîñôåðû (à, çíà÷èò, è îáëàêîâ, çàêðûâàþùèõ ñåé÷àñ äî 0,5 ïîâåðõíîñòè) ñêàçûâàëîñü íà îòðàæàòåëüíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ. Àêòèâèçàöèÿ ïðîöåññîâ íà Ñîëíöå âûçûâàëà óâåëè÷åíèå âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè, ðîæäàëèñü èç ìàãìû ãèäðîñôåðà è àòìîñôåðà, ïîÿâèëèñü îáëàêà, âîäÿíûå ïàðû êîíäåíñèðîâàëèñü â îêåàíàõ.
Îáðàçîâàíèå îêåàíîâ íå ïðåêðàùàåòñÿ íà Çåìëå äî ñèõ ïîð, õîòÿ ýòî óæå íå èíòåíñèâíûé ïðîöåññ. Îáíîâëÿåòñÿ çåìíàÿ êîðà (è íå òîëüêî ñèëàìè åñòåñòâåííîãî ïðîèñõîæäåíèÿ!), âóëêàíû âûáðàñûâàþò â àòìîñôåðó îãðîìíûå êîëè÷åñòâà óãëåêèñëîòû è âîäÿíûõ ïàðîâ. Ïåðâè÷íàÿ àòìîñôåðà Çåìëè ñîñòîÿëà â îñíîâíîì èç ÑO2. Ðåçêîå èçìåíåíèå ñîñòàâà àòìîñôåðû ïðîèçîøëî ïðèìåðíî 2 ìëðä ëåò íàçàä, åãî ñâÿçûâàþò ñ ñîçäàíèåì ãèäðîñôåðû è çàðîæäåíèåì æèçíè. Ðàñòåíèÿ êàìåííîóãîëüíîãî ïåðèîäà ïîãëîòèëè áîëüøóþ ÷àñòü ÑO2 è íàñûòèëè àòìîñôåðó O2. Ïîñëåäíèå 200 ìëí ëåò ñîñòàâ çåìíîé àòìîñôåðû ïðàêòè÷åñêè îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Äîêàçàòåëüñòâîì ýòîãî ñëóæàò çàëåæè êàìåííîãî óãëÿ è ìîùíûå ïëàñòû îòëîæåíèé êàðáîíàòîâ â îñàäî÷íûõ ïîðîäàõ. Îíè ñîäåðæàò áîëüøîå êîëè÷åñòâî óãëåðîäà, ðàíåå âõîäèâøåãî â ñîñòàâ àòìîñôåðû â âèäå ÑO2 è ÑÎ.  îáðàçöàõ, îáðàçîâàâøèõñÿ 3,5
380
ìëðä ëåò íàçàä, ñîäåðæèòñÿ ïðèìåðíî 60 % Ñ02, à îñòàâøèåñÿ 40% — ýòî ñîåäèíåíèÿ ñåðû, àììèàê, õëîðèñòûé è ñåðíèñòûé âîäîðîä. Ñîâñåì íè÷òîæíî ñîäåðæàíèå àçîòà è èíåðòíûõ ãàçîâ. Ñâîáîäíîãî êèñëîðîäà òîãäà íå áûëî — îáíàðóæåíû ëåãêîîêèñëÿå-ìûå âåùåñòâà â íå îêèñëåííîì ñîñòîÿíèè. Ïîä äåéñòâèåì ñîëíå÷íîãî ñâåòà èç âîäÿíîãî ïàðà îñâîáîæäàëîñü íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî êèñëîðîäà, íî îí îêèñëÿë â àòìîñôåðå àììèàê, ñåðîâîäîðîä, ìåòàí. Âûäåëÿëñÿ àçîò, ïîñòåïåííî íàêàïëèâàþùèéñÿ â àòìîñôåðå; îêîëî 600 ìëí ëåò íàçàä äîëÿ êèñëîðîäà äîñòèãëà 1 %, òîãäà ïîÿâèëèñü è ïðèìèòèâíûå îäíîêëåòî÷íûå îðãàíèçìû. Çà 200 ìëí ëåò ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà áûñòðî óâåëè÷èâàëîñü, ýòîìó ñïîñîáñòâîâàëè çåëåíûå ðàñòåíèÿ. Ïî ñëîâàì Âåðíàäñêîãî, «íàøà ïëàíåòà äâà ìèëëèàðäà ëåò ðàíüøå èëè ïîçæå — ýòî õèìè÷åñêè ðàçíûå òåëà».
Çåìëÿ ó÷àñòâóåò â äâóõ äâèæåíèÿõ: âðàùàåòñÿ âîêðóã ñâîåé îñè è îáðàùàåòñÿ âîêðóã Ñîëíöà ïî ýëëèïòè÷åñêîé îðáèòå. Áîëüøàÿ ïîëóîñü îðáèòû, ðàâíàÿ 149,6 • 106 êì, ïðèíÿòà çà àñòðîíîìè÷åñêóþ åäèíèöó ðàññòîÿíèÿ (1 à. å.). Ðàññòîÿíèå â ïåðèãåëèè (3 ÿíâàðÿ) áîëüøå ýòîãî ðàññòîÿíèÿ íà 2,5 • 106 êì, à â àôåëèè (3 èþëÿ) — ìåíüøå íà 2,5 • 106 êì. Âðàùåíèå Çåìëè âîêðóã ñâîåé îñè ïðèâîäèò ê ñìåíå äíÿ è íî÷è. Îñüþ íàçâàíà âîîáðàæàåìàÿ ëèíèÿ, ïðîõîäÿùàÿ ÷åðåç öåíòð Çåìëè è îäíó íåïîäâèæíóþ íà íåáîñâîäå çâåçäó, íàçûâàåìóþ Ïîëÿðíîé. Îñü Çåìëè ïåðïåíäèêóëÿðíà ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè. Ýêâàòîð äåëèò Çåìëþ íà Ñåâåðíîå è Þæíîå ïîëóøàðèÿ. Òî÷êè ïåðåñå÷åíèÿ îñè Çåìëè ñ ïîâåðõíîñòüþ íàçûâàþòñÿ ïîëþñàìè. Ïëîñêîñòü çåìíîãî ýêâàòîðà íàêëîíåíà ê ïëîñêîñòè îðáèòû Çåìëè âîêðóã Ñîëíöà íà 23,5° è ïåðåìåùàåòñÿ ïàðàëëåëüíî ñàìîé ñåáå, ïîýòîìó â îäíèõ ó÷àñòêàõ îðáèòû çåìíîé øàð íàêëîíåí ê Ñîëíöó Ñåâåðíûì ïîëóøàðèåì, à â äðóãèõ — Þæíûì (ñì. ðèñ. 2.2). Èç-çà ýòîãî íàêëîíà ïðîèñõîäèò ñìåíà âðåìåí ãîäà è ñóùåñòâóþò êëèìàòè÷åñêèå ïîÿñà.
 äíè ðàâíîäåíñòâèé (21 ìàðòà è 23 ñåíòÿáðÿ) îáà ïîëþñà Çåìëè îñâåùåíû îäèíàêîâî, Ñîëíöå òàì âèäíî ëèøü íà ãîðèçîíòå. Ïîñëå 21 ìàðòà — äíÿ âåñåííåãî ðàâíîäåíñòâèÿ, ïðèíÿòîãî çà íà÷àëî àñòðîíîìè÷åñêîãî ãîäà, îáëàñòü îêîëî Ñåâåðíîãî ïîëþñà áîëåå îáðàùåíà ê Ñîëíöó, äåíü óâåëè÷èâàåòñÿ è óñòàíàâëèâàåòñÿ ïîëÿðíûé äåíü — Ñîëíöå íå çàõîäèò çà ãîðèçîíò.  Ñåâåðíîì ïîëóøàðèè — âåñíà.  ýòî âðåìÿ ó Þæíîãî ïîëþñà — ïîëÿðíàÿ íî÷ü, â ïîëóøàðèè — îñåíü. Ãðàíèöû ïîëÿðíûõ äíÿ è íî÷è îïðåäåëåíû ïîëÿðíûìè êðóãàìè íà 66,5° ñîîòâåòñòâåííî ñåâåðíîé è þæíîé øèðîòû.  ýòî âðåìÿ Ñîëíöå â ïîëäåíü äîñòèãàåò ñâîåãî ñàìîãî âûñîêîãî â Ñåâåðíîì ïîëóøàðèè (íèçêîãî — â Þæíîì) ïîëîæåíèÿ íàä ãîðèçîíòîì, è íà÷èíàåòñÿ ëåòî (ñàìûé äëèííûé äåíü â Ñåâåðíîì ïîëóøàðèè) è çèìà (ñàìûé êîðîòêèé äåíü — â Þæíîì) — 21 èþíÿ.  ýòîò äåíü ëåòíåãî ñîëíöåñòîÿíèÿ Ñîëíöå íàõîäèòñÿ â çåíèòå íà òàê íàçûâàåìîì òðîïèêå Ðàêà (23,5° ñåâåðíîé øèðîòû). Äàëåå âñå ïðîèñõîäèò â îáðàòíîì ïîðÿäêå. Êîãäà ïîñëå äíÿ îñåííåãî ðàâíîäåíñòâèÿ â Ñåâåðíîì ïîëóøàðèè íàñòóïèò îñåíü, äåíü ñòàíåò ìåíüøå íî÷è, áóäåò óáûâàòü äî ñàìîãî êîðîòêîãî äíÿ — 22 äåêàáðÿ (çèìíåå ñîëíöåñòîÿíèå), â Þæíîì ïîëóøàðèè ïîñëå âåñíû íàñòóïèò ëåòî, à â ýòîò äåíü — ñàìûé äëèííûé — îíî áóäåò â çåíèòå íà òðîïèêå Êîçåðîãà (23,5° þæíîé øèðî-
381
òû). Ïîÿñ ìåæäó òðîïèêàìè Ðàêà è Êîçåðîãà íàçûâàþò òðîïè÷åñêèì (æàðêèì).  ýòîì ïîÿñå Ñîëíöå äâàæäû â ãîä ïðîõîäèò ÷åðåç çåíèò, à íà ñàìèõ òðîïèêàõ — òîëüêî ðàç â ãîäó. Óìåðåííûå ïîÿñà ëåæàò ìåæäó ïîëÿðíûìè êðóãàìè è òðîïèêàìè. Òàì íå áûâàåò ïîëÿðíûõ äíåé è íî÷åé, íî è Ñîëíöå íèêîãäà íå áûâàåò â çåíèòå.
Ñóòî÷íîå âðàùåíèå Çåìëè ïðîèñõîäèò ïî÷òè ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ, îïðåäåëÿåìîé ïåðèîäîì 23 ÷ 56 ìèí 4,1 ñ, ÷òî ðàâíî îäíèì çâåçäíûì ñóòêàì. Ðàäè óäîáñòâà æèçíè ïîâåðõíîñòü ðàçäåëèëè íà 24 ÷àñîâûõ ïîÿñà ïî ìåðèäèàíàì (15° ïî äîëãîòå). Ñðåäíåå ñîëíå÷íîå âðåìÿ â ÷àñîâîì ïîÿñå íàçâàíî ïîÿñíûì, â êàæäîì ñîñåäíåì ÷àñîâîì ïîÿñå îíî îòëè÷àåòñÿ íà 1 ÷. Çà íà÷àëî âûáðàí ìåðèäèàí Ãðèíâè÷ñêîé îáñåðâàòîðèè îêîëî Ëîíäîíà, îòñ÷åò âåäåòñÿ ñ çàïàäà íà âîñòîê. Ëèíèÿ ïåðåìåíû äàò — 12-é ÷àñîâîé ïîÿñ (ñì. ãë. 2). Óäëèíåíèå ñóòîê âûçûâàåò âîçíèêàþùàÿ èç-çà ïðèëèâíûõ ñèë ñèëà òðåíèÿ, çàìåäëÿþùàÿ âðàùåíèå Çåìëè âîêðóã îñè. Íà ýòî âïåðâûå óêàçàë Êàíò (1754) è äàæå ïîïûòàëñÿ îöåíèòü. Óäëèíåíèå ñóòîê ñîñòàâëÿåò 0,002 ñ çà 100 ëåò, åãî ìîæíî îáíàðóæèòü ïî ðóáöàì íà òåëå íåêîòîðûõ êîðàëëîâ. Ïðèðîñò ìåíÿåòñÿ â òå÷åíèå ãîäà, êàæäîìó ãîäó ñîîòâåòñòâóåò ñâîÿ ïîëîñêà, êàê êîëüöàì íà ñðåçå äåðåâà. Èçó÷àÿ êîðàëëû, âîçðàñò êîòîðûõ 4 • 108 ëåò, ãåîëîãè îáíàðóæèëè, ÷òî òîãäà ãîä ñîñòîÿë èç 400 ñóòîê, êàæäûå ñóòêè — èç 22 ÷. Ïî îêàìåíåëîñòÿì áîëåå äðåâíèõ ôîðì áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî 2 • 109 ëåò íàçàä ñóòêè ñîñòàâëÿëè âñåãî 10 ÷.
Ôîðìà Çåìëè áëèçêà ê øàðîîáðàçíîé, íî ïðè äåòàëüíîì èññëåäîâàíèè îêàçûâàåòñÿ áîëåå ñëîæíîé, äàæå åñëè åå îáðèñîâàòü ïîâåðõíîñòüþ îêåàíà è ìûñëåííî ïðîäîëæàòü ýòó ïîâåðõíîñòü ïîä êîíòèíåíòàìè. Íåðîâíîñòè ïîâåðõíîñòè ïîääåðæèâàþòñÿ íåðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì ìàññû âíóòðè çåìíîãî òåëà. Ýòó ôîðìó íàçâàëè ãåîèäîì.
Ãåîèä — ýòî ïî÷òè ýëëèïñîèä âðàùåíèÿ; åãî ïîëÿðíûé ðàäèóñ ìåíüøå ýêâàòîðèàëüíîãî íà 21,4 êì èç-çà âëèÿíèÿ öåíòðîáåæíîé ñèëû, âîçíèêàþùåé â ðåçóëüòàòå âðàùåíèÿ Çåìëè âîêðóã ñâîåé îñè. Çåìëÿ íà 70 % ïîêðûòà âîäîé, 98 % âîäíîé îáîëî÷êè — ýòî Ìèðîâîé îêåàí, è òîëüêî 30 % åå ïîâåðõíîñòè ñîñòàâëÿåò ñóøà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ôîðìà Çåìëè óòî÷íÿåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïóòíèêîâ. Âåëè÷èíà ñæàòèÿ 1/298,2. Èçâåñòíî, ÷òî ðåëüåô ïîâåðõíîñòè î÷åíü íåðîâíûé: íàèáîëüøóþ âûñîòó ïîâåðõíîñòè èìååò ãîðà Ýâåðåñò â Ãèìàëàÿõ, à íàèáîëüøàÿ ãëóáèíà ïîä óðîâíåì îêåàíà — 11,022 êì (Ìàðèàíñêèé æåëîá â Òèõîì îêåàíå). Ïåðåïàä — 20 êì.  ñåðåäèíå XIX â. ïî ðåçóëüòàòàì ãðàäóñíûõ èçìåðåíèé áûë ïîëó÷åí ðÿä çíà÷åíèé ðàçìåðîâ çåìíîãî ýëëèïñîèäà.  1873 ã. íåìåöêèé ó÷åíûé È.Ëèñòèíã ââåë ïîíÿòèå î ãåîèäå è íàìåòèë ïóòè åãî èçó÷åíèÿ, à â 1888 ã. ðóññêèé ó÷åíûé Ô. À. Ñëóäñêèé âíåñ ýòè óòî÷íåíèÿ â òåîðèþ ôèãóðû Çåìëè. Íûíå ãåîäåçèÿ ïîëó÷èëà ïðî÷íóþ òåîðåòè÷åñêóþ áàçó. Ðàçâèâàåòñÿ è íàóêà î ðåëüåôå çåìíîé ïîâåðõíîñòè — ãåîìîðôîëîãèÿ.
Ãåîñôåðû — êîíöåíòðè÷åñêèå îáîëî÷êè Çåìëè, ïî êîòîðûì ðàññìàòðèâàòü ñòðîåíèå íàøåé ïëàíåòû ïðåäëîæèë àâñòðèéñêèé ãåî-
382
ëîã Ý. Çþññ, äàâøèé â ñâîåì òðåõòîìíîì òðóäå «Ëèê Çåìëè» èñòîðèþ çåìíîé êîðû íà îñíîâå ñâîåé ãèïîòåçû, îáúÿñíÿâøåé òåêòîíè÷åñêèå ïðîöåññû è îáðàçîâàíèå ñêëàä÷àòîñòè îõëàæäåíèåì è ñæàòèåì ïëàíåòû. Íåêîòîðûé ñîáðàííûé èì ìàòåðèàë åùå íå ïîòåðÿë öåííîñòè.
Çåìëÿ îêðóæåíà îáøèðíîé àòìîñôåðîé, äàâëåíèå ó ïîâåðõíîñòè ðàâíî 0,1 ÌÏà.
Çåìíàÿ àòìîñôåðà î÷åíü èçìåíèëàñü çà ñâîþ èñòîðèþ. Âåðõíÿÿ åå ãðàíèöà ëåæèò íà âûñîòå áîëåå 2000 êì. Ãðàíèöà ýòà íå÷åòêàÿ, òàê êàê ãàçû ïîñòåïåííî ðàññåèâàþòñÿ â êîñìè÷åñêîå ïðîñòðàíñòâî. Ïîñêîëüêó ñ âûñîòîé àòìîñôåðà ñòàíîâèòñÿ âñå áîëåå ðàçðåæåííîé, îñíîâíàÿ åå ìàññà ñîñðåäîòî÷åíà â äîâîëüíî óçêîì ñëîå: 50 % ìàññû íàõîäèòñÿ ìåæäó óðîâíåì ìîðÿ è âûñîòîé 5 — 6 êì, 90 % — íà âûñîòå äî 16 êì, 99 % — íà âûñîòå äî 30 êì. Òàê ÷òî ñ âûñîòîé íàä ïîâåðõíîñòüþ Çåìëè íå òîëüêî óìåíüøàþòñÿ ïëîòíîñòü, äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà âîçäóõà, íî ìåíÿþòñÿ ýëåêòðè÷åñêîå ñîñòîÿíèå è ñîñòàâ. Ïîýòîìó â íåé âûäåëÿþò íåñêîëüêî ñôåð. Òðîïîñôåðà — íèæíèé ñëîé àòìîñôåðû, ïðîñòèðàåòñÿ â âûñîòó íà 8—12 êì, à â òðîïèêàõ — íà 16—18 êì. Îíà ñîäåðæèò ïî÷òè âåñü âîäÿíîé ïàð, ïîýòîìó â íåé âîçíèêàþò îáëàêà, âûïàäàþò îñàäêè, íàáëþäàþòñÿ ãðîçû. Ïðèìåðíî ÷åðåç êàæäûé êèëîìåòð ïðîèñõîäèò ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû íà 1 °Ñ. Ýòî ñâÿçàíî ñ ïðîçðà÷íîñòüþ âîçäóõà äëÿ ñîëíå÷íûõ ëó÷åé, ïîýòîìó íàãðåâ èäåò òîëüêî îò çåìíîé ïîâåðõíîñòè. Âåðõíÿÿ ãðàíèöà ñëåäóþùåé îáëàñòè — ñòðàòîñôåðû — ðàñïîëàãàåòñÿ íà âûñîòå 50 — 55 êì.  íåé òåìïåðàòóðà ðàñòåò ñ âûñîòîé, õîòÿ åå çíà÷åíèå îñòàåòñÿ íèæå íóëÿ ïî Öåëüñèþ; â íåé íàõîäèòñÿ îçîíîâûé ñëîé è ïî÷òè íåò âîäÿíîãî ïàðà. Ýòè îáëàñòè ðàçäåëåíû òîíêèì ñëîåì â íåñêîëüêî ñîò ìåòðîâ — òðîïîïàóçîé. Ìåçîñôåðà ðàñïîëîæåíà âûøå è äîñòèãàåò âûñîòû 80 êì. Òåìïåðàòóðà â íåé ñ âûñîòîé âíîâü ïàäàåò äî -80 °Ñ; îáðàçóþòñÿ òîíêèå ñåðåáðèñòûå îáëàêà. Èîíîñôåðà (òåðìîñôåðà) ðàñïîëîæåíà âûøå è äîñòèãàåò âûñîòû 800 êì. Ãäå-òî íà âûñîòå îêîëî 100 êì òåìïåðàòóðà ïîäíèìàåòñÿ äî 0 °Ñ, íà âûñîòå 150 — 200 êì äîñòèãàåò 500 °Ñ è ðàñòåò äàëåå. Äàííûå, ïîëó÷åííûå ñî ñïóòíèêîâ, ïîêàçàëè, ÷òî òåìïåðàòóðà ìîæåò êîëåáàòüñÿ â ïðåäåëàõ 100 °Ñ. Çäåñü ãàçû íàõîäÿòñÿ â èîíèçîâàííîì ñîñòîÿíèè èç-çà äåéñòâèÿ óëüòðàôèîëåòîâîãî è êîðïóñêóëÿðíîãî èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà. Èîíèçîâàííûé ãàç ñòàíîâèòñÿ ýëåêòðîïðîâîäíûì, ïîýòîìó êîðïóñêóëÿðíîå èçëó÷åíèå Ñîëíöà ïîä âëèÿíèåì ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè îòêëîíÿåòñÿ â ñòîðîíó âûñîêèõ øèðîò, ãäå íàáëþäàåòñÿ ñâå÷åíèå — ïîëÿðíûå ñèÿíèÿ. Èîíîñôåðà âëèÿåò íà ðàñïðîñòðàíåíèå ðàäèîâîëí, èñïûòûâàþùèõ îòðàæåíèå îò èîíèçîâàííûõ ñëîåâ. Ñàìàÿ âåðõíÿÿ ÷àñòü àòìîñôåðû — ýêçîñôåðà — ñèëüíî ðàçðåæåííàÿ, íî äîñòàòî÷íî ãîðÿ÷àÿ.
Òâåðäóþ îáîëî÷êó Çåìëè íàçûâàþò ëèòîñôåðîé. Âåðõíÿÿ ÷àñòü ëèòîñôåðû — ýòî çåìíàÿ êîðà, äîñòèãàþùàÿ òîëùèíû 35—65 êì
383
íà êîíòèíåíòàõ è 6 — 8 êì — ïîä äíîì îêåàíîâ. Ïîä êîðîé ðàñïîëîæåíà ìàíòèÿ, ãðàíèöåé ìåæäó ýòèìè ñëîÿìè ñëóæèò òàê íàçûâàåìûé ñëîé Ìîõîðîâè÷è÷à.  ýòîì ñëîå ñêà÷êîîáðàçíî âîçðàñòàåò ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñåéñìè÷åñêèõ âîëí. Íà ãëóáèíå 120 — 150 êì ïîä êîíòèíåíòîì è 60 — 400 êì ïîä îêåàíîì çàëåãàåò ñëîé ìàíòèè — àñòåíîñôåðà. Ýòî — îáëàñòü ñ î÷åíü íèçêîé âÿçêîñòüþ. Çåìíàÿ êîðà ðàñòðåñêàëàñü íà ÷àñòè, è ëèòîñôåðíûå ïëèòû, ïëàâàÿ â àñòåíîñôåðå, ìåäëåííî ïåðåìåùàþòñÿ îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà. Íèæå àñòåíîñôåðû, ïðèìåðíî ñ ãëóáèíû 410 êì, äàâëåíèå íà ìèíåðàëû ñòàíîâèòñÿ î÷åíü âåëèêî, ïëîòíîñòü ñèëüíî óâåëè÷èâàåòñÿ. Ñåéñìîðàçâåäêà ïîêàçûâàåò, ÷òî íà ãëóáèíå 2920 êì ïëîòíîñòü ñòàíîâèòñÿ 10080 êã/ì3, òîãäà êàê äî íåå áûëà 5560 êã/ì3. Íà÷èíàåòñÿ îáëàñòü âíåøíåãî çåìíîãî ÿäðà, âíóòðè êîòîðîãî íàõîäèòñÿ âíóòðåííåå ÿäðî ðàäèóñîì 1250 êì. Âíåøíåå ÿäðî — æèäêîå, òàê êàê ÷åðåç íåãî íå ïðîõîäÿò ïîïåðå÷íûå âîëíû. Êñòàòè, ñ íàëè÷èåì æèäêîãî ÿäðà ñâÿçûâàþò ñóùåñòâîâàíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè. Ïðèíÿòî ñ÷èòàòü, ÷òî âíóòðåííåå ÿäðî òâåðäîå. Âîçìîæíî, ÷òî òåìïåðàòóðà â öåíòðå äîñòèãàåò 105 Ê, à ó íèæíåé ãðàíèöû ìàíòèè — íå âûøå 5000 Ê.
Àêàäåìèê Ô.Ó. Ýïèíóñ, èçâåñòíûé ñâîèìè ðàáîòàìè ïî òåîðèè ýëåêòðè÷åñòâà è ìàãíåòèçìà, èññëåäîâàë âîçìîæíîñòü ñòîëêíîâåíèÿ êîìåòû ñ Çåìëåé, à òàêæå ðàñïðåäåëåíèå òåïëîâûõ ïîòîêîâ ïî çåìíîìó øàðó (1761). Îí âïåðâûå ñâÿçàë òåïëîâûå ôàêòîðû ñ ðàñïðåäåëåíèåì ñóøè è îêåàíîâ, óòâåðæäàÿ, ÷òî îêåàíû â òå÷åíèå ëåòà íàêàïëèâàþò òåïëîòó, âîçâðàùàÿ åå àòìîñôåðå çèìîé, â îòëè÷èå îò ñóøè, êîòîðàÿ áûñòðî íàãðåâàåòñÿ è îñòûâàåò. Íà îñíîâå ñâîèõ èññëåäîâàíèé îí ïðåäïîëîæèë, ÷òî äîëæåí ñóùåñòâîâàòü øåñòîé, þæíûé ìàòåðèê. Àíòàðêòèäà áûëà, äåéñòâèòåëüíî, îòêðûòà ÷åðåç 60 ëåò ýêñïåäèöèåé Ì. Ï.Ëàçàðåâà è Ô. Ô. Áåëëèíñãàóçåíà. Ýïèíóñ, âûäåëÿÿ ðîëü âóëêàíîâ â ïðîöåññå îáðàçîâàíèÿ ãîð, çàèíòåðåñîâàëñÿ ïðè÷èíàìè îáðàçîâàíèÿ íà Ëóíå êîëüöåâûõ ãîð. Òàêèõ ãîð íà Çåìëå íå áûëî, è ýòî ïðèâîäèëî ó÷åíûõ â çàìåøàòåëüñòâî. Ýïèíóñ ñðàâíèë èõ ñ âóëêàíàìè è ñäåëàë âûâîä îá àêòèâíîé âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè íà Ëóíå â ïðîøëîì (1781). Êîëüöåâàÿ ôîðìà ãîð ñîõðàíèëàñü èç-çà îòñóòñòâèÿ àòìîñôåðû. Òàê Ýïèíóñ ïåðâûì çàÿâèë î òîì, ÷òî íà Çåìëå è Ëóíå ïðîèñõîäÿò îäèíàêîâûå ãåîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû.
Êàê âèäíî èç ïðèâåäåííûõ ôàêòîâ, íàðÿäó ñ ãåîëîãèåé — íàóêîé î ñòðîåíèè, ñîñòàâå è ýâîëþöèè çåìíîé êîðû — ñôîðìèðîâàëàñü ãåîôèçèêà, íàóêà î ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ Çåìëè è î ïðîèñõîäÿùèõ â íåé ïðîöåññàõ. Êðîìå òîãî, â íåé èññëåäóþò è âîçäóøíóþ, è âîäíóþ îáîëî÷êè. Âûäåëèëîñü åùå ðÿä äèñöèïëèí. Áóðíî ðàçâèâàëàñü ñòðàòèãðàôèÿ — íàóêà î ïðîñòðàíñòâåííîì âçàèìîîòíîøåíèè è âîçðàñòå ãîðíûõ ïîðîä è ñîîòâåòñòâåííî ãåîëîãè÷åñêèõ ýïîõàõ. Íàóêè î âåùåñòâå çåìíîé êîðû — êðèñòàëëîãðàôèÿ è ìèíåðàëîãèÿ — ñòàíîâèëèñü âñå áîëåå òî÷íûìè.
Ïîä âëèÿíèåì ýâîëþöèîííîãî ó÷åíèÿ Äàðâèíà íà ñìåíó èäåÿì, îáúÿñíÿâøèì èçìåíåíèÿ â îáëèêå ïëàíåòû è íàñåëÿâøèõ åå
384
æèâîòíûõ è ðàñòåíèé âñÿêîãî ðîäà êàòàñòðîôàìè, ñòàëè âûäâèãàòüñÿ ãèïîòåçû, ðàññìàòðèâàþùèå ãåîëîãè÷åñêèå ÿâëåíèÿ â èõ ðàçâèòèè è âçàèìîñâÿçè. Ê 1880 ã. Â.Î.Êîâàëåâñêèé çàëîæèë îñíîâû ýâîëþöèîííîé ïàëåîíòîëîãèè. Èçó÷àÿ èñêîïàåìûõ æèâîòíûõ, îí óñòàíîâèë ñâÿçü ýâîëþöèè îðãàíèçìîâ ñ èçìåíåíèÿìè ñðåäû.  ýòîì æå íàïðàâëåíèè ðàáîòàëè Ñ. Í. Íèêèòèí, À. Ï. Êàðïèíñêèé, À. Ï. Ïàâëîâ. Èäåé äàðâèíèçìà â ãåîëîãèè ïðèäåðæèâàëèñü àíãëèéñêèé ó÷åíûé Ò.Õàêñëè, àâñòðèåö Ý.Çþññ è áåëüãèéñêèé ïàëåîíòîëîã Ë.Äîëëî. Ýâîëþöèîííàÿ ïàëåîíòîëîãèÿ îêàçàëà áîëüøîå âëèÿíèå íà ðàçâèòèå åñòåñòâîçíàíèÿ.
10.3. Ðàñïðîñòðàíåííîñòü è êðóãîâîðîòû õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ íà Çåìëå
Íàáëþäåíèÿ íåáåñíûõ òåë âåäóòñÿ óæå íåñêîëüêî òûñÿ÷ ëåò. Íî òîëüêî ñî÷åòàíèå òåëåñêîïîâ ñ ìåòîäàìè ñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà, ôîòîãðàôèè è ìåòîäîâ ðåãèñòðàöèè èçëó÷åíèé â ðàçíûõ îáëàñòÿõ ñïåêòðà ïîçâîëèëè ïîëó÷èòü ñâåäåíèÿ î ñòðîåíèè è õèìè÷åñêîì ñîñòàâå êîñìè÷åñêèõ òåë. Èñòîðèÿ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, â òå÷åíèå êîòîðîé ñëîæèëèñü îïðåäåëåííûå ïðîïîðöèè êîëè÷åñòâåííûõ ñîîòíîøåíèé àòîìîâ, îïðåäåëèëà ðàçâèòèå ïëàíåò Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû è íàøåé Çåìëè. Ïî ñâîåìó ñîñòàâó (ïî ïëîòíîñòè ïî÷òè âäâîå) âíóòðåííèå ïëàíåòû ñèëüíî îòëè÷àþòñÿ îò âíåøíèõ. Îñíîâíûìè èñòî÷íèêàìè ñâåäåíèé î ðàñïðîñòðàíåííîñòè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ñëóæàò äàííûå î ñîñòàâå Ñîëíöà, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà, è ðåçóëüòàòû ëàáîðàòîðíûõ õèìè÷åñêèõ àíàëèçîâ ìàòåðèàëà çåìíîé êîðû, ìåòåîðèòîâ, ïîðîä ïîâåðõíîñòè Ëóíû è ïëàíåò. Ñâîéñòâà õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, êàê èçâåñòíî, óïîðÿäî÷åíû â Ïåðèîäè÷åñêóþ òàáëèöó ýëåìåíòîâ, è ìåñòî ýëåìåíòà â òàáëèöå Ìåíäåëååâà îïðåäåëÿåòñÿ çàðÿäîì åãî ÿäðà. Èçâåñòíûå ýëåìåíòû õàðàêòåðèçóþòñÿ íàáîðîì èçîòîïîâ — àòîìîâ è òåì æå çàðÿäîì ÿäðà, íî ñ ðàçíûìè ìàññàìè. Ìàññà èçîòîïà îïðåäåëÿåòñÿ ñóììîé ÷èñëà ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ â ÿäðå è íàçûâàåòñÿ ìàññîâûì ÷èñëîì. Âåùåñòâî Çåìëè è ïëàíåò ñîñòîèò èç 300 èçîòîïîâ, èç êîòîðûõ 273 ñòàáèëüíû. Åùå Â.È.Âåðíàäñêèé ïîä÷åðêèâàë, ÷òî â êîñìè÷åñêèõ òåëàõ «ðàñïðåäåëåíèå àòîìîâ çàâèñèò îò ñòðîåíèÿ èõ àòîìîâ».
Ðàñïðîñòðàíåííîñòü ýëåìåíòîâ ñ ðîñòîì ïîðÿäêîâîãî íîìåðà óáûâàåò íåðàâíîìåðíî, ïðè÷åì ýëåìåíòû ñ ÷åòíûì ïîðÿäêîâûì íîìåðîì áîëåå ðàñïðîñòðàíåíû, ÷åì ñ íå÷åòíûì (â ãåîëîãèè ýòîìó ñîîòâåòñòâóåò ïðàâèëî Ãàðêèíñà—Îääî), îñîáåííî ýëåìåíòû ñ ìàññîâûì ÷èñëîì, êðàòíûì 4, íàïðèìåð Íå, Ñ, Î, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca. Íà äîëþ òàêèõ èçîòîïîâ â çåìíîé êîðå ïðèõîäèòñÿ 86,81 % ìàññû çåìíîé êîðû. Ñîäåðæàíèå ýëåìåíòîâ ñ ÷åòíûìè ïîðÿäêîâûìè íîìåðàìè ñîñòàâëÿåò 60 % îò ÷èñëà âñåõ
385
Ðèñ. 10.2. Îòíîñèòåëüíàÿ ðàñïðîñòðàíåííîñòü õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå â çàâèñèìîñòè îò ïîðÿäêîâîãî íîìåðà
ñòàáèëüíûõ èçîòîïîâ (ðèñ. 10.2). Îñîáåííî ðåçêî ýòà çàêîíîìåðíîñòü ïðîÿâëÿåòñÿ â ãðóïïå ðåäêîçåìåëüíûõ ýëåìåíòîâ. Ýòè ýëåìåíòû, èìåÿ îäèíàêîâîå ñòðîåíèå íàðóæíûõ ýëåêòðîííûõ îáîëî÷åê, îáëàäàþò òàêæå áëèçêèìè õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Ðÿä ìàêñèìóìîâ ñîîòâåòñòâóåò ýëåìåíòàì ñ ÿäðàìè, ó êîòîðûõ ÷èñëî ïðîòîíîâ èëè íåéòðîíîâ ðàâíî 2, 8, 20, 50, 82, 126. Ýòèì «ìàãè÷åñêèì» ÷èñëàì ñîîòâåòñòâóþò çàïîëíåííûå ÿäåðíûå îáîëî÷êè, õàðàêòåðèçóþùèå óñòîé÷èâûå ÿäðà.
Èçîòîïû æåëåçà îáëàäàþò îòíîñèòåëüíî áîëüøîé ýíåðãèåé ñâÿçè íà íóêëîí, è îíè ýíåðãåòè÷åñêè óñòîé÷èâû. Îäèí èç ñàìûõ óñòîé÷èâûõ èçîòîïîâ æåëåçà — Fe-56 — íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåí â êîñìè÷åñêèõ òåëàõ. Àêàäåìèê À. Å. Ôåðñìàí îòìåòèë (1935), ÷òî â çåìíîé êîðå æåëåçî çàíèìàåò ÷åòâåðòîå ìåñòî ïî ìàññå è âîñüìîå — ïî ÷èñëó àòîìîâ, à â ìåòåîðèòàõ — âòîðîå ìåñòî ïî ìàññå è ÷åòâåðòîå — ïî ÷èñëó àòîìîâ. Êàê îòìåòèëè êîñìîõèìèêè Ã. Þðè è Ý. Çþññ, ðàñïðîñòðàíåííîñòü ýëåìåíòîâ è èõ èçîòîïîâ îïðåäåëÿåòñÿ ÿäåðíûìè ñâîéñòâàìè è ÷òî îêðóæàþùåå íàñ âåùåñòâî ïîõîæå íà çîëó êîñìè÷åñêîãî ÿäåðíîãî ïîæàðà, â êîòîðîì îíî áûëî ñîçäàíî.
Áîëüøèíñòâî ãàçîâ (èëè ëåòó÷åé ÷àñòè ñîëíå÷íîãî âåùåñòâà) ñîñòàâëÿþò Í, Íå, ÑÍ4, ÑÎ, Î, N, NH3, CO2 è âñå èíåðòíûå ãàçû. Îñíîâíàÿ ÷àñòü âíóòðåííèõ ïëàíåò è ìåòåîðèòîâ ñîñòîèò èç
386
íåëåòó÷èõ ýëåìåíòîâ ñîëíå÷íîãî âåùåñòâà — Si, Fe, Vg, Ca, Al, Ni, Na. Ñðàâíèâàÿ èõ, ñîâåòñêèé ãåîõèìèê À. Ï. Âèíîãðàäîâ ïîêàçàë (1962), ÷òî ýòè ïîðîäîîáðàçóþùèå ýëåìåíòû ïëàíåò è ìåòåîðèòîâ âûáðîøåíû Ñîëíöåì, à íå çàõâà÷åíû èç äðóãèõ îáëàñòåé Ãàëàêòèêè. Íåêîòîðûå ðàçëè÷èÿ â ñîñòàâå ïëàíåò ñâÿçàíû ñ âòîðè÷íûìè ïðîöåññàìè è ñ òåì, ÷òî ýëåìåíòû âõîäÿò â ðàçíûå ñîåäèíåíèÿ, íàõîäÿñü â ðàçíûõ àãðåãàòíûõ ñîñòîÿíèÿõ. Îñîáåííî áëèçîê ñîñòàâ íåëåòó÷åé ÷àñòè ýëåìåíòîâ Ñîëíöà è êàìåííûõ ìåòåîðèòîâ — õîíäðèòîâ. Ëåòó÷àÿ ÷àñòü ñîëíå÷íîãî âåùåñòâà, ñóùåñòâóþùàÿ â âèäå ãàçîâ ïðè Ò > 0 °Ñ, ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ çàòâåðäåâàåò, à àòîìû ãàçîâ âñòóïàþò â ñîåäèíåíèÿ. Èíåðòíûå ãàçû â ñîåäèíåíèÿ íå âñòóïàþò, îñòàâàÿñü ãàçàìè è ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Çåìëÿ è ìåòåîðèòû ñîõðàíèëè ëåòó÷èå ýëåìåíòû â òîé ñòåïåíè, â êàêîé îíè ïðîÿâëÿëè ñâîþ àêòèâíîñòü, è èíåðòíûå ãàçû â íèõ ðåäêè. Èçîòîïíûé ñîñòàâ ýëåìåíòîâ Ñ, Î, Si, Cl, Fe, Ni, Co, Ba, Ê, Ñè îäèíàêîâ íà Çåìëå è â ìåòåîðèòàõ. Îòíîñèòåëüíî Ñîëíöà òàêèõ øèðîêèõ èññëåäîâàíèé íå ïðîâåäåíî, íî ñîîòíîøåíèå èçîòîïîâ 12Ñ/13Ñ òàêîå æå, êàê è íà Çåìëå, è ðàâíî 0,011. Èññëåäîâàíèÿ èíåðòíûõ ãàçîâ ïîêàçàëè èäåíòè÷íîñòü èçîòîïíîãî ñîñòàâà â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå, òîãäà êàê íà äðóãèõ çâåçäàõ îí äðóãîé. Ïî ñâèäåòåëüñòâó ñîâåòñêîãî àñòðîíîìà Ã.À.Øàéíà, äëÿ íåêîòîðûõ óãëåðîäíûõ çâåçä îí ìåíÿåòñÿ îò 1 äî 50, à äëÿ ìåæçâåçäíîãî ãàçà — 0,2. Ýòè ðàçëè÷èÿ âàæíû äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðîèñõîæäåíèÿ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, èõ ñèíòåçà â çâåçäàõ è ïîñëåäóþùåé ýâîëþöèè.
Èòàê, âñå òåëà Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû ïîñòðîåíû èç íåáîëüøîãî ÷èñëà ýëåìåíòîâ (ñ 28-ãî íîìåðà ðàñïðîñòðàíåííîñòü ðåçêî ïàäàåò) è èìåþò åäèíîå ïðîèñõîæäåíèå. Ìåòåîðèòû, áîëüøèíñòâî êîòîðûõ îêàçàëèñü î÷åíü äðåâíèìè, äàëè öåííóþ íàó÷íóþ èíôîðìàöèþ îá èñòîðèè âîçíèêíîâåíèÿ îòäåëüíûõ òåë Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Ïî îöåíêàì, îñíîâàííûì íà çàêîíå ðàäèîàêòèâíîãî ðàñïàäà óðàíà, òîðèÿ, ðóáèäèÿ è êàëèÿ, èõ âîçðàñò îêîëî 4,5 — 4,6 ìëðä ëåò, ò.å. ñîâïàäàåò ñ âîçðàñòîì Çåìëè è Ëóíû.  íèõ íàñ÷èòûâàþòñÿ ïðèìåðíî 66 ìèíåðàëîâ, áîëüøèíñòâî èç íèõ ïîõîæè íà çåìíûå. Âåðîÿòíî, ìåòåîðèòû îáðàçîâàëèñü òîãäà æå, êîãäà è ïëàíåòû çåìíîé ãðóïïû.
Ïî ãåîõèìè÷åñêèì ñâîéñòâàì âñå ýëåìåíòû ðàçäåëåíû íà ÷åòûðå ãðóïïû. Ýòî ðàçäåëåíèå ñâÿçàíî ñ îïðåäåëåííîé ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðîé àòîìîâ, ïðîÿâëÿþùåéñÿ â ñìåñè âåùåñòâ ïðè îõëàæäåíèè è íàãðåâàíèè. Àòìîôèëüíûå ýëåìåíòû ñêëîííû íàêàïëèâàòüñÿ â àòìîñôåðàõ (ýòî — âñå èíåðòíûå ãàçû, êèñëîðîä, àçîò, âîäîðîä); ëèòîôèëüíûå îáðàçóþò òâåðäûå îáîëî÷êè ïëàíåò; õàëúêîôèëüíûå ñîçäàþò ñîåäèíåíèÿ ñ ñåðîé, ïîäîáíûå èîíàì ìåäè (îò ãðå÷. «õàëüêîñ» — ìåäü); ñèäåðîôèëüíûå ñïîñîáíû ðàñòâîðÿòüñÿ â ñïëàâàõ æåëåçà (îò ãðå÷. «ñèäåðîñ» — æåëåçî).
Õèìè÷åñêèé ñîñòàâ çåìíîé êîðû, îáùàÿ ìàññà êîòîðîé ñîñòàâëÿåò òîëüêî 0,5 % ìàññû âñåé Çåìëè, èññëåäîâàëè êðóïíåéøèå ãåîõèìèêè: Ô.Êëàðê, Â.È.Âåðíàäñêèé, À.Å.Ôåðñìàí,
387
À. Ï. Âèíîãðàäîâ, ñóïðóãè È. è Â. Íîääàê è äð. ×òîáû äîêàçàòü íàëè÷èå ýëåìåíòà ðåíèÿ â çåìíîé êîðå è îïðåäåëèòü åãî ñðåäíåå ñîäåðæàíèå, ñóïðóãè Íîääàê ïðîâåëè 1600 àíàëèçîâ ðàçíîîáðàçíûõ ìèíåðàëîâ è ïîðîä.  ëèòîñôåðå íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ñåé÷àñ ïîëó÷èë êèñëîðîä — 50 % ìàññû âñåé ëèòîñôåðû; 26 % ñîñòàâëÿåò êðåìíèé, 7 —8% — àëþìèíèé, 4% — æåëåçî; ñóììàðíîå ñîäåðæàíèå ìàãíèÿ, êàëèÿ, êàëüöèÿ è íàòðèÿ — ïîðÿäêà 10 %, à íà äîëþ îñòàâøèõñÿ (áîëåå 80) ýëåìåíòîâ ïðèõîäèòñÿ íåñêîëüêî ïðîöåíòîâ.
Ñóùåñòâåííî, ÷òî êðåìíèé ðàñïîëîæåí â òàáëèöå Ìåíäåëååâà â òîì æå ñòîëáöå, ÷òî è âàæíåéøèé ýëåìåíò äëÿ æèâîãî âåùåñòâà — óãëåðîä. Ýòî ïîäîáèå ñâîéñòâ îòðàçèëîñü è â èñòîðèè áèîñôåðû. Ïî îäíîé èç ãèïîòåç, ïåðâûå ôîðìû æèâîãî âåùåñòâà ñîçäàâàëèñü íà ìîêðûõ ãëèíàõ. Íà îñíîâå îêèñè êðåìíèÿ îáðàçîâàíû ìíîãèå ìèíåðàëû, â òîì ÷èñëå ñîäåðæàùèå àëþìèíèé. Ïî ïîäñ÷åòàì Âåðíàäñêîãî, çåìíàÿ êîðà (äî ãëóáèí 16 êì) ñîñòîèò íà 85 % èç ñèëèêàòîâ. Åñëè â ñëîæíûõ àëþìèíèåâî-êðåìíèåâûõ êèñëîòàõ âîäîðîä çàìåùàåòñÿ ìåòàëëàìè, òî ñîëè ýòèõ êèñëîò — àëþìîñèëèêàòû — ñòàíîâÿòñÿ îñíîâîé äîâîëüíî ñëîæíûõ ïî ñîñòàâó ìèíåðàëîâ. Êðèñòàëëè÷åñêóþ îñíîâó àëþìîñèëèêàòîâ ñîñòàâëÿåò çàìêíóòàÿ ñèñòåìà àòîìîâ, ñîäåðæàùàÿ àëþìîêèñëîðîäíûå è êðåì-íåêèñëîðîäíûå ãðóïïû — êîìïëåêñû.  çîíàõ âûâåòðèâàíèÿ ïîä äåéñòâèåì âíåøíèõ ôàêòîðîâ (âîäû, ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ, ãàçîâ) èç íèõ âûíîñÿòñÿ ìåòàëëû è îñòàåòñÿ êàîëèí (ñîñòàâ: êðåìíèé, àëþìèíèé, âîäîðîä, âîäà èëè ãðóïïà ÎÍ). Ýòó êîíñòðóêöèþ Âåðíàäñêèé íàçâàë êàîëèíîâûì ÿäðîì. Êîëüöåâàÿ ñòðóêòóðà ÿäðà îáåñïå÷èâàåò åìó âûñîêóþ óñòîé÷èâîñòü.
 ñîñòàâå àòìîñôåðû ñåé÷àñ ïðåîáëàäàþò àçîò è êèñëîðîä (98,6 % ìàññû âñåé àòìîñôåðû), ýòî ñîîòíîøåíèå ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííî äî âûñîò 150 êì. Âîäîðîäà ïî÷òè â ìèëëèîí ðàç ìåíüøå, ÷åì êèñëîðîäà. Íà âûñîòå 160 êì è âûøå ñîñòàâ àòìîñôåðû ìåíÿåòñÿ è, êàê ïîêàçàëè äàííûå, ïîëó÷åííûå ñî ñïóòíèêîâ, âîäîðîä ñòàíîâèòñÿ ïðåîáëàäàþùèì íà âûñîòàõ 1500 êì.
 ìîðñêîé âîäå íà äîëþ êèñëîðîäà, âîäîðîäà, õëîðà è íàòðèÿ ïðèõîäèòñÿ 99,5 %. Ïåðåõîä ê ãèäðîñôåðå — ýòî ðåçêîå èçìåíåíèå îðãàíèçàöèè ãåîñôåð, âûçâàííîå ïåðåõîäîì îò ïëîòíûõ âíóòðåííèõ ãåîñôåð ê çíà÷èòåëüíî áîëåå ïîäâèæíûì âíåøíèì ãåîñôåðàì Çåìëè.
Âíóòðè Çåìëè, ïî äàííûì À.Å.Ôåðñìàíà, äîëÿ æåëåçà — 37 %, çàòåì ñëåäóþò êèñëîðîä è êðåìíèé; áîëåå òÿæåëûå ýëåìåíòû (îêîëî 0,5 % ìàññû Çåìëè) è ýëåìåíòû ëåã÷å æåëåçà. Ñðàâíåíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà Çåìëè è Ñîëíöà ïîêàçûâàåò, ÷òî îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå ýëåìåíòîâ òÿæåëåå íàòðèÿ ïî÷òè îäèíàêîâî â àòìîñôåðàõ Çåìëè è Ñîëíöà, ñîäåðæàíèå êèñëîðîäà, óãëåðîäà, àçîòà, ãåëèÿ â ñîëíå÷íîé àòìîñôåðå â äåñÿòêè ðàç áîëüøå, ÷åì íà Çåìëå, à âîäîðîäà — äàæå â 100000 ðàç (ðèñ. 10.3).
388
Ðàäèîàêòèâíîñòü — âàæíåéøåå ñâîéñòâî Çåìëè, îïðåäåëÿþùåå åå ïðîèñõîæäåíèå è õèìè÷åñêóþ ýâîëþöèþ. Ïåðâè÷íûå ïëàíåòû áûëè ñèëüíî ðàäèîàêòèâíû, è, ïîäâåðãàÿñü ðàäèîàêòèâíîìó íàãðåâó, îíè èñïûòûâàëè õèìè÷åñêóþ äèôôåðåíöèàöèþ, â ðåçóëüòàòå êîòîðîé ó ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû ñôîðìèðîâàëèñü âíóòðåííèå ìåòàëëè÷åñêèå ÿäðà. Îñòàòêè ìåòàëëè÷åñêîé è ñóëüôèäíî-ìåòàëëè÷åñêîé ôàç, ñîõðàíèâøèåñÿ â ïåðâè÷íûõ ìàíòèÿõ, ïîñòåïåííî ñòåêàëè ê öåíòðó è ôîðìèðîâàëè ÷åòêèå ãðàíèöû ÿäåð. Ëè-òîôèëüíûå ýëåìåíòû ïåðåõîäèëè ââåðõ, äåãàçàöèÿ ìàíòèé ïðè âûïëàâëåíèè ëåãêîïëàâêèõ ôðàêöèé ïðèâîäèëà ê áàçàëüòîâûì ðàñïëàâàì, êîòîðûå èçëèâàëèñü íà ïîâåðõíîñòè ïëàíåò. Ãàçîâûå êîìïîíåíòû, âûðûâàâøèåñÿ âìåñòå ñ íèìè, äàëè íà÷àëî ïåðâè÷íûì àòìîñôåðàì, êîòîðûå ñìîãëè óäåðæàòü òîëüêî êðóïíûå ïëàíåòû. Íàèáîëåå ìàññèâíàÿ ñðåäè âíóòðåííèõ ïëàíåò, Çåìëÿ, ïðîøëà ñëîæíåéøèé ïóòü õèìè÷åñêîé ýâîëþöèè. Íà ïîñëåäíèõ ñòàäèÿõ îñòûâàíèÿ ñîëíå÷íîé òóìàííîñòè âîçíèêëè ñëîæíûå îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, îáíàðóæåííûå â ìåòåîðèòíîì âåùåñòâå, êîòîðûå áûëè óñâîåíû íàøåé ïëàíåòîé è ïðèâåëè ê ðàçâèòèþ æèçíè.
Ñàìîïðîèçâîëüíûé ðàñïàä íåóñòîé÷èâûõ àòîìîâ îòðàæàåò ýâîëþöèþ âåùåñòâà Çåìëè è ñîáûòèÿ ýïîõè ðîæäåíèÿ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, êàê óñòîé÷èâûõ, òàê è íåóñòîé÷èâûõ. Ïðè ðàñïàäàõ âûäåëÿåòñÿ òåïëîòà Q. Äëÿ Çåìëè ñåé÷àñ âàæíû ðàäèîàêòèâíûå èçîòîïû óðàíà, òîðèÿ è êàëèÿ, êîòîðûå ðàñïàäàþòñÿ ñ âûäåëåíèåì òåïëîòû:
Òåïëîâîé áàëàíñ Çåìëè îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì òåïëîòîé, âûäåëÿåìîé ïðè ðàñïàäå ýòèõ èçîòîïîâ. Äëÿ îáúÿñíåíèÿ òåïëîâîãî ðåæèìà çåìíîé êîðû äîñòàòî÷íî èìåþùåãîñÿ êîëè÷åñòâà ðàäèîàêòèâíûõ ýëåìåíòîâ â åå òîëùå äî ãëóáèí 0,9 ì (ïî ðàñ÷åòàì (1937) ðàäèîõèìèêà àêàäåìèêà Â.Ã.Õëîïèíà). Àëþìîñèëè-êàòíàÿ êîðà Çåìëè áîëåå ðàäèîàêòèâíà, ÷åì ìàíòèÿ. Ñ÷èòàÿ ðàâíûìè â ñðåäíåì ðàäèîàêòèâíîñòè ïëàíåòû è ìåòåîðèòîâ, ìîæíî îöåíèòü âûäåëÿåìóþ Çåìëåé ðàäèîãåííóþ òåïëîòó îò 9,66 1027 äî 43,68 • 1027 Äæ/ãîä. Çåìëÿ òåðÿåò òåïëîòó â îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî ïóòåì èçëó÷åíèÿ è òåïëîïðîâîäíîñòè. Ãåîòåðìè÷åñêèå
389
èçìåðåíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî âåëè÷èíà òåïëîâûõ ïîòîêîâ îäèíàêîâà è íà äíå îêåàíîâ, è íà ìàòåðèêàõ: çà ãîä îêîëî 7,98 • 1027 Äæ, ÷òî ìåíüøå êîëè÷åñòâà ðàäèîãåííîé òåïëîòû. Ïî ñëîâàì Âåðíàäñêîãî, «êîëè÷åñòâî ñîçäàâàåìîé ðàäèîàêòèâíûì ïðîöåññîì òåïëîâîé ýíåðãèè íå òîëüêî äîñòàòî÷íî äëÿ òîãî, ÷òîáû îáúÿñíèòü ïîòåðþ Çåìëåþ òåïëà è âñå äèíàìè÷åñêèå è ìîðôîëîãè÷åñêèå âîçäåéñòâèÿ âíóòðåííåé ýíåðãèè ïëàíåòû íà åå ïîâåðõíîñòü — çåìíóþ êîðó, íî è äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîäíÿòü åå òåìïåðàòóðó».  êîíöå 50-õ ãã. îáíàðóæèëè, ÷òî âåðõíèå ñëîè àòìîñôåðû èçëó÷àþò èçáûòî÷íóþ ýíåðãèþ â èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå. Ýòî ñâÿçàíî ñ âçàèìîäåéñòâèåì àòìîñôåðíûõ ãàçîâ ñ êîðîòêîâîëíîâûì èçëó÷åíèåì Ñîëíöà, ñóùåñòâåííî âëèÿþùèìè íà ïîãîäó.
Ñâåðõãëóáîêàÿ ñêâàæèíà, ïðîáóðåííàÿ íà Êîëüñêîì ïîëóîñòðîâå, ïîçâîëèëà ïðîíèêíóòü â íåäðà Çåìëè íà ãëóáèíó 12 êì è ïîëó÷èòü íåïîñðåäñòâåííûå äàííûå î ñîñòàâå è óñëîâèÿõ âíóòðè Çåìëè. Äàâëåíèå â çåìíûõ íåäðàõ ðàñòåò ñ ãëóáèíîé, ïðè÷åì ïðè ãëóáèíå 3 êì — ðåçêî ðàñòåò, à ïðè ãëóáèíå 8 êì — ðåçêî ïàäàåò. Òåìïåðàòóðà èç-çà ïðèáëèæåíèÿ ê ìàíòèè òîæå ðàñòåò, ñíà÷àëà íà 1 °Ñ êàæäûå 100 ì (äî ãëóáèíû 3 êì), çàòåì ïî 2,5 °Ñ, à íà ãëóáèíå 10 êì äîñòèãàåò 180 °Ñ. Ïðîáóðåííûå òîëùè Çåìëè ïîêàçûâàþò, ÷òî â ýòèõ îáëàñòÿõ èäóò àêòèâíûå ïðîöåññû ðóäîîá-ðàçîâàíèÿ, íà ãëóáèíå 4—11 êì îáíàðóæåíû êðóïíûå çîíû ðàçäðîáëåííûõ ïîðîä, îáðàçîâàííûõ ïðè îòíîñèòåëüíî íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ è ñöåìåíòèðîâàííûõ ñóëüôèäàìè Fe, Ni, Co, Ñè. Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè îïðåäåëåíû ãîðèçîíòû, íà êîòîðûõ ïðåèìóùåñòâåííî íàõîäÿòñÿ òå èëè èíûå âàæíûå äëÿ æèçíè ïîëåçíûå èñêîïàåìûå. Òàê, áëàãîðîäíûå ìåòàëëû ÷àùå âñåãî íàõîäÿòñÿ íà ãëóáèíàõ 300 — 800 ì, öâåòíûå ìåòàëëû — 600—1200 ì, æåëåçíûå ðóäû — 300 — 2000 ì, êàìåííûé óãîëü — 700 — 1500 ì, íåôòü è ãàç — 2500 — 6000 ì. Ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ òåñíî ñâÿçàí ñ èñòîðèåé ïëàíåòû.
Èç çàêîíîâ ðàäèîàêòèâíîãî ðàñïàäà ñëåäóåò, ÷òî â ïðîøëîì ðàäèîàêòèâíîñòü áûëà âûøå. Òàê, 4,5 ìëðä ëåò íàçàä óðàíà-238 íà Çåìëå áûëî âäâîå áîëüøå, ÷åì ñåé÷àñ, è ýíåðãèè îí âûäåëÿë áîëüøå. Âûñîêàÿ ðàäèîàêòèâíîñòü ðàííåé Çåìëè ïîâûøàëà åå òåìïåðàòóðó, ñïîñîáñòâîâàëà ïëàâëåíèþ âåùåñòâ è áûëà âåäóùèì ôàêòîðîì õèìè÷åñêîé äèôôåðåíöèàöèè. Ïî äàííûì ãåîõèìèêà Ã. Â.Âîéòêåâè÷à, ñâûøå 5 ìëðä ëåò íàçàä ýòîé òåïëîòû áûëî òàê ìíîãî, ÷òî âñÿ ìàññà Çåìëè ìîãëà íàõîäèòüñÿ äàæå â ãàçîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè. Êðîìå òîðèÿ, óðàíà è êàëèÿ ñóùåñòâîâàëè ðàäèîàêòèâíûå èçîòîïû ñ ïåðèîäîì ïîëóðàñïàäà ìåíåå 108 ëåò. Îíè âîçíèêëè â ýïîõó ÿäåðíîãî ñèíòåçà òÿæåëûõ ýëåìåíòîâ è âîøëè â ñîñòàâ ìîëîäûõ òåë Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü éîä-129 ñ ïåðèîäîì ïîëóðàñïàäà 17,2 ìëí ëåò, ïðåâðàùàþùèéñÿ â êñåíîí-129.
 äîêåìáðèéñêîì ðåäêîçåìåëüíîì ìèíåðàëå áàñòèåçèòå îáíàðóæåíû (1971) äîëãîæèâóùèå ðàäèîàêòèâíûå ýëåìåíòû ïëóòîíèé-244 è êþðèé-247, èìåþùèå ñâîèì êîíå÷íûì ïðîäóêòîì ðàñ-
390
ïàä êñåíîí-131 —136. Çíà÷èò, ïðè «âàðêå» òÿæåëûõ ýëåìåíòîâ áüèè è ñâåðõòÿæåëûå òðàíñóðàíîâûå ÿäðà, ïîêà íå ïîëó÷åííûå â ëàáîðàòîðèè (òàê êàê ñ ðîñòîì íîìåðà ýëåìåíòà íåóñòîé÷èâîñòü òðàíñóðàíîâûõ ÿäåð ðåçêî ðàñòåò). Ãðóïïà èíäèéñêèõ ó÷åíûõ âî ãëàâå ñ Ñ. Áàíäàðè îáíàðóæèëà â íåêîòîðûõ ìåòåîðèòàõ è ëóííîé ïûëè ñëåäû áîëåå 300 òðåêîâ, êîòîðûå ìîãëè áûòü âûçâàíû òàêèìè òðàíñóðàíîâûìè ýëåìåíòàìè, ïðèñóòñòâîâàâøèìè ïðè çàòâåðäåâàíèè ïîðîäû. Áîëüøèíñòâî «âûìåðøèõ» ðàäèîàêòèâíûõ èçîòîïîâ ïðè ðàñïàäå âüùåëÿëè ìíîãî áîëüøå ýíåðãèè. Òàê, åñëè ïðè ðàñïàäå óðàíà âûäåëÿåòñÿ 2,98 Äæ/ãîä, òî ïëóòîíèÿ-244 — 50,5 Äæ, êþðèÿ-247 — 160,3 Äæ è éîäà-129 — 5,54 Äæ/ãîä.
Âñå çåìíûå ãåîñôåðû ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé êðóãîîáîðîòàìè âåùåñòâà, ãëîáàëüíûìè ïîòîêàìè ýíåðãèè è ìîìåíòà èìïóëüñà.  ðåçóëüòàòå îáðàçóåòñÿ ñëîæíàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿíèå êîòîðîé, âî ìíîãîì ïîõîæåå íà ñîñòîÿíèå äèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, ñîçäàåò óñëîâèÿ äëÿ äèíàìè÷åñêîé ýâîëþöèè ïëàíåòû. Äëÿ âñåõ ãåîñôåð õàðàêòåðíû ìíîãî÷èñëåííûå è çàêîíîìåðíûå îòêëîíåíèÿ îò îäíîðîäíîãî (ñèììåòðè÷íîãî) ñîñòîÿíèÿ, íàëè÷èå ãðàäèåíòîâ òåìïåðàòóð, äàâëåíèé, ïîòåíöèàëîâ è ò.ä., êîòîðûå è íàïðàâëÿþò ïîòîêè âåùåñòâà, ýíåðãèè è èíôîðìàöèè. Õîòÿ êàæäàÿ èç ãåîñôåð èìååò ñâîþ ñïåöèôèêó äèíàìèêè, îáìåíîâ, ñèñòåì îáðàòíûõ ñâÿçåé, ìíîãèå îñîáåííîñòè ðåãóëèðóþòñÿ âçàèìîäåéñòâèÿìè ìåæäó ýòèìè îãðîìíûìè ïîäñèñòåìàìè. Â. È. Âåðíàäñêèé îïèñàë ìèíåðàëû è èõ æèçíü, ïðèðîäíûå ãåîëîãè÷åñêèå òåëà, â êîòîðûå ñîåäèíÿþòñÿ ìèíåðàëû, à òàêæå ñôåðû Çåìëè, ñîñòàâëåííûå èç ýòèõ ñôåð. Ýòè çíàíèÿ íåîáõîäèìû â ïîèñêå ìåñòîðîæäåíèé ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ. Ñîâìåñòíîå ðîæäåíèå ìèíåðàëîâ, îáðàçóþùèõ ïðèðîäíûå òåëà, íàçûâàþò ïàðàãåíåçèñîì. Ïàðàãåíåçèñ ìèíåðàëîâ ìàëî ìåíÿëñÿ íà îáîçðèìûõ ïðîìåæóòêàõ âðåìåíè, íî ãëîáàëüíûå èçìåíåíèÿ óñëîâèé íà íåì îòðàçèëèñü. Íàïðèìåð, îëîâÿííûé êàìåíü (êàñèòåðèò) íàêàïëèâàëñÿ â íàèáîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ â äðåâíåì àðõåå è â òðåòè÷íûé ïåðèîä. Âåðíàäñêèé, èçó÷àâøèé ãåîëîãè÷åñêóþ èñòîðèþ, íàñ÷èòûâàþùóþ ìíîãèå ìèëëèîíû ëåò è îãðîìíûå ïðîñòðàíñòâåííûå îáëàñòè Çåìëè, ïèñàë: «Âñå ðåàêöèè çåìíîé êîðû, íàñêîëüêî èõ ìîæíî ïðîñëåäèòü äî ñèõ ïîð, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé îïðåäåëåííûå öèêëû, îïðåäåëåííûå êðóãîâûå ñèñòåìû õèìè÷åñêèõ èçìåíåíèé, êîòîðûå ïîñòîÿííî âíîâü ïîâòîðÿþòñÿ».
10.4. Ìîäåëè ïîÿâëåíèÿ ãåîëîãè÷åñêèõ ñòðóêòóð íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè
Íåïòóíè÷åñêîé (ïî èìåíè áîãà ìîðåé Íåïòóíà) áûëà íàçâàíà òåîðèÿ íåìåöêîãî ãåîëîãà è ìèíåðîëîãà À. Ã. Âåðíåðà, îñíîâàâøåãî (1775) èíñòèòóò äëÿ èçó÷åíèÿ ìèíåðàëîâ è ïîëåçíûõ èñêî-
391
ïàåìûõ. Îí ðàçðàáîòàë ïåðâóþ ñèñòåìó êëàññèôèêàöèè ãîðíûõ ïîðîä è ëàíäøàôòîâ ïî âíåøíèì ïðèçíàêàì. Âåðíåð èñõîäèë èç òîãî, ÷òî Çåìëÿ áûëà ïîêðûòà îêåàíîì («âñåìèðíûé ïîòîï»).
Êîãäà âîäà îòñòóïèëà, èç îñåâøèõ â âîäå îòëîæåíèé ìèíåðàëîâ íà ïðîòÿæåíèè áîëåå ìèëëèîíà ëåò îáðàçîâàëèñü ñëîè ïîðîä, íàïðèìåð ãðàíèòû, ïóòåì îñàæäåíèÿ êðèñòàëëîâ íà äíå îêåàíà. Îøèáî÷íîñòü òàêîãî ïðåäñòàâëåíèÿ ñòàëà ÿñíà, êîãäà ïîÿâèëèñü óáåäèòåëüíûå äîêàçàòåëüñòâà òîãî, ÷òî ãðàíèòû âîçíèêëè â ðåçóëüòàòå îõëàæäåíèÿ è çàòâåðäåâàíèÿ ñèëèêàòíûõ ðàñïëàâîâ — ìàãì, ïîäíèìàþùèõñÿ èç çåìíûõ íåäð. Ýòè ôàêòû ïîñëóæèëè îñíîâîé äëÿ äðóãîé, ïëóòîíè÷åñêîé ãèïîòåçû.
Ïëóòîíè÷åñêîé (ïî èìåíè áîãà ïîäçåìíîãî öàðñòâà Ïëóòîíà) íàçâàíà òåîðèÿ øîòëàíäñêîãî ãåîëîãà Äæ. Ãåòòîíà (1795). Îí, îòêàçàâøèñü îò èäåè î ïîòîïå, âûäâèíóë âåðñèþ î ìåäëåííîé ýâîëþöèè Çåìëè. Ïîä äåéñòâèåì âåòðà, âîäû, âóëêàíîâ, çåìëåòðÿñåíèé çåìíàÿ êîðà ðàçðóøàëàñü, à ïðîäóêòû ðàçðóøåíèÿ îáðàçîâûâàëè íà ïîâåðõíîñòè ïëàíåòû ñëîè. Òåïëîòà çåìíûõ íåäð ïåðåìåùàëà ïîðîäû è ôîðìèðîâàëà êîíòèíåíòû. Ýòó òåîðèþ ïîääåðæàë ïðîôåññîð ãåîëîãèè ×.Ëàéåëü, ñ÷èòàÿ, ÷òî ãåîëîãè÷åñêèå ÿâëåíèÿ âûçâàíû ïðèðîäíûìè ôàêòîðàìè, äåéñòâóþùèìè äëèòåëüíûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè, è ÷òî âñþäó ïðèðîäíûå ôàêòîðû äåéñòâóþò îäèíàêîâî. Ëàéåëü ñôîðìèðîâàë ãåîëîãèþ êàê íàó÷íóþ äèñöèïëèíó, à åãî òåîðèÿ, ïîëó÷èâøàÿ íàçâàíèå òåîðèè «åäèíîîáðàçíûõ èçìåíåíèé», ïîääåðæèâàåòñÿ ñîâðåìåííûìè ó÷åíûìè.
Çåìíàÿ êîðà äåëèòñÿ íà îêåàíè÷åñêóþ (ïëîòíóþ è îäíîðîäíóþ) è êîíòèíåíòàëüíóþ (áîëåå ëåãêóþ è ãåòåðîãåííóþ ïî ìèíåðàëüíîìó ñîñòàâó). Âåðõíèå ñëîè ñîñòîÿò ïðåèìóùåñòâåííî èç ãîðíûõ ïîðîä, êîòîðûå îáðàçîâûâàëèñü â ðåçóëüòàòå îñàæäåíèÿ ÷àñòèö, ðàçðóøåííûõ âåòðîì è âîäîé.  íèõ çàõîðîíåíû îñòàòêè îêàìåíåâøèõ äðåâíèõ ôëîðû è ôàóíû.  ïëàñòàõ ïðîñëåæèâàåòñÿ èñòîðèÿ ïëàíåòû. Îñàäî÷íûé ñëîé äîñòèãàåò òîëùèíû 10 —15 êì, íî ïîêðûâàåò íå âñþ ïîâåðõíîñòü Çåìëè, äî 70 % âñåõ åãî ïîðîä ñîñòàâëÿþò ãëèíû. Êîðà ñîñòîèò èç îñàäî÷íîãî, ãðàíèòíîãî è áàçàëüòîâîãî ñëîåâ. Ýòî äåëåíèå óñëîâíî èç-çà ïîñòîÿííûõ äâèæåíèé â ëèòîñôåðå. Ñðåäè ïîðîä îêåàíè÷åñêîãî äíà âàæíà ðîëü ìàãìàòè÷åñêèõ ãëóáèííûõ ïîðîä, íî èõ ñîñòàâ áîëåå îäíîîáðàçåí, ÷åì ïîðîä êîíòèíåíòîâ. Ãåîôèçè÷åñêèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî îêåàíè÷åñêàÿ êîðà çíà÷èòåëüíî òîíüøå, â íåé íåò ãðàíèòíîãî, áîãàòîãî êðåìíåçåìîì è ãëèíîçåìîì, ñëîÿ, èìåþùåãîñÿ â êîíòèíåíòàëüíîé êîðå.
Âîçðàñò îñàäî÷íûõ ïîðîä — âàæíûé ïàðàìåòð â ýâîëþöèè ïëàíåòû, êàê è èñêîïàåìûå îñòàíêè. Îäíîêëåòî÷íûå îðãàíèçìû (ðàçìåðîì îò 40 ìêì äî 1 ìì) — ðàäèîëÿðèè — ïîÿâèëèñü â îêåàíàõ îêîëî 500 ìëí ëåò íàçàä, à 160 ìëí ëåò íàçàä áûëè ðàñïðîñòðàíåíû òàê æå, êàê ñåé÷àñ. Îíè çàíèìàþò â îêåàíàõ âåðõíèå ãîðèçîíòû, íî èõ ñêåëåòû, ñîñòîÿùèå èç êðåìíåçåìà, ñëàáîðàñòâîðèìû,
392
è âñòðå÷àþòñÿ íà âñåõ ãëóáèíàõ. Êèñëîòîé èç ïîðîä âûäåëÿþò îñòàíêè âûìåðøèõ ÷åðâåîáðàçíûõ, æèâøèõ 570 — 200 ìëí ëåò íàçàä. Èññëåäóÿ èõ, óäàëîñü äîêàçàòü, ÷òî ðàçðåçû áîëåå äðåâíèõ ïîðîä èíîãäà çàëåãàþò ïîâåðõ ìîëîäûõ, ò.å. áîëüøèå ñêîïëåíèÿ ñëîåâ ìîãóò ïåðåòàñîâûâàòüñÿ. Ðàñøèôðîâàòü èñòîðèþ ïîìîãàåò è ïàëåîìàãíåòèçì ïîðîä.
Õèìè÷åñêàÿ ýâîëþöèÿ êîíòèíåíòàëüíîé ÷àñòè çåìíîé êîðû ïðîõîäèëà îò îñíîâíîãî, áàçàëüòîâîãî ñîñòàâà, õàðàêòåðíîãî äëÿ îêåàíè÷åñêîãî òèïà êîðû, ê êèñëîìó, ãðàíèòíîìó, è îêåàíè÷åñêàÿ êîðà ïîñòåïåííî (ïðèìåðíî 2,5 ìëðä ëåò íàçàä) ïðåâðàòèëàñü â êîíòèíåíòàëüíóþ. Ýòîìó ñïîñîáñòâîâàëî íåñêîëüêî ôàêòîðîâ:
ïðè ôîðìèðîâàíèè ÿäðà ïëàíåòû â îäíîì èç ïîëóøàðèé âûäåëèëîñü áîëüøå áàçàëüòîâ;
ñîñòàâ ïðîäóêòîâ èçâåðæåíèÿ âóëêàíîâ ìåíÿëñÿ, èçìåíÿÿ òîëùèíó êîíòèíåíòàëüíîé êîðû. Áàçàëüòîâûå ìàãìû îáîãàùàëèñü SiO2, À12O3, Fe2O3, Na2O, ñîîòâåòñòâåííî óìåíüøàÿ äîëþ MgO, FeO, CaO;
íà÷àëñÿ ìîùíûé êðóãîâîðîò âåùåñòâ, âêëþ÷àþùèé ïåðåðàáîòêó ïåðâè÷íîé êîðû ïîä äåéñòâèåì ñîëíå÷íîé ýíåðãèè, ãðàâèòàöèè è âñåé áèîñôåðû (ðèñ. 10.4, à).
Îãðîìíûå ìàññû çåìíîé êîíòèíåíòàëüíîé êîðû ïðîøëè ÷åðåç ñîñòîÿíèå îñàäî÷íûõ ïîðîä, áûëè ïåðåìûòû âîäîé è èçìåíèëèñü ïîä äåéñòâèåì ìíîãèõ êîìïîíåíò. Äëèòåëüíûé êðóãîâîðîò âîäû âûìûâàë èç êîðû íåêîòîðûå áàçàëüòîâûå ýëåìåíòû (íàèáîëåå ðàñòâîðèìûå Ñà++, Mg++, Fe++), ñîõðàíÿÿ ìàëîïîäâèæíûå òèïà SiO2, À12O3. Íàòðèé ïîïàäàë â îêåàí â áîëüøîì êîëè÷åñòâå, íàõîäèëñÿ òàì â ðàñòâîðåííîì âèäå, íî åãî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü âîçâðàùàëàñü â êîíòèíåíòàëüíóþ êîðó â âèäå îñàäêîâ. Êàëèé çàäåðæèâàëñÿ â òîíêîäèñïåðñíûõ ãëèíàõ è ðàñòèòåëüíûõ îñòàòêàõ, ïîýòîìó åãî áîëüøå â êîíòèíåíòàëüíîé êîðå, ÷åì â îêåàíè÷åñêîé (ðèñ. 10.4, á).
 ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ ìîäåëèðîâàëè ãëîáàëüíûå èçìåíåíèÿ òîëüêî ïîñëåäíåãî ãåîëîãè÷åñêîãî ïåðèîäà. Äëÿ èçó÷åíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ïàð çåìíûõ ñëîåâ èçãîòîâèëè äâóõñëîéíûå ìîäåëè: ëèñò ðåçèíû òîëùèíîé 1,5 ñì çàëèëè òîíêèì ñëîåì (3—4 ìì) ëåãêîïëàâêîãî ìàòåðèàëà (âîñêà èëè ïàðàôèíà), ñöåïëÿþùåãîñÿ ñ ðåçèíîé. Ïîñëå îñòûâàíèÿ ìîäåëè ðàñòÿíóëè äîìêðàòàìè.  âåðõíåì ñëîå ðåçèíû ïîÿâèëàñü ñåòü òðåùèí è âîçíèêëà áëîêîâàÿ ñòðóêòóðà, õàðàêòåðíàÿ äëÿ âåðõíåãî ñëîÿ çåìíîé êîðû. Ïðè ñèëüíîì èçìåëü÷åíèè îò ïîäëîæêè îòñëîèëèñü ìåëü÷àéøèå «áëîêè», è äðîáëåíèå ïðåêðàùàëè. Òàê ïðîâåðèëè èäåþ Âåðíàäñêîãî îá îïðåäåëåííîé îðãàíèçîâàííîñòè ïðîöåññîâ â çåìíîé êîðå è ýíåðãîíàñûùåííîñòè ãåîëîãè÷åñêîé ñðåäû.
Ãèïîòåçó äðåéôà êîíòèíåíòîâ ðàçâèâàë íåìåöêèé ó÷åíûé À. Âåãåíåð (1912), õîòÿ îíà êàçàëàñü íåîáîñíîâàííîé. Ñõîäñòâî î÷åðòàíèé çàïàäíîãî áåðåãà Àôðèêè è âîñòî÷íîãî áåðåãà Þæíîé Àìåðèêè èçäàâíà ñ÷èòàëè ñâèäåòåëüñòâîì ðàçäåëåíèÿ åäè-
393
íîãî ìàòåðèêà. Âåãåíåð íàçâàë åãî Ïàíãåÿ (îò ãðå÷. pan— âñå + gaia— çåìëÿ). Èòàëüÿíñêèé ó÷åíûé Ñèíäíåð-Ïåëëåãðèíè óêàçûâàë íà ñõîäñòâî íå òîëüêî î÷åðòàíèé, íî è èñêîïàåìûõ ðàñòåíèé è ìåñòîðîæäåíèé óãëÿ â Àìåðèêå è Åâðîïå. Ïðèìåðíî â ýòî æå âðåìÿ ãëÿöèîëîã Ô. Á. Òåéëîð ñâÿçûâàë îáðàçîâàíèå ìîëîäûõ ãîð òðåòè÷íîãî ïåðèîäà âîêðóã Òèõîãî îêåàíà ñ «ðàñêðûòèåì» äíà Àòëàíòè÷åñêîãî îêåàíà. Ïðè÷èíó îí âèäåë â ïðèëèâíûõ ñèëàõ Ëóíû
394
ïîñëå åå çàõâàòà Çåìëåé â ìåëîâîì ïåðèîäå, ÷òî è âûçâàëî äðåéô êîíòèíåíòîâ. À.Õîëìñ â 1927 — 29 ãã. âûäåëèë ñèëû êîíâåêòèâíîãî òå÷åíèÿ â âåðõíåé ìàíòèè Çåìëè êàê ñïîñîáíûå ïåðåìåñòèòü êîíòèíåíòû (âåðõíþþ îáîëî÷êó òîëùèíîé 50 — 100 êì). Èçìåðåíèÿ ñèëû òÿæåñòè íà ìîðå è íà ñóøå ñâèäåòåëüñòâîâàëè â ïîëüçó ãèïîòåçû äðåéôà êîíòèíåíòà.
Ðàéîí çåìëåòðÿñåíèé îáðàçóþò óçêèå è äëèííûå çîíû, ðàçäåëÿþùèå ñåéñìè÷åñêè àêòèâíûé âåðõíèé ñëîé Çåìëè íà ëèòî]-ñôåðíûå ïëèòû— ñòàáèëüíûå ó÷àñòêè. Ïëèòû (òîëùèíîé 75 — 150 êì) âêëþ÷àþò â ñåáÿ çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü âåðõíåé ìàíòèè. Çîíû, îãðàíè÷èâàþùèå ïëèòû, îáðàçîâàíû ñðåäèííî-îêåàíè÷åñêèìè õðåáòàìè è ãëóáîêèìè è øèðîêèìè îêåàíñêèìè æåëîáàìè. Ïî íèì ðàñïîëîæåíî áîëüøåå ÷èñëî äåéñòâóþùèõ âóëêàíîâ. Ïëèòû ïåðåìåùàþòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè ìàíòèè Çåìëè, êðàÿ ïëèò ðàçäâèãàþòñÿ èëè ñõîäÿòñÿ. Ïðè ðàçäâèæåíèè îáðàçóåòñÿ òðåùèíà, â êîòîðóþ ïîñòóïàåò âåùåñòâî ìàíòèè; ó ïîâåðõíîñòè îíî çàòâåðäåâàåò, îáðàçóÿ êîðó. Ýòîò ïðîöåññ íàçâàí ñïðåäèíãîì. Âûõîä âåùåñòâà — îäèí èç ïðîöåññîâ ðóäîîáðàçîâàíèÿ. Îöåíêà ñêîðîñòè ïðèáëèæåíèÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ ê ïîâåðõíîñòè ïîçâîëèëà áû óðàâíÿòü ïîòðåáëåíèå ìåòàëëà ñî ñêîðîñòüþ ôîðìèðîâàíèÿ ðóä äëÿ äîñòèæåíèÿ óñòîé÷èâîãî ðàçâèòèÿ ÷åëîâå÷åñòâà. Åñëè ïëèòû ñõîäÿòñÿ, èõ êðàÿ ïîãðóæàþòñÿ â ìàíòèþ, ïëèòà ïîïàäàåò êàê áû íà ïåðåïëàâêó.
Ãèïîòåçà Âåãåíåðà âîçðîäèëàñü ïîä âëèÿíèåì ñâåäåíèé î ñòðîåíèè îêåàíè÷åñêîãî äíà è íîâûõ äàííûõ ïàëåîìàãíåòèçìà. Îêàçàëîñü, ÷òî êîíòèíåíòû â õîäå èñòîðèè Çåìëè èñïûòûâàëè ñìåùåíèÿ îòíîñèòåëüíî ìàãíèòíûõ ïîëþñîâ, ïðè÷åì ïî ñðàâíåíèþ ñ êîíöîì ïàëåîçîÿ (230 ìëí ëåò íàçàä) ðàñïîëîæåíèå êîíòèíåíòîâ èçìåíèëîñü. Äëÿ ïîíèìàíèÿ ïðîöåññîâ ïîòðåáîâàëîñü ïðîâåñòè ìàãíèòíûå èçìåðåíèÿ â îêåàíàõ.  òîëùå çåìíûõ îñàäêîâ óñòàíîâèëè íåñêîëüêî óðîâíåé ñìåíû âåêòîðîâ íàìàãíè÷åííîñòè ïîðîä. Ìû æèâåì â ýïîõó, êîòîðàÿ íà÷àëàñü îêîëî 730 òûñ. ëåò íàçàä, ñìåíèâ ýïîõó îáðàòíîé ïîëÿðíîñòè. Íî çà ýòîò ïåðèîä áûâàëè è êðàòêîâðåìåííûå ñìåíû ìàãíèòíûõ ïîëþñîâ. Èññëåäîâàíèÿ ãåîôèçèêîâ ïîêàçàëè, ÷òî âîçðàñò ïîðîä êîðû ìåíüøå âîçðàñòà îñàäî÷íûõ ïîðîä íà äíå îêåàíà è ðàñòåò â çàâèñèìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ äî õðåáòà. Çíà÷èò, íà îñè õðåáòà ñîçäàåòñÿ íîâîå âåùåñòâî êîðû, à îáðàçîâàííîå ðàíåå ñìåùàåòñÿ îò çîíû ðàçäâèãà ñî ñêîðîñòüþ íåñêîëüêî ñàíòèìåòðîâ â ãîä.
Ãèïîòåçà ëèòîñôåðíûõ ïëèò îñíîâàíà íà èõ ñïîñîáíîñòè ñêîëüçèòü ïî ïîâåðõíîñòè àñòåíîñôåðû (ðàñïëàâëåííûì ãëóáèííûì ïîðîäàì), ÷åì ïîâåðõíîñòü Çåìëè ïðèâîäèòñÿ â ñîñòîÿíèå, áëèçêîå ê ãèäðîñòàòè÷åñêîìó ðàâíîâåñèþ. Ýòà òåîðèÿ ïîëó÷èëà ïðèçíàíèå â 60-å ãã. XX â. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî âåðõíèé ñëîé êîðû ñîñòîèò èç 15 æåñòêèõ ïëèò, èç íèõ 50 % — êðóïíûå (äî 1000 êì), êîòîðûå ïëàâàþò íà ãîðÿ÷åì, ïëàñòè÷íîì ñëîå ìàíòèè Çåìëè ïî ïîâåðõíîñòè àñòåíîñôåðû. Ïðè ýòîì ïëèòû ìîãóò ñòàëêèâàòüñÿ,
395
ïîãðóæàòüñÿ äðóã ïîä äðóãà è íàäâèãàòüñÿ îäíà íà äðóãóþ. Âìåñòå ñ ïëèòàìè ìîãóò ïåðåìåùàòüñÿ è êîíòèíåíòû. Ýòó ãèïîòåçó íàçûâàþò ãèïîòåçîé íîâîé ãëîáàëüíîé òåêòîíèêè, ïîñêîëüêó âïåðâûå ïîïûòàëèñü îáúÿñíèòü ðàçâèòèå Çåìëè ñ ïîìîùüþ äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ïðè èçó÷åíèè ðàçâèòèÿ êîíòèíåíòîâ è îêåàíîâ. Ëèòîñôåðó ìîäåëèðóþò ñèñòåìîé ïëèò, ïåðåìåùàþùèõñÿ îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà ñî ñêîðîñòÿìè íåñêîëüêî ñàíòèìåòðîâ â ãîä. Òàê, Ãèìàëàè, Ïàìèð è Òÿíü-Øàíü — ðåçóëüòàò íàäâèãàíèÿ îäíîé ïëèòû íà äðóãóþ.
Ïðè ðîñòå ïëèò ðàñøèðÿåòñÿ îêåàíè÷åñêàÿ êîòëîâèíà, ìàãìà ïîäíèìàåòñÿ, çàñòûâàåò è îáðàçóåò âäîëü ïîäâîäíîãî õðåáòà îêåàíè÷åñêóþ êîðó. Ïðè çàìåäëåííîì ïðîöåññå ñîêðàùàåòñÿ ïðîòÿæåííîñòü ñïðåäèíãîâûõ öåíòðîâ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ äëèíà òàêîé ñèñòåìû îêîëî 56 òûñ. êì, à ñêîðîñòè ðàçâèòèÿ ïîðÿäêà 5 ñì/ãîä (â Àòëàíòèêå — ïî÷òè âäâîå íèæå, â Òèõîì îêåàíå — â 3 ðàçà âûøå). Óìíîæàÿ ñðåäíþþ ñêîðîñòü ðîñòà íà äëèíó ñïðåäèíãîâûõ öåíòðîâ, ïîëó÷èì ñêîðîñòü ôîðìèðîâàíèÿ êîðû — 2,8 êì2/ãîä. Ñðåäíÿÿ ïëîùàäü îêåàíîâ — 310 ìëí êì2, ò.å. îíè ñôîðìèðîâàëèñü çà 110 ìëí ëåò. Ñðåäñòâîì ïðîâåðêè ãèïîòåçû òåêòîíèêè ïëèò ñëóæèëà ïðîãðàììà áóðåíèÿ ñ ñóäíà «Ãëîìàð ×åëëåíäæåð». Ðåçóëüòàòû áóðåíèÿ äíà ïîäòâåðæäàþò, ÷òî îêåàíû áîëåå «ìîëîäû», ÷åì ñ÷èòàëè ðàíåå. Âîçðàñò çàïàäíîé ÷àñòè Òèõîãî îêåàíà — äî 180 ìëí ëåò, ò.å. çà ïîñëåäíèå 2 ìëðä ëåò ìîãëè âîçíèêíóòü è èñ÷åçíóòü äî 20 îêåàíîâ. Åñëè äíî è êîíòèíåíò ïðèíàäëåæàò ê îäíîé è òîé æå ïëèòå, òî êîíòèíåíò ïåðåìåùàåòñÿ âìåñòå ñ íåé. Îêåàíè÷åñêàÿ êîðà ìîæåò ïîãðóçèòüñÿ ïîä êîíòèíåíò, ïðèñîåäèíÿÿñü ê ìàíòèè (ñóáäóêöèÿ). Êîðà ïîäíèìàåòñÿ íà õðåáòå, ïåðåìåùàåòñÿ ïîïåðåê êîòëîâèíû è ïîãðóæàåòñÿ âäîëü æåëîáà, îòäåëÿþùåãî çîíó ñóáäóêöèè. Ïîðîäû îõëàæäàþòñÿ â îêåàíå, ðàñòåêàþòñÿ ïî îñè õðåáòà è â ñòîðîíû îò íåãî, è êîðà ïîñòåïåííî ïîãðóæàåòñÿ. Íåêîòîðûå ãîðû íà îêåàíè÷åñêîì ïëàòî íàñòîëüêî âåëèêè, ÷òî ïîäíèìàþòñÿ, êàê îñòðîâà. Ïîäâîäíûå ãîðû ÷àùå âñåãî áàçàëüòîâûå è ïîÿâëÿþòñÿ èç «ãîðÿ÷èõ òî÷åê», ðàñïîëîæåííûõ ïîä ïëèòîé. Åñëè ïëèòà ñêîëüçèò ïî ìàãìå, âîçíèêàåò öåëàÿ öåïü áûñòðî ðàñòóùèõ âóëêàíîâ, êàê íà Ãàâàéñêèõ îñòðîâàõ. Ñêîïëåíèÿ ìèíåðàëüíîãî ñûðüÿ ïî âñåì ãðàíèöàì ïëèò ïîäòâåðæäàåò ñóùåñòâîâàíèå òàêèõ ïðîöåññîâ.
Ãîðèçîíòàëüíûå ïåðåìåùåíèÿ ïëèò ïðåîáëàäàþò ñ 60-õ ãã. XX â., õîòÿ ðàíåå ñ÷èòàëîñü, ÷òî êðóïíûå ïðîãèáàíèÿ çåìíîé êîðû çàïîëíÿþòñÿ îñàäêàìè, âûçûâàÿ âçäûìàíèÿ, ñîçäàþùèå ìîëîäûå ãîðíûå öåïè.  ìåñòàõ ðàçäâèæåíèÿ ïëèò ðàçâèâàþòñÿ ðèôòû, îáðàçóþòñÿ îêåàíè÷åñêèå êîòëîâèíû. Òàê, â ðèôòîâûõ âïàäèíàõ Êðàñíîãî ìîðÿ îáíàðóæåí èë, íàñûùåííûé Fe, Mn, Ìî, Ñî, Ñè è Zn. Àíàëîãè÷íûé èë íàéäåí è âáëèçè âñåõ ãðåáíåé ñðåäèííûõ õðåáòîâ â îêåàíàõ. Ïîâûøåííîé àêòèâíîñòüþ îáëàäàåò è óçêàÿ ÷àñòü Þæíîàìåðèêàíñêîãî êîíòèíåíòà, îãðàíè÷åííàÿ Àíäàìè. Ïåðó, Áîëèâèÿ è ×èëè î÷åíü áîãàòû ðóäàìè ìåòàëëîâ, êàê è
396
âîñòî÷íîå ïîáåðåæüå Àçèè.  ýòè îáëàñòè ìèëëèîíû ëåò ïîääâèãàåòñÿ îêåàíè÷åñêîå äíî, ïîðîæäàÿ ïîòîêè ðàñêàëåííîé ìàãìû, íàñûùåííîé ìåòàëëàìè. Âäîëü ëèíèé ñòîëêíîâåíèÿ è ïàðàëëåëüíî èì âîçíèêàþò çîíû âóëêàíîâ, âäîëü ëèíèé ñêîëüæåíèÿ — öåïü çåìëåòðÿñåíèé. Ñòðóêòóðíûå ýëåìåíòû, ïîðîæäàåìûå òåêòîíè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ, íåäîëãîâå÷íû è ïîäâåðæåíû ñàìîñîãëàñîâàííûì èçìåíåíèÿì, òàê êàê íîâûå áëîêè êîðû âîçíèêàþò è ïðè âóëêàíè÷åñêèõ ïðîöåññàõ. Êàê ïîêàçàëè êåðíû, îêîëî 11 ìëí ëåò íàçàä Àôðèêàíñêàÿ è Åâðîïåéñêàÿ ïëèòû ñáëèçèëèñü è ïåðåêðûëè Ãèáðàëòàð, Ñðåäèçåìíîå ìîðå âûñîõëî, îòëîæèëèñü òîëùè ñîëè è ãèïñà. Ïîòîì ïðîëèâ îòêðûëñÿ, è íà ñîòíè ëåò â íåì óñòàíîâèëñÿ âîäîïàä (ïî÷òè êàê Íèàãàðñêèé), çàïîëíÿÿ áàññåéí ìîðÿ.
Ëèòîñôåðíûå ïëèòû ñîñòîÿò èç ôðàãìåíòîâ êîðû è íîâûõ «êóñêîâ», íàçûâàåìûõ ýêçîòè÷åñêèìè áëîêàìè. Ïðè ñáëèæåíèè ïëèò îäíà ìîæåò ïîääâèíóòüñÿ ïîä äðóãóþ è ïîãðóçèòüñÿ â ìàíòèþ. Ïðè ýòîì áîëüøàÿ ÷àñòü êîðû óãëóáëÿåòñÿ â àñòåíîñôåðó, à âåðõíèå ñëîè êàê áû ñîñêàáëèâàþòñÿ ñ íåå âåðõíåé ïëèòîé, îáðàçóÿ ïðèçìó àêêðåöèè (îò ëàò. accretio— ïðèðàùåíèå, óâåëè÷åíèå). Òàê, áëèç Âåíåñóýëû Êàðèáñêàÿ ïëèòà ïîääâèãàåòñÿ ïîä Þæíî-Àìåðèêàíñêóþ. Ïðè ñòîëêíîâåíèè ïëèò íåñêîëüêî óâåëè÷èâàåòñÿ îáúåì êîíòèíåíòàëüíîé êîðû. Âäîëü ëèíèè ñòîëêíîâåíèÿ áîëåå ïëîòíàÿ ïëèòà ïîãðóæàåòñÿ, ïîäâåðãàÿñü äåéñòâèþ âñå áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðû. Îíà íåñåò íà ñåáå è îñàäêè, è âîäó, çàõâà÷åííóþ ïîðèñòûìè ïîðîäàìè. Íà ãëóáèíàõ 100—150 êì ýòà âîäà èíèöèèðóåò ðÿä ïðîöåññîâ — ÷àñòè÷íîå ïëàâëåíèå ïîðîä, îáðàçîâàíèå ìàãìû, îáîãàùåííîé À1, Ê, Na, è äð. Ýòà ìàãìà ñîäåðæèò äî SO70 % êðåìíåçåìà è îòëè÷àåòñÿ îò îêåàíè÷åñêîé áàçàëüòîâîé ñâîåé áîëüøåé âÿçêîñòüþ è ãóñòîòîé.  ýòèõ ìåñòàõ ðàñòåò äàâëåíèå, âûçûâàþùåå ïîâûøåííûé âóëêàíèçì.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ èçâåñòíî íåñêîëüêî ñîòåí äåéñòâóþùèõ âóëêàíîâ, è áîëüøàÿ èõ ÷àñòü ðàñïîëîæåíà ïî áåðåãàì Òèõîãî îêåàíà. Äåéñòâóþùèé âóëêàí Êëþ÷åâñêàÿ ñîïêà èçâåðãàåò îãðîìíûå ïîòîêè ëàâû ñ ïåðèîäè÷íîñòüþ â 6 —7 ëåò. Âóëêàí Áåçûìÿííûé ïðîáóäèëñÿ â 1956 ã., è ñèëà èçâåðæåíèÿ áûëà òàêîâà, ÷òî òó÷à ïåïëà ïîäíÿëàñü íà âûñîòó 40 ì. Ýòîò ïåïåë âûïàë íà ïëîùàäè 500 êì2, ðàñòîïèë ñíåã è äîñòèã çà äâîå ñóòîê Ñåâåðíîãî ïîëþñà. Ðàñêàëåííûé ïîòîê ëàâû øèðèíîé äî 30 ì èìåë äëèíó 18 êì.  70-å ãã. áóðíî «çàãîâîðèë» âóëêàí Òîëáà÷åê. Âóëêàí íà îäíîì èç Àíòèëüñêèõ îñòðîâîâ ïðè ñâîåì èçâåðæåíèè â 1902 ã. óíè÷òîæèë öåëûé ãîðîä çà íåñêîëüêî ìèíóò, ïðè ýòîì ïîãèáëè 30 òûñ. ÷åëîâåê.
Âóëêàíû ïî êðàÿì ïëèò ðàñïîëîæåíû íàä îãðîìíûìè, ïîäíèìàþùèìèñÿ ââåðõ «çàíàâåñàìè» ìàíòèè, ïàðàëëåëüíûìè ìàðêèðóþùèì æåëîáàì. Äëèíà öåïåé âóëêàíîâ äîñòèãàåò 37 òûñ. êì. Íà 1 êì çà 1 ìëí ëåò èçâåðãàåòñÿ 20—40 êì3 íîâîãî ñèëèêàòíîãî ìàòåðèàëà, êîòîðûé ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê êîðå (êîíòèíåíòàëüíîé) ñî ñêîðîñòüþ 0,751,5 êì3/ãîä, à ñàìà îêåàíè÷åñêàÿ êîðà ïî÷òè íè÷åãî ê íåé íå äîáàâëÿåò. Íî íàä íåé âîçâûøàþòñÿ îñòðîâà, âîçíèêøèå çà ñ÷åò ñïîêîéíîãî áàçàëüòîâîãî âóëêàíèçìà íàä ãîðÿ÷è-
397
ìè òî÷êàìè è â ðåçóëüòàòå âóëêàíèçìà â îáëàñòÿõ, ïàðàëëåëüíûõ çîíàì ñóáäóêöèè. Íà äíå îêåàíîâ èìåþòñÿ öåëûå áëîêè îñàäêîâ (äî 170 ìëí êì3), ïðèíåñåííûå ðåêàìè èëè îñòàâëåííûå âûìåðøèìè îðãàíèçìàìè. ×àñòü ýòîãî îêåàíè÷åñêîãî ÷åõëà ñóáëèìèðóåòñÿ, íî áîëüøàÿ ÷àñòü ñîñòàâëÿåò îñíîâó ýêçîòè÷åñêèõ áëîêîâ.
Ïîëóîñòðîâ Èíäîñòàí — îäèí èç ñàìûõ áîëüøèõ òàêèõ áëîêîâ. Ïîñëåäíèå 100 ìëí ëåò îí áûë åäèíûì, õîòÿ íåêîòîðûå åãî ÷àñòè èìåþò âîçðàñò áîëåå 1 ìëðä ëåò. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî îí áûë ÷àñòüþ îãðîìíîãî êîíòèíåíòà Ãîíäâàíû, âïîñëåäñòâèè ðàçîðâàííîãî íà êóñêè, è äðåéôîâàë íà ñåâåð äî ñòîëêíîâåíèÿ ñ þæíîé îêðàèíîé Àçèè. Äðóãèå ýêçîòè÷åñêèå áëîêè, êîòîðûå íå ÿâëÿþòñÿ îñêîëêàìè äðåâíèõ ìàòåðèêîâ, èìåþò âîçðàñò äî 200 ìëí ëåò. Îíè ñîñòîÿò â îñíîâíîì èç ãàëüêè, ïåñêà è àëåâðèòà, èõ î÷åðòàíèÿ ñêëàäûâàëèñü ïîä âëèÿíèåì ñòîëêíîâåíèé è ãëóáèííûõ äåôîðìàöèé. Íà Àëÿñêå, ê ïðèìåðó, áëîêè õðåáòà Áðóêñ — îãðîìíûå, íàñòëàííûå äðóã íà äðóãà ïëàñòèíû.  Êîðäèëüåðàõ îíè èìåþò âûòÿíóòóþ ôîðìó, à â Êèòàå ñìåñòèëèñü â ñóáøèðîòíîì íàïðàâëåíèè, òàê êàê Èíäîñòàí äàâèò íà Àçèþ ñ þãà. Èñòîðèÿ ôîðìèðîâàíèÿ áëîêîâ íå âñåãäà âîññòàíàâëèâàåìà, íî ñâèäåòåëüñòâà äâèæåíèé ñóùåñòâóþò.
Îáúåì êîíòèíåíòàëüíîé êîðû ñåé÷àñ ñîñòàâëÿåò 7,6 • 109 êì3, à äðåâíåéøèå ïîðîäû èìåþò âîçðàñò 3,8 ìëðä ëåò, ò.å. ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ðîñòà êîíòèíåíòîâ ñîñòàâëÿåò îêîëî 2 êì3/ãîä, èëè 65 ì3/ñ, ÷òî ÿâíî çàâûøåíî, òàê êàê íà íåîñòûâøåé Çåìëå îíà áûëà áîëüøå. Äî 70 % êîðû îáðàçîâàëîñü áîëåå 2 ìëðä ëåò íàçàä, à 30 % ôîðìèðîâàëèñü 2 ìëðä ëåò ñî ñêîðîñòüþ 1 êì3/ãîä. Ñ ýòîé ñêîðîñòüþ îáðàçîâàíèÿ êîðû ìîäåëü ðàññ÷èòûâàëàñü âïëîòü äî ôàíåðî-çîÿ (ýòàïà â 600 ìëí ëåò), äëÿ êîòîðîãî ñóùåñòâóåò èñêîïàåìàÿ ëåòîïèñü æèçíè. Ïî äàííûì ïàëåîìàãíåòèçìà, â íà÷àëå ïåðèîäà êîíòèíåíòû áûëè èçîëèðîâàíû è ñîñðåäîòî÷åíû â îáëàñòè ýêâàòîðà, â ïîñëåäóþùèå 350 ìëí ëåò èç-çà äâèæåíèÿ êîíòèíåíòîâ âîçíèê àãëîìåðàò Ãîíäâàíû è Ëàâðàçèè, çàòåì (250 ìëí ëåò íàçàä) ïðè îáúåäèíåíèè ïîñëåäíèõ ñôîðìèðîâàëñÿ ñóïåðêîíòèíåíò, îðèåíòèðîâàííûé â ñóáìåðèäèàííîì íàïðàâëåíèè. Äðåâíèå ÿäðà êîíòèíåíòîâ óâåëè÷èâàëèñü çà ñ÷åò ýêçîòè÷åñêèõ áëîêîâ, êîòîðûå íàðàùèâàëèñü óæå 200 ìëí ëåò, è Ïàíãåÿ íà÷àëà ðàñïàäàòüñÿ âäîëü ñèñòåìû ðèôîâ, íàïîìèíàþùèõ î÷åðòàíèÿ ñîâðåìåííûõ îêåàíè÷åñêèõ öåíòðîâ ñïðåäèíãà, îïîÿñûâàþùèõ çåìíîé øàð (íà 56 òûñ. êì).
Êàêèå äâèæåíèÿ êîíòèíåíòîâ ïðåäñòîÿò? Ïî îäíîé èç ìîäåëåé ÷åðåç 108 ëåò ìîæåò âîçíèêíóòü íîâûé êîíòèíåíò èç Àçèè è Àìåðèêè. Àòëàíòè÷åñêèé îêåàí áóäåò ðàñøèðÿòüñÿ, à Òèõèé çàêðîåòñÿ èç-çà ñóáäóêöèè Âîñòî÷íî-Òèõîîêåàíñêîãî ñïðåäèíãîâîãî öåíòðà. Ïî äðóãèì ìîäåëÿì ìîãóò áûòü îòëè÷èÿ. Ïðè ñòîëêíîâåíèè ðàçìåðû êîíòèíåíòîâ âîçðàñòóò. Ïëîùàäü êîíòèíåíòîâ, îêðóæàþùèõ Òèõèé îêåàí, ñåé÷àñ îêîëî 290 ìëí êì2, îíà âûðàñòåò íà 9 % çà ñ÷åò ýêçîòè÷åñêèõ áëîêîâ ñî ñêîðîñòüþ 1 êì3/ãîä. Áîëüøóþ ðîëü èãðàþò â ýòîì ïðîöåññå îñàäêè. Ñåé-
398
÷àñ ñàìûì áîëüøèì èñòî÷íèêîì ñíîñà îñàäî÷íîãî ìàòåðèàëà ÿâëÿåòñÿ âçäûìàþùàÿñÿ ìàññà ñóøè, âîçíèêøàÿ çà ñ÷åò ñòîëêíîâåíèÿ Èíäîñòàíà ñ Àçèåé. Êîðà ïî÷òè óäâîèëà ñâîþ ìîùíîñòü è îáðàçîâàëà Ãèìàëàè è Òèáåò. Øåñòü êðóïíûõ ðå÷íûõ ñèñòåì äðåíèðóþò ðåãèîí, ñîñòàâëÿþùèé 4% îáùåé ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè Çåìëè, è âûíîñÿò â îêåàí äî 40 % îáùåãî êîëè÷åñòâà îñàäêîâ, ïåðåíîñèìûõ ðåêàìè.
Ñåâåðî-çàïàäíàÿ ÷àñòü Òèõîãî îêåàíà (ßïîíèÿ, Àçèÿ, Ôèëèïïèíû) èìååò êîíòèíåíòàëüíóþ êîðó èç ôðàãìåíòîâ äðåâíåãî êîíòèíåíòà, êàæäûé èç êîòîðûõ îêðóæåí ïîÿñàìè ýêçîòè÷åñêèõ êîìïëåêñîâ, íàðîñøèõ çà 600 — 250 ìëí ëåò â òå÷åíèå ïàëåîçîÿ. Ñòåðæíåì ñëóæèëà Ñèáèðñêàÿ ïëàòôîðìà, âîêðóã íåå íàðàùèâàëèñü áëîêè. Âäîëü åå þæíîé ãðàíèöû â ðàííåì ïàëåîçîå ñãðóäèëèñü âóëêàíè÷åñêèå äóãè è äðóãèå ïîäíÿòèÿ êîðû, ñôîðìèðîâàëñÿ Áàéêàëüñêèé ñêëàä÷àòûé ïîÿñ. Çàòåì, îò 300 äî 60 ìëí ëåò íàçàä, êîãäà Èíäîñòàí ïîäîøåë ê Àçèè, ôîðìèðîâàëèñü äðóãèå ðàéîíû (Èíäîêèòàé, ßíöçû). Êîíòèíåíòû þãî-çàïàäíîé ÷àñòè Òèõîãî îêåàíà (Àíòàðêòèäà, Àâñòðàëèÿ è Íîâàÿ Çåëàíäèÿ) âîçíèêëè ïðè ðàñïàäå ÷àñòè Ãîíäâàíû 120—100 ìëí ëåò íàçàä, êîãäà ðàçâèëàñü ðèôòîâàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç òðåõ ÷àñòåé. Îäíà èç íèõ îáðàçîâàëà Òàñìàíîâî ìîðå, à äâå äðóãèå îòäåëèëè Àíòàðêòèäó îò Àâñòðàëèè è ïëàòî Êýìïáåëë îò Íîâîé Çåëàíäèè. Âåðîÿòíî, âîñòî÷íàÿ ÷àñòü Àíòàðêòèäû è çàïàäíàÿ ÷àñòü Àâñòðàëèè ÿâëÿþòñÿ áîëåå ìîëîäûìè íàäñòðîéêàìè êîðû.
Äâèæåíèÿ ïëèò — ýòî ïåðèîäè÷åñêèé ïðîöåññ, â êîòîðîì ãëàâíàÿ äâèæóùàÿ ñèëà — òåïëîâàÿ êîíâåêöèÿ â íèæíåé ìàíòèè, à èñòî÷íèê ýíåðãèè — ðàäèîàêòèâíûé ðàñïàä. Çäåñü âàæíà îñîáåííîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ òåïëîòû ÷åðåç çåìíóþ êîðó è óõîäà åå â îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî: îêåàíè÷åñêàÿ êîðà ïðîâîäèò òåïëîòó âäâîå áîëåå ýôôåêòèâíî, ÷åì êîíòèíåíòàëüíàÿ. Åñëè ÷àñòü ïîâåðõíîñòè çàíèìàåò ñóïåðêîíòèíåíò, ïîä íèì äîëæíà íàêîïèòüñÿ òåïëîòà ìàíòèè, âåäóùàÿ ê åãî âçäûìàíèþ è ðàçðóøåíèþ. Ïîñëå ðàçäâèæåíèÿ îñêîëêîâ òåïëîòà óõîäèò ïîä îáðàçóþùèåñÿ ìåæäó íèìè íîâûå îêåàíè÷åñêèå áàññåéíû. Ïîýòîìó ïðè íåïðåðûâíîì ïîäâåäåíèè òåïëîòû ê ïîâåðõíîñòè èç-çà ìàëîé òåïëîïðîâîäíîñòè êîíòèíåíòîâ îíà «ïðîðûâàåòñÿ» ÷åðåç íåå â îòäåëüíûå è äîñòàòî÷íî êîðîòêèå îòðåçêè âðåìåíè. Ñíà÷àëà â íåäðàõ êîíòèíåíòà îáðàçóþòñÿ «ãîðÿ÷èå òî÷êè» âóëêàíîâ, ïîòîì îíè ñîåäèíÿþòñÿ â ðèôòîâûå äîëèíû, âäîëü êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ðàñêîë êîíòèíåíòà. ×åðåç ðèôòû âåùåñòâî ìàíòèè ïîñòóïàåò ê ïîâåðõíîñòè, ãîòîâÿ îêåàíñêîå äíî. Äíî óïëîòíÿåòñÿ, îõëàæäàåòñÿ, îïóñêàåòñÿ âíèç, óãëóáëÿÿ îêåàí, è ýòîò ïðîöåññ äëèòñÿ ïðèìåðíî 200 ìëí ëåò. Çàòåì ñàìàÿ äðåâíÿÿ ÷àñòü íîâîãî îêåàíè÷åñêîãî äíà êîíòèíåíòà, ïðèìûêàþùàÿ ê îñêîëêàì, óïëîòíÿåòñÿ è ïîãðóæàåòñÿ ïîä êîíòèíåíòàëüíóþ êîðó — íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ ñóáäóêöèè. Äàëåå îêåàí çàêðûâàåòñÿ, êîíòèíåíòû ñáëèæàþòñÿ, à ñèëû ñæàòèÿ ïîðîæäàþò ãîðû.
Ñóïåðêîíòèíåíòàëüíûé öèêë äëèòñÿ îêîëî 440 ìëí ëåò. Ñóïåðêîíòèíåíò óñòîé÷èâ îêîëî 80 ìëí ëåò, íàêàïëèâàþùàÿñÿ òåïëîòà âûçûâàåò çàðîæäåíèå ðèôòîâ. ×åðåç 40 ìëí ëåò êîíòèíåíò
399
ðàñêàëûâàåòñÿ. ×åðåç 160 ìëí ëåò äðåéôóþùèå êîíòèíåíòû ìàêñèìàëüíî óäàëÿþòñÿ, à çàòåì íà÷èíàþò ñáëèæàòüñÿ, è ñóïåðêîíòèíåíò âîññòàíàâëèâàåòñÿ. Åñëè ñåé÷àñ Àòëàíòè÷åñêèé îêåàí íàõîäèòñÿ åùå â ñòàäèè ðàçäâèæåíèÿ, òî ïîòîì, êîãäà åãî êîðà ñîñòàðèòñÿ è íà÷íåò ïîãðóæàòüñÿ ïîä ñîñåäíèå êîíòèíåíòû, îí ìîæåò çàêðûòüñÿ.
Óäèâèòåëüíûå çàêîíîìåðíîñòè îáíàðóæèâàþòñÿ ïðè ñîïîñòàâëåíèè âðåìåíè ðàçâèòèÿ ðèôòîâ è âðåìåíè èíòåíñèâíîãî ãîðîîáðàçîâàíèÿ. Ñåðåäèíû ïåðèîäîâ ãîðîîáðàçîâàíèÿ ïðèõîäÿòñÿ ïðèìåðíî íà 2600, 2100, ìåæäó 1800 è 1600, 1100, 650 è 250 ìëí ëåò íàçàä. Èíòåðâàëû ìåæäó íèìè ïîðÿäêà 400—500 ìëí ëåò. Ïðèìåðíî ÷åðåç 100 ìëí ëåò ïîñëå êàæäîãî èç íèõ íàñòóïàëà ïîðà ðèôòî-ãåíåçà. Âîçðàñòû áîëüøîãî ÷èñëà âûíåñåííûõ èç ìàíòèè ïîðîä ãðóïïèðóþòñÿ íà îòðåçêè âðåìåíè ñî ñðåäíèìè çíà÷åíèÿìè 2500, 2000, 1700—1500, 1000 è 600 ìëí ëåò. Ïåðèîä îáðàçîâàíèÿ ãîð, ïðîòåêàâøèé îêîëî 250 ìëí ëåò íàçàä, ñìåíèëñÿ ðèôòîãåíåçîì è ðàçðóøåíèåì Ïàíãåè, ò.å. ïåðèîä ýâîëþöèè ñóïåðêîíòèíåíòà 400— 500 ìëí ëåò. Ýòà ïåðèîäè÷íîñòü îòðàæàåòñÿ â êîëåáàíèÿõ óðîâíÿ îêåàíîâ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ïðîâåðêîé ìîäåëè. Êðîìå ýòîãî, â îêåàíè÷åñêîé êîðå íåïðåðûâíî âîçíèêàþò ïåðèîäè÷åñêèå ñòðóêòóðû — «òâåðäûå âîëíû». Ïîëîñà ïëîòíûõ è òÿæåëûõ ïîðîä ó áåðåãîâ íàãðóæàåòñÿ îñàäêàìè ñ êîíòèíåíòà, ïðîãèáàåòñÿ è óõîäèò âíèç. Åå ìåñòî çàíèìàþò îñàäî÷íûå ïîðîäû, â íèõ âíîâü ïðîíèêàþò ðàñòâîðû è öåìåíòèðóþò èõ. Òàê öèêë ïîâòîðÿåòñÿ. Òàêèå çàñòûâøèå âîëíû ñåé÷àñ íàáëþäàþòñÿ â Àòëàíòè÷åñêîì, Òèõîì è Èíäèéñêîì îêåàíàõ. Ýòè âîëíû ìåäëåííûå, ïðîõîäÿò ìèëëèîíû ëåò, ïîêà íàâñòðå÷ó ýòîé âîëíå ïðèäåò àíàëîãè÷íàÿ ñ äðóãîãî áåðåãà. Êîãäà âîëíû âñòðåòÿòñÿ, âîçíèêíåò ïîäíÿòèå, íàçûâàåìîå ñðåäèííûì õðåáòîì.
Ãëîáàëüíàÿ òåêòîíèêà ëèòîñôåðíûõ ïëèò — ýòî åùå îäèí ìåõàíèçì îáìåííîãî õàðàêòåðà, ïîçâîëÿþùèé ïîíÿòü ýâîëþöèþ çåìíûõ ãëóáèí. Ðàñ÷åòû íà ÝÂÌ ïîêàçàëè, ÷òî ïîä äåéñòâèåì òåïëîòû âåùåñòâî Çåìëè îñóùåñòâëÿåò êîëüöåîáðàçíîå äâèæåíèå, ñîñðåäîòî÷åííîå â âåðõíåé çîíå íà îáëàñòÿõ ïîðÿäêà 700 êì. Ýòè êîëüöåîáðàçíûå çâåíüÿ èãðàþò ðîëü íåêèõ ÿ÷ååê: âåðõíèå, íàèáîëåå õîëîäíûå ÷àñòè è ÿâëÿþòñÿ ïëèòàìè. Òåîðèÿ ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü ñ ïîçèöèé ìåõàíèêè è õèìèè ìíîãèå ãåîëîãè÷åñêèå ÿâëåíèÿ. Òåîðèÿ äðåíàæíîé îáîëî÷êè, íàïðèìåð, íàõîäèò ñâîå ïðèìåíåíèå ïðè îáúÿñíåíèè ýâîëþöèè ìàòåðèêîâ, ÷òî ïîêàçûâàåò îãðîìíóþ âçàèìîñâÿçü ñèñòåì Çåìëè. Òåìïû ðàçâèòèÿ ãåîôèçè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ïîçâîëÿþò íàäåÿòüñÿ, ÷òî âñêîðå óäàñòñÿ ðàçðåøèòü ìíîãèå íåñîãëàñîâàííîñòè â ðàçâèòèè îòäåëüíûõ êîíöåïöèé î ïðîöåññàõ íà ãðàíèöå êîðû ñ ìàíòèåé ïîä îêåàíàìè è ñîçäàòü åäèíîå ïðåäñòàâëåíèå î êðóãîîáîðîòå âåùåñòâà â Çåìëå — îò ïåðâîãî ïîïàäàíèÿ ëó÷èñòîé ýíåðãèè íà åå ïîâåðõíîñòü äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè. Íà áîëüøèõ ãëóáèíàõ âñå íàõîäèòñÿ
400
â äâèæåíèè, õîòÿ äåòàëè ïðîöåññîâ íå âûÿñíåíû. Ýòà òåîðèÿ ñîçäàëà ïðåäñòàâëåíèå îá óïîðÿäî÷åííîì, äåòåðìèíèðîâàííîì õàðàêòåðå ðàçâèòèÿ âåðõíåé îáîëî÷êè Çåìëè. Íåëèíåéíàÿ ãåîäèíàìèêà ïîçâîëèëà áû âêëþ÷èòü â ðàññìîòðåíèå «îñîáåííîñòè íåóïîðÿäî÷åííîãî ïðîÿâëåíèÿ âî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâå ñòðóêòóðîîáðàçóþùèõ äâèæåíèé â ïðåäåëàõ òåêòîíîñôåðû». Ñîçäàíèå òàêîé òåîðèè ïîçâîëèò îïèñàòü õàðàêòåð äâèæåíèÿ âåùåñòâà â íåäðàõ â ïðîøëîì è áóäóùåì (ðèñ. 10.5).
Ìåòîä èíòåðôåðîìåòðèè ñî ñâåðõäëèííîé áàçîé (ÈÑÄÁ) äàë âîçìîæíîñòü èçìåðèòü êîëåáàíèÿ Çåìëè, èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè åå âðàùåíèÿ è äðåéô ìàòåðèêîâûõ ïëèò, èñïîëüçóÿ íàáëþäåíèÿ çà ñëàáûìè ðàäèîñèãíàëàìè îò êâàçàðîâ, ðàñïîëîæåííûõ íà êðàþ Âñåëåííîé. Êâàçàðû ñëóæàò êàê áû ìàÿêàìè, òåì áîëåå ÷òî èõ óäàëåííîñòü íå ïîçâîëÿåò çàñå÷ü èõ ñîáñòâåííîå ïåðåäâèæåíèå â ïðîñòðàíñòâå, äà è ðàñïðåäåëåíû îíè ïî íåáó äîñòàòî÷íî ðàâíîìåðíî. Ðàäèîòåëåñêîïû íà Çåìëå, ðàçíåñåííûå íà òûñÿ÷è êèëîìåòðîâ, äîëæíû ñëåäèòü çà îäíèì è òåì æå èñòî÷íèêîì ðàäèîèçëó÷åíèÿ. Ìåòîä ÈÑÄÁ ïîçâîëÿåò çàñå÷ü èçìåíåíèÿ ïîëîæåíèÿ â ìàíòèè èëè êîëåáàíèÿ çåìíîé êîðû ñ àìïëèòóäîé â íåñêîëüêî ñàíòèìåòðîâ îòíîñèòåëüíî îñè âðàùåíèÿ Çåìëè èëè èçìåíåíèÿ îðèåíòàöèè îñè â ïðîñòðàíñòâå íà âåëè÷èíó îêîëî 10-3 óãë. ñ ïðè óñêîðåíèè èëè çàìåäëåíèè âðàùåíèÿ. Òàêèì ïóòåì, íàïðèìåð, óñòàíîâèëè, ÷òî Êðàñíîå ìîðå ðàñøèðÿåòñÿ ñî ñêîðîñòüþ 1 ñì/ãîä.
401
Âîçìîæíîñòè èçëîæåííûõ âûøå ãèïîòåç è òåîðèé ñóùåñòâåííî áû âîçðîñëè ïðè ó÷åòå äåéñòâèÿ ïðèðîäíûõ ôèçè÷åñêèõ ïîëåé, òåì áîëåå ÷òî ãîðíûå ïîðîäû ÿâëÿþòñÿ íîñèòåëÿìè ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ.
10.5. Ãåîõðîíîëîãè÷åñêàÿ øêàëà ýâîëþöèè Çåìëè
Óñòàíîâëåíèå ïðîäîëæèòåëüíîñòè îòäåëüíûõ ïåðèîäîâ è ýïîõ, êàê è âîçðàñòà Çåìëè â öåëîì, çàñòàâèëî îáðàòèòüñÿ ê ðàâíîìåðíîìó ïðîöåññó, ïðîòåêàþùåìó ñ èçâåñòíîé ñêîðîñòüþ â òå÷åíèå èññëåäóåìîãî ïåðèîäà è ïîçâîëÿþùåìó äåëàòü êîëè÷åñòâåííûå èçìåðåíèÿ. Ýòè ñîîáðàæåíèÿ âûñêàçàëè Ëîìîíîñîâ («Î ñëîÿõ çåìíûõ», 1763) è Ëàìàðê («Ãèäðîãåîëîãèÿ», 1802). Ñ ýòîé öåëüþ ïûòàëèñü èññëåäîâàòü íàêîïëåíèÿ ñîëåé â îêåàíå è äðóãèå ó÷åíûå. Îíè ïîëó÷èëè îöåíêè, íå ïðîòèâîðå÷àùèå ðàñ÷åòàì, ïîëó÷åííûì äðóãèìè ìåòîäàìè.
Âîçðàñòû õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ è òåë Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû îïðåäåëèëè ïî ñîîòíîøåíèþ èçîòîïîâ ñâèíöà Ðb-206 — Ðb-208 â ìåòåîðèòàõ è çåìíîé êîðå è ðàññ÷èòàëè: âîçðàñò Çåìëè — 4,55 ìëðä ëåò. Âîçðàñò ðàäèîàêòèâíûõ ÿäåð â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå ïðèìåðíî 4,8 ìëðä ëåò, è ñ÷èòàþò, ÷òî òÿæåëûå ÿäðà îáðàçîâàëèñü íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ôîðìèðîâàíèåì ïëàíåò ïðèìåðíî çà 200 ìëí ëåò. Àêàäåìèê À. Å. Ôåðñìàí ðàçäåëèë âðåìÿ ñóùåñòâîâàíèÿ àòîìîâ Çåìëè íà òðè ýïîõè: ýïîõó çâåçäíûõ óñëîâèé ñóùåñòâîâàíèÿ, ýïîõó íà÷àëà ôîðìèðîâàíèÿ ïëàíåò, ýïîõó ãåîëîãè÷åñêîãî ðàçâèòèÿ.
Òåðìèí «ãåîõðîíîëîãèÿ» ïðèíÿò â íàóêàõ î Çåìëå äëÿ îáîçíà÷åíèÿ âðåìåíè è ïîñëåäîâàòåëüíîñòè îáðàçîâàíèÿ ãîðíûõ ïîðîä, ñëàãàþùèõ çåìíóþ êîðó. Îòíîñèòåëüíûé âîçðàñò ïîðîä îöåíèâàåòñÿ äîñòàòî÷íî ïðîñòî â îäíîì ãåîëîãè÷åñêîì ðàçðåçå, ïîñêîëüêó êàæäûé íàëåãàþùèé ïëàñò îáðàçîâàëñÿ ïîçäíåå òîãî ïëàñòà, íà êîòîðûé îí ëîæèòñÿ. Ýòîò ñòðàòèãðàôè÷åñêèé ìåòîä ïðèìåíÿþò è ïðè ñðàâíåíèè âîçðàñòà ïîðîä â ðàçíûõ ðàçðåçàõ, õîòÿ ïðèõîäèòñÿ ïðèâëåêàòü è äàííûå ïàëåîíòîëîãèè äëÿ ñîïîñòàâëåíèÿ âîçðàñòà ñëîåâ.
Ãåîõðîíîëîãè÷åñêàÿ øêàëà ïðèíÿòà â 1881 ã. íà Ìåæäóíàðîäíîì ãåîëîãè÷åñêîì êîíãðåññå, íà êîòîðîì áûëè ââåäåíû òåðìèíû: ýðà, ïåðèîä, ýïîõà, âåê, âðåìÿ. Õîòÿ ýòî ðàçäåëåíèå óñëîâíî, íî íà ðóáåæå ñîñåäíèõ ýð èëè ïåðèîäîâ ïðîèñõîäèëè ñóùåñòâåííûå ãåîëîãè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàíèÿ, à êàæäîå ïîäðàçäåëåíèå îáëàäàëî êà÷åñòâåííûì ñâîåîáðàçèåì. Ýðû — íàèáîëåå êðóïíûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè, âêëþ÷àþùèå êàòàðõåé (îò îáðàçîâàíèÿ Çåìëè äî çàðîæäåíèÿ æèçíè); àðõåé (3,5 — 2,6 ìëðä ëåò); ïðîòåðîçîé (2,6 ìëðä — 570 ìëí ëåò) è ôàíåðîçîé (570 ìëí ëåò — íàøå âðåìÿ) (ðèñ. 10.6).
Ïî ñòåïåíè èçó÷åííîñòè âñÿ èñòîðèÿ ïëàíåòû äåëèòñÿ íà äâå ÷àñòè. Áîëåå äðåâíÿÿ îõâàòûâàåò îãðîìíûé èíòåðâàë âðåìåíè îò
402
570 äî 3800 ìëí ëåò íàçàä. Åå íàçâàëè êðèïòîçîåì, èëè ïåðèîäîì ñî ñêðûòûì ðàçâèòèåì æèçíè. Õîòÿ îí èçó÷åí íåäîñòàòî÷íî, ãåîëîãè óñòàíîâèëè íåîáðàòèìûé õàðàêòåð îñàäêîîáðàçîâàíèÿ è îñíîâíûå òåíäåíöèè ýâîëþöèè Çåìëè ïîä âëèÿíèåì ðàçâèâàþùåéñÿ æèçíè.
Áîëåå ìîëîäàÿ ýðà, ñîñòàâëÿþùàÿ 570 ìëí ëåò è íàçâàííàÿ ôàíåðîçîåì (îò ãðå÷. phaneros— ÿâíûé + zoe— æèçíü), èçó÷åíà ëó÷øå. Ê íåé îòíîñÿòñÿ ôîðìàöèè ïàëåîçîÿ, ìåçîçîÿ è êàéíîçîÿ. Ïàëåîçîé (570 — 230 ìëí ëåò) âêëþ÷àåò ïåðèîäû: êåìáðèé (570 — 500 ìëí ëåò), îðäîâèê (500 — 440 ìëí ëåò), ñèëóð (440 — 410 ìëí ëåò), äåâîí (410 — 350 ìëí ëåò), êàðáîí (350 — 285 ìëí ëåò), ïåðìü (285 — 230 ìëí ëåò). Ê ìåçîçîþ îòíîñÿò ïåðèîäû: òðèàñ (23 — 195 ìëí ëåò), þðà (195 — 137 ìëí ëåò) è ìåë (137 — 67 ìëí ëåò). Êàéíîçîé ðàçäåëÿþò íà ïåðèîäû è âåêà. Ïåðèîä ïàëåîãåíà ñîñòîèò èç âåêîâ ïàëåîöåíà (67 — 27 ìëí ëåò), ýîöåíà (54—38 ìëí ëåò) è îëèãîöåíà (38 — 27 ìëí ëåò). Ïåðèîä íåîãåíà (27 — 3 ìëí ëåò) äåëÿò íà âåêà: ìèîöåí (27 — 8 ìëí ëåò) è ïëèîöåí (8 — 3 ìëí ëåò). Ïîñëåäíèé ïåðèîä íàçâàëè ÷åòâåðòè÷íûì. Îí ñîñòîèò èç âåêîâ ïëåéñòîöåíà (3 ìëí—20 òûñ. ëåò) è ãîëîöåíà (20 òûñ. ëåò — íàøå âðåìÿ).
Ñîãëàñíî îáîáùåíèÿì àêàäåìèêà Í. Ì. Ñòðàõîâà â íàñòîÿùåå âðåìÿ â èñòîðèè Çåìëè âûäåëÿþò ÷åòûðå ýòàïà õèìèêî-áèîãåííîãî îñàäêîîáðàçîâàíèÿ.
Ïåðâè÷íûå îêåàí è àòìîñôåðà, êîãäà æèâîå ïîÿâëÿëîñü â îãðàíè÷åííûõ ìàñøòàáàõ.  ðàííèé àðõåé ôîðìèðîâàëàñü âîäíàÿ îáîëî÷êà Çåìëè, â îêåàíàõ áûëè ðàñòâîðåíû âûäåëÿåìûå âóëêàíàìè
403
ïðîäóêòû: ñåðîâîäîðîä (H2S), ìåòàí (ÑÍ4), óãëåêèñëûé ãàç (Ñ02), ñîëÿíàÿ (ÍÑ1), ïëàâèêîâàÿ (HF) è áîðíàÿ (Í3Â03) êèñëîòû, ðàçëè÷íûå óãëåâîäîðîäû. Ñóëüôàòîâ òîãäà, êàê è ñâîáîäíîãî êèñëîðîäà äëÿ èõ îáðàçîâàíèÿ èç ñåðíèñòîãî âîäîðîäà, ïî÷òè íå áûëî.  àòìîñôåðå ïðåîáëàäàëè Ñ02 è NH3, ïðèñóòñòâîâàëè è ÍÑ1, H2S04, CH4 è íåñêîëüêî èíåðòíûõ ãàçîâ. Êèñëîòíîñòü âîäû (ðÍ) áûëà ïîðÿäêà -1—2. Òåìïåðàòóðà íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè ñîñòàâëÿëà 65 — 80 "Ñ.
Íà÷àëîñü îáðàçîâàíèå ïåðâè÷íûõ îñàäî÷íûõ ãîðíûõ ïîðîä. Ïîâåðõíîñòü Çåìëè áûëà ïîõîæà íà ñîâðåìåííóþ ëóííóþ: ïëîùàäè ìåæäó âóëêàíàìè çàíèìàë íåãëóáîêèé îêåàí, à âóëêàíû âûñòóïàëè â âèäå îñòðîâîâ. Êëèìàò áûë âëàæíûé, âóëêàíîãåííî-îñàäî÷-íûé, è êëèìàòè÷åñêèõ ïîÿñîâ â ñîâðåìåííîì ïîíèìàíèè íå áûëî. Íàëè÷èå óãëåêèñëîòû â àòìîñôåðå ñïîñîáñòâîâàëî âûâåòðèâàíèþ èçâåðæåííûõ ïîðîä, îáðàçîâûâàëèñü êàðáîíàòû êàëèÿ, íàòðèÿ, ìàãíèÿ, êàëüöèÿ è êîëëîèäíûå ÷àñòèöû À1203, Si02, Fe203. Ïîïàäàÿ â êèñëóþ ñðåäó îêåàíà, îíè ïðåâðàùàëèñü â õëîðèäû êàëèÿ, íàòðèÿ, ìàãíèÿ è êàëüöèÿ, ÷òî ìåíÿëî ñîñòàâ ïåðâè÷íîãî îêåàíà, óìåíüøàÿ åãî êèñëîòíîñòü. Âóëêàíè÷åñêèå ïîðîäû ïîâåðõíîñòè ïîäâåðãàëèñü âûâåòðèâàíèþ, íà íèõ îñàæäàëèñü êðåìíåçåì è ñóëüôèäû òÿæåëûõ ìåòàëëîâ. Ýòî ïðîèñõîäèëî â êàòàðõåéñêóþ ýðó.
Ïîÿâëåíèå ïåðâûõ îðãàíèçìîâ âïëîòü äî ôîòîñèíòåçèðóþùèõ. Ê êîíöó àðõåÿ ñîñòàâ ìîðñêîé âîäû èçìåíèëñÿ. Áëàãîäàðÿ âîçäåéñòâèþ ñèëèêàòîâ îñàäî÷íûõ îòëîæåíèé è êàðáîíàòîâ Ê, Ñà, Na, Mg, îáðàçîâàâøèõñÿ íà ïîâåðõíîñòè ñóøè ïðè âûâåòðèâàíèè ìèíåðàëîâ âóëêàíè÷åñêèõ ïîðîä ïîä äåéñòâèåì óãëåêèñëîé àòìîñôåðû, êèñëîòû ìîðÿ íåéòðàëèçîâàëèñü. Êèñëîòíîñòü âîäû óìåíüøàëàñü, êàðáîíàòû âñòóïàëè â ðåàêöèþ ñ ñîëÿíîé êèñëîòîé, îáðàçóÿ õëîðèäû. Ìåíÿëñÿ ñîñòàâ àòìîñôåðû. Ñ ñóøè ïîñòóïàëè ðàñòâîðåííûå êàðáîíàòû, îíè íå òîëüêî ïðåîáðàçîâûâàëè õëîðèä-íóþ âîäó â õëîðèäíî-êàðáîíàòíóþ, íî è âûïàäàëè â îñàäîê. Òàê íàðÿäó ñ ïåñ÷àíî-ãëèíèñòûìè îñàäêàìè è ïðîäóêòàìè âóëêàíè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè íà äíå îêåàíîâ íà÷àëè ôîðìèðîâàòüñÿ êàðáîíàòíûå îòëîæåíèÿ — äîëîìèòû è èçâåñòíÿêè. Óñèëåííî îòëàãàëèñü õåìîãåííûé êðåìíåçåì è îêèñëû æåëåçà ñ îáðàçîâàíèåì èëîâ (ïîçæå ïðåâðàùåííûõ â æåëåçèñòûå êâàðöèòû — èñòî÷íèêè ñîâðåìåííûõ ìåñòîðîæäåíèé æåëåçíûõ ðóä). Ñëîæèâøèåñÿ òîëùè ïîðîä àðõåÿ äîñòèãàþò îãðîìíîé ìîùíîñòè (10 — 12 êì). Îíè ïîäâåðãàëèñü ìåòàìîðôèçìó è ñêëàä÷àòîñòè, ïðîèñõîäèëà ãðàíèòèçàöèÿ ïîðîä. Ãðàíèòíûå òåëà ïîäíèìàëèñü ââåðõ â âèäå ãðàíèòíûõ êóïîëîâ, äåôîðìèðóÿ äðóãèå ïîðîäû. Âîçíèê ìåòàìîðôè÷åñêèé ñëîé ñ êîíòèíåíòàëüíûì òèïîì çåìíîé êîðû; íà íåêîòîðûõ òåððèòîðèÿõ ñîâðåìåííûõ ìàòåðèêîâ, îáðàçóÿ èõ ÿäðà, ïîÿâèëèñü äðåâíèå ùèòû, âûñòóïàþùèå íàä âîäîé.
Ñ âîçðàñòàíèåì ðîëè àçîòà àòìîñôåðà î÷èùàëàñü îò àììèàêà è ìåòàíà. Âî âðåìÿ îáðàçîâàíèÿ îáøèðíûõ êîíòèíåíòàëüíûõ ìàñ-
404
ñèâîâ ñòàëè çàðîæäàòüñÿ êëèìàòè÷åñêèå çîíû — ñóõîãî, õîëîäíîãî (ëåäíèêîâîãî) è âëàæíîãî êëèìàòà.  ìîðñêîé âîäå íà÷àëè âûäåëÿòüñÿ äîëîìèòû CaMg(C03)2, îñåäàþùèå õèìè÷åñêèì ïóòåì íà îêåàíè÷åñêîå äíî, ãäå â îñíîâíîì â èëàõ ñ ïðîñëîéêàìè ìèíåðàëîâ íàêàïëèâàëèñü êðåìíåçåì, æåëåçî è ìàðãàíåö. Âîçíèêëè ìíîãî÷èñëåííûå ãëèíèñòûå ìèíåðàëû, äàâøèå íà÷àëî îáðàçîâàíèþ êðèñòàëëè÷åñêèõ ñëàíöåâ. Âñå ýòè ñëåäû ñåäèìåíòàöèè (îò ëàò. sedimentum— îñåäàíèå) ðàñøèôðîâûâàþòñÿ ñ áîëüøèì òðóäîì.
Áîëüøàÿ ÷àñòü äîêåìáðèéñêîãî ïåðèîäà — òðåòèé ýòàï (îò 3 ìëðä äî 0,6 ìëðä ëåò äî íàøåãî âðåìåíè). Ïðîòåðîçîé ïðåäñòàâëåí áîëüøèì ÷èñëîì ñèëüíî ìåòàìîðôèçîâàííûõ ïîðîä íà íàðàñòàþùåé çåìíîé êîðå.  ðàííåì ïðîòåðîçîå íà îêðàèíàõ ñëîæèâøèõñÿ ùèòîâ íà÷àëîñü ðàçâèòèå ïåðâûõ ãåîñèíêëèíàëüíûõ çîí, ãäå ïðîèñõîäèëè ïðîöåññû ïðîãèáàíèÿ êîðû, íàêîïëåíèå ìîùíûõ âóëêà-íîãåííî-îñàäî÷íûõ òîëù, à çàòåì âíåäðåíèå ãðàíèòíûõ ìàññèâîâ, ìåòàìîðôèçì, ñêëàä÷àòîñòü, ïîäíÿòèå ýòèõ ó÷àñòêîâ — ãîðîîáðàçîâàíèå è ïîäíÿòèå êîíòèíåíòîâ. Íî áûëè ó÷àñòêè ñ ìåäëåííûì ðàçâèòèåì ýòèõ ïðîöåññîâ, è îáðàçîâàëèñü êðóïíûå ïëàòôîðìû æåñòêîé ñòàáèëèçàöèè.  ãåîñèíêëèíàëüíûõ çîíàõ ñ ìîùíûìè îòëîæåíèÿìè îñàäî÷íûõ ïîðîä âîçíèêàëà ñêëàä÷àòîñòü. Ïðîöåññû ðåãóëèðîâàëèñü òåêòîíè÷åñêèì ðàçâèòèåì ëèòîñôåðû. Çåìíàÿ êîðà ðàçðàñòàëàñü ïî ïîâåðõíîñòè è â ãëóáèíó. Ïðè ýòîì îñàäî÷íûå ïîðîäû ïîãðóæàëèñü íà ãëóáèíû, ïîäâåðãàÿñü ïðîöåññàì ãðàíèòèçàöèè è ìåòàìîðôèçìà, òåðÿÿ ëåãêîïîäâèæíûå êîìïîíåíòû, êîòîðûå ïåðåìåùàëèñü â âåðõíèå ãîðèçîíòû. Áîëüøàÿ ÷àñòü êàðáîíàòíûõ ìàòåðèàëîâ ðàçðóøàëàñü, ïåðåõîäÿ â ñèëèêàòíûå ñ âûäåëåíèåì óãëåêèñëîòû. Òî æå ïðîèñõîäèëî è ñ âîäîé.
Çàòåì íà îêðàèíàõ ïëàòôîðì âîçíèêëè íîâûå ãåîñèíêëèíàëüíûå ïîÿñà — Òèõîîêåàíñêèé, Ñðåäèçåìíîìîðñêèé, Àòëàíòè÷åñêèé, Óðàëî-Ìîíãîëüñêèé è Àðêòè÷åñêèé; èõ ðàçâèòèå ðàñøèðÿëî ïëîùàäü êîíòèíåíòàëüíîé êîðû. Óñèëèâàëîñü îòëîæåíèå äîëîìèòîâ è èçâåñòíÿêîâ, ÷òî áûëî ñâÿçàíî ñ ïîÿâëåíèåì ñèíå-çåëåíûõ âîäîðîñëåé è èçìåíåíèåì ñîñòàâà àòìîñôåðû. Âûäåëÿþùèåñÿ ïðè âóëêàíè÷åñêèõ ïðîöåññàõ ñåðà è âîäîðîä ïðè íàëè÷èè êèñëîðîäà îáðàçîâûâàëè ñóëüôàòû, êîòîðûå âûòåñíÿëè èç ìîðñêîé âîäû ÑO2 â îñàäîê, è íàðÿäó ñ ÷èñòî õèìè÷åñêèìè ÿâëåíèÿìè, çà ñ÷åò ñâÿçûâàíèÿ êàðáîíàòîâ ìèêðîâîäîðîñëÿìè, áîëüøóþ ðîëü íà÷àëè èãðàòü è îðãàíîãåííûå èçâåñòíÿêè. Îò ýòîãî ïåðèîäà äî íàñ äîøëè ëåäíèêîâûå îòëîæåíèÿ. Âîçíèêàëè êîíòèíåíòû.
Ïåðâè÷íûå æèâûå îðãàíèçìû áûëè àíàýðîáíûìè, ò. å. æèëè áåç êèñëîðîäà, ïèòàÿñü ãîòîâûìè îðãàíè÷åñêèìè âåùåñòâàìè. Íî ðåçåðâ îðãàíèêè, âîçíèêàþùåé èç ñìåñè íåîðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ ïîä âëèÿíèåì æåñòêîãî ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ è ãðîçîâûõ ðàçðÿäîâ, èññÿêàë. Ïîýòîìó ïðèðîäå ñëåäîâàëî áû âûðàáîòàòü ñïîñîáû
405
ôîðìèðîâàíèÿ êðóïíûõ ìîëåêóë èíûìè ñïîñîáàìè. Ïðåèìóùåñòâî ïîëó÷èëè òå êëåòêè, êîòîðûå ìîãëè ñàìè èñïîëüçîâàòü ýíåðãèþ ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ. Íåêîòîðûå ïðîñòûå ñîåäèíåíèÿ ñïîñîáíû ê ýòîìó, åñëè â èõ ñîñòàâ âõîäÿò àòîìû ìàãíèÿ (êàê â õëîðîôèëëå). Óñâîåííàÿ ñîëíå÷íàÿ ýíåðãèÿ óñêîðÿëà ðåàêöèè îáìåíà, íåîáõîäèìûå äëÿ ïîÿâëåíèÿ îðãàíèêè; îíà íàêàïëèâàëàñü, à çàòåì ðàñùåïëÿëàñü ñ âûñâîáîæäåíèåì ýíåðãèè.
Ðåøàþùèå èçìåíåíèÿ ïðîèçîøëè ñ ïîÿâëåíèåì ôîòîñèíòåçà. Îí îáåñïå÷èë íåçàâèñèìîñòü æèçíè îò âíåøíèõ ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâ. Ïîÿâèëèñü àâòîòðîôíûå îðãàíèçìû. Èõ ñëåäû íàéäåíû â îòëîæåíèÿõ. Äàæå â ïîðîäàõ àðõåÿ íàõîäÿò îñòàòêè çåëåíûõ âîäîðîñëåé (3 ìëðä ëåò íàçàä).  ãèäðîñôåðå è çàòåì â àòìîñôåðå ïîÿâèëñÿ ñâîáîäíûé êèñëîðîä, áûñòðî ìåíÿþùèé ñîñòàâ àòìîñôåðû; ìåòàí è àììèàê ïî÷òè èñ÷åçëè áëàãîäàðÿ îêèñëåíèþ, ñòàë óáûâàòü è Ñ02. Êèñëîðîä áûë ÿäîì äëÿ àíàýðîáíûõ îðãàíèçìîâ, îíè «ïðÿòàëèñü» â áîëîòà, ãäå âûäåëÿëè ìåòàí, èëè ïðèñïîñàáëèâàëèñü ê äûõàíèþ, èëè âûìèðàëè. Ïåðåõîä ê ôîòîñèíòåçó äëèëñÿ äîëãî. Ê êåìáðèþ àòìîñôåðà ñòàëà ïî÷òè ñîâðåìåííîé — àçîòíî-êèñëîðîäíîé ïî ñîñòàâó. Îêåàí òåðÿë óãëåêèñëîòó, îáîãàùàÿñü êèñëîðîäîì. Âóëêàíè÷åñêàÿ ñåðà è ñåðîâîäîðîä ñòàëè ïåðåõîäèòü â ñóëüôàòíóþ ôîðìó H2S04. Ñåðíàÿ êèñëîòà, âçàèìîäåéñòâóÿ ñ ðàñòâîðåííûìè êàðáîíàòàìè, âûòåñíÿëà óãëåêèñëîòó, à âîäà îáîãàùàëàñü ñóëüôàòíûì èîíîì (S04)2. Ìåòàëëû ñòàëè ìåíåå ïîäâèæíû, â êèñëîðîäíîé ñðåäå îíè îñàæäàëèñü óæå â âûñøèõ ñòàäèÿõ îêèñëåíèÿ, íàêàïëèâàëèñü òîëùè ïîðîä, ñîäåðæàùèõ æåëåçî â îêèñíîé, êàðáîíàòíîé è ñóëüôèäíîé ôîðìàõ, íàïðèìåð Êóðñêàÿ ìàãíèòíàÿ àíîìàëèÿ, Êðèâîé Ðîã, Íàìà-Òðàíñâààëü (Þæíàÿ Àôðèêà), Õàìåðñëè (Àâñòðàëèÿ), Âåðõíåå îçåðî è Ëàáðàäîð (Ñåâåðíàÿ Àìåðèêà) è äðóãèå, îòíîñÿùèåñÿ ê çàëåãàíèþ ïîðîä, êîòîðîå ïðîèçîøëî 3 — 2 ìëðä ëåò íàçàä. Âîçðîñøàÿ ìàññà îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà ïðèñóòñòâóåò â îòëîæåíèÿõ òðåòüåãî ïåðèîäà äîêåìáðèÿ, ïîÿâëÿþòñÿ ãîðþ÷èå ñëàíöû è ìíîæåñòâî ðàññåÿííûõ îðãàíè÷åñêèõ îòëîæåíèé.
Ôàíåðîçîé — ïîñëåäíèé ýòàï ðàçâèòèÿ âåðõíèõ ãåîñôåð. Âîçíèêàþò äâå îáøèðíûå ïëàòôîðìû — Ãîíäâàíà è Ëàâðàçèÿ (Ëàâðåíòüåâñêèé ùèò + Àçèÿ), ðàçâèâàþòñÿ âñå èçâåñòíûå ôîðìû îñàäî÷íûõ ïîðîä âíóòðè êîíòèíåíòîâ â ïîíèæåííûõ ìåñòàõ. Ñóùåñòâåííî èçìåíÿåòñÿ áèîñôåðà èç-çà áûñòðîãî ðàçâèòèÿ æèçíè è «êèñëîðîäíîé ðåâîëþöèè». Ïðîèçîøåë ïåðåõîä îò ïðîêàðèîòîâ ê ýóêàðèîòàì.  íà÷àëå ïàëåîçîÿ æèâîå âåùåñòâî ïåðåõîäèò íà ñóøó, çàíèìàÿ îáëàñòè ñ âëàæíûì êëèìàòîì, ôîðìèðóÿ íàçåìíûå ôëîðó è ôàóíó. Ìàññà æèâîé ìàòåðèè ðåçêî ðàñòåò, æèçíü ïðîíèêàåò è â áîëåå ãëóáîêèå îáëàñòè îêåàíîâ. Ìåíÿåòñÿ êà÷åñòâåííûé ñîñòàâ æèâîãî, îðãàíèçìû íà÷èíàþò óñâàèâàòü ìèíåðàëüíûå âåùåñòâà äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñâîåãî ñêåëåòà. Ðàçâèâàþùàÿñÿ æèçíü ìåíÿåò è ìèð âîêðóã ñåáÿ. Ìîðñêàÿ âîäà ñòàíîâèòñÿ âñå áîëåå õëî-
406
ðèäíî-ñóëüôàòíîé, òàêèå ýëåìåíòû, êàê Fe, Mn, P, Co, Va, Ñè, ñòàëè ñóùåñòâîâàòü â âèäå ìàëîðàñòâîðèìûõ, ñèëüíî îêèñëåííûõ ñîåäèíåíèé, è êîíöåíòðàöèÿ èõ â ìîðñêîé âîäå ðåçêî óïàëà. Îáèëèå êèñëîðîäà ñíèçèëî ïîäâèæíîñòü Fe, Mn, P, Va, Cr, Co, Cu, Ni è äð., îíè îêàçàëèñü òîëüêî â âèäå âçâåñåé, ïîýòîìó èõ çàëåæè ìîãóò áûòü âáëèçè áåðåãîâ ìîðÿ. Íà ñóøå ïðîöåññ íàêîïëåíèÿ ñîëåé ïðîèñõîäèë ïåðèîäè÷åñêè.  îêåàíàõ ôîðìèðîâàëèñü áèòóìèíîçíûå ãëèíû, ãîðþ÷èå ñëàíöû, à íà ñóøå — óãëè.
Äëÿ îáðàçîâàíèÿ óãëåé áîëåå ïîäõîäÿùèìè áûëè êàìåííîóãîëüíûé è ïåðìñêèé ïåðèîäû, à ïîñëå îñëàáåâàíèÿ ïðîöåññà â òðèàñå — þðñêèé, ìåëîâîé è ïàëåîãåííûé ïåðèîäû. Îðãàíèçìû ñòàëè èñïîëüçîâàòü äëÿ îáðàçîâàíèÿ ñêåëåòîâ ÑàÑ03 è Si02, ÷òî ñäåëàëî ñîñòàâ ìîðñêîé âîäû ùåëî÷íûì. Íà÷àëè îñàæäàòüñÿ ôîñôîðèòû, ÷òî ïðèâåëî ê ïîÿâëåíèþ èõ ìåñòîðîæäåíèé. Òàê, ïîä âëèÿíèåì æèâîãî âåùåñòâà îêåàí ñòàë èíûì, è îñàäî÷íûå ïîðîäû èç çàêèñíî-îêèñíûõ ñòàëè óãëèñòî-êàðáîíàòíî-ãàëîãåííûìè. Ýâîëþöèÿ Çåìëè êàê ïëàíåòû è ýâîëþöèÿ æèâîãî íà íåé áûëè âçàèìîñâÿçàíû è âçàèìîçàâèñèìû. Íà âåñü õîä ìèãðàöèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ â âåðõíèõ îáîëî÷êàõ Çåìëè âñå ñèëüíåå — è ïðÿìî, è êîñâåííî — âëèÿëî æèâîå âåùåñòâî áèîñôåðû.
Èçìåíåíèå îáëèêà íàøåé ïëàíåòû ìîæíî îöåíèòü ïðè èçìåíåíèè ìàñøòàáà âîñïðèÿòèÿ. Äëÿ íàãëÿäíîñòè ãåîëîã è ïóòåøåñòâåííèê êíÿçü Ï.Í.Êðîïîòêèí ñîçäàë «ñöåíàðèé» òàêîãî «ôèëüìà», êîãäà êàæäàÿ ñåêóíäà ýêðàííîãî âðåìåíè ñîîòâåòñòâóåò ìèëëèîíó ëåò æèçíè Çåìëè. Ïåðâûå 2 — 3 ìèí èäóò «êàäðû» ñîòâîðåíèÿ ìèðà: èç ñãóñòêà êîñìè÷åñêîé ïûëè, ãàçà è îáëîìêîâ ïîãèáøèõ ìèðîâ ôîðìèðóåòñÿ øàðîîáðàçíîå òåëî ïëàíåòû. Ñëåäóþùèå 40 ìèí «ôèëüìà» — ðàññêàç î äðåâíåéøåì ýòàïå ãåîëîãè÷åñêîé èñòîðèè (àðõåéñêàÿ ýðà), Çåìëÿ îáðåëà ïåðâè÷íóþ àòìîñôåðó, íà íåé ïîÿâèëàñü æèçíü. Íî ðàçâèâàëàñü æèçíü î÷åíü âÿëî, è ïî÷òè íè÷åãî íå èçìåíèëîñü çà 2 ìëðä ëåò, èëè 33,3 ìèí. Òîëüêî â ïðîòåðîçîå âñåãî çà 17 ìèí (1 ìëðä ëåò) ðàñòèòåëüíîñòü ðàñïðîñòðàíèëàñü èç îêåàíîâ íà ïðèáðåæíûå ó÷àñòêè ñóøè; ïîÿâèëèñü ÷åðâè, ìîëëþñêè, òðèëîáèòû. Âñå ðàçâèòèå æèçíè (ôàíåðîçîé) ïðîìåëüêíåò çà 10 ìèí — «êàäðû» áóäóò ìåíÿòüñÿ ñ îãðîìíîé ñêîðîñòüþ, áóäóò ìåíÿòüñÿ êîíòóðû ìàòåðèêîâ, ðàñòèòåëüíîñòü, ðåëüåô, âèäû æèâîòíûõ è ò.ä. Ìåíÿþòñÿ ôèçè÷åñêèå ïîëÿ è àòìîñôåðà. È èç ýòèõ 10 ìèí èñòîðèÿ ÷åëîâåêà çàéìåò ëèøü 2 ñ.
10.6. Ñàìîîðãàíèçàöèÿ ïðè îáðàçîâàíèè ïëàíåò è âçàèìîäåéñòâèè ãåîñôåð
Äî íåäàâíåãî âðåìåíè ñ÷èòàëîñü, ÷òî ìîæíî ðàññìàòðèâàòü ìîðÿ, ëåñà, ãîðû, àòìîñôåðó íå òîëüêî îòäåëüíî äðóã îò äðóãà è îò âñåãî æèâîãî ìèðà, íî è ïî ÷àñòÿì èëè ñëîÿì. Òåñíàÿ âçàèìîñâÿçü ìåæäó íèìè äåëàåò òàêîé ïîäõîä ïîä÷àñ áåññìûñëåííûì, òðåáóåò åäèíîãî ïîäõîäà.  êàêîé-òî ñòåïåíè ýòî ñëåäñòâèå óñïå-
407
õîâ àíàëèòè÷åñêîãî åñòåñòâîçíàíèÿ. Â. È. Âåðíàäñêèé, ðàçðàáàòûâàÿ ìîäåëü áèîñôåðû, íåîäíîêðàòíî îòìå÷àë, ÷òî Ãåòå ìûñëèë ñèíòåòè÷åñêè, íå ïðèçíàâàÿ âîçìîæíîñòè äåëåíèÿ ïðèðîäû íà ÷àñòè è ñ÷èòàÿ, ÷òî åå ìîæíî èçó÷àòü êàê öåëîå. È Âåðíàäñêèé âíåñ êîëè÷åñòâåííûå îöåíêè â êà÷åñòâåííóþ ìîäåëü Ãåòå. Äëÿ îïèñàíèÿ ïðèðîäû (îñîáåííî â áèîëîãèè è ãåîëîãèè) ïðàêòè÷åñêè íåëüçÿ ïîëüçîâàòüñÿ ìîäåëÿìè, êîòîðûå «îòðèöàþò ñòðåëó âðåìåíè».
Îêðóæàþùèé íàñ ìèð, îò ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö äî ãàëàêòèê è áèîñôåðû, ñóùåñòâåííî äàëåê îò ðàâíîâåñèÿ.  ãàëàêòèêàõ èäåò ïîñòîÿííûé îáìåí âåùåñòâîì è èçëó÷åíèåì ìåæäó çâåçäàìè è ìåæçâåçäíûìè îáëàêàìè. Âíóòðè çâåçä ïðîòåêàþò ãðàíäèîçíûå íåðàâíîâåñíûå ïðîöåññû, îñîáåííî ñèëüíûå â ïóëüñèðóþùèõ çâåçäàõ òèïà öåôåèä.  íåäðàõ çâåçä ïðîèñõîäÿò ìîùíûå òåðìîÿäåðíûå ðåàêöèè ñ âûäåëåíèåì îãðîìíîé ýíåðãèè. Íà êîíå÷íûõ ñòàäèÿõ æèçíè â çâåçäàõ òèïà áåëûõ êàðëèêîâ âåùåñòâî êàê áû êîíäåíñèðóåòñÿ â îäíó ãèãàíòñêóþ «ìîëåêóëó», íàõîäÿùóþñÿ â íèæíåì êâàíòîâîì ñîñòîÿíèè, ðåçêî óìåíüøàþùåì ýíåðãåòè÷åñêèå ïîòåðè.  íåéòðîííûõ çâåçäàõ âîçíèêàåò óïîðÿäî÷åííîå ñîñòîÿíèå âåùåñòâà, êîòîðîå ïîõîæå íà ÿâëåíèå ñâåðõòåêó÷åñòè.
ßâëåíèå ñàìîîðãàíèçàöèè áûëî îáíàðóæåíî â êîëüöàõ Ñàòóðíà — øåñòîé ïî ïîðÿäêó îò Ñîëíöà è âòîðîé ïî âåëè÷èíå ïëàíåòå Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Ïî ìàññå îíà â 3 ðàçà ìåíüøå Þïèòåðà, òàê êàê åå ïëîòíîñòü âñåãî 0,7 ã/ñì3, è ñîñòîèò îíà â îñíîâíîì èç âîäîðîäà è ãåëèÿ. Êîëåö ó Ñàòóðíà íåñêîëüêî, èõ òîëùèíà ìåíåå 3,5 êì, à äèàìåòð âíåøíåãî èç íèõ 275 òûñ. êì. Îíè îõâàòûâàþò ïëàíåòó ïî ýêâàòîðó, íèêîãäà íå ñîïðèêàñàÿñü ñ åå ïîâåðõíîñòüþ, è âðàùàþòñÿ âîêðóã íåå ïîä óãëîì 27° ê ýêâàòîðó, ïîýòîìó ìîæíî âèäåòü êîëüöà òî ñ îäíîé, òî ñ äðóãîé ñòîðîíû. Âíóòðåííèå êîëüöà âðàùàþòñÿ ñ áîëüøåé ñêîðîñòüþ, ÷åì âíåøíèå. Áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî êîëüöà — ýòî ïëîñêàÿ ñèñòåìà èç îãðîìíîãî ÷èñëà ìåëêèõ ñïóòíèêîâ ïëàíåòû. Èõ ñïåêòðû ñîäåðæàò ëèíèè, õàðàêòåðíûå äëÿ ÷èñòîãî ëüäà è âîäÿíîãî èíåÿ. Ñðåäè 24 «íàñòîÿùèõ» ñïóòíèêîâ Ñàòóðíà îäèí èç ñàìûõ áîëüøèõ ñïóòíèêîâ â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå ïî ðàçìåðàì è ìàññå — Òèòàí — èìååò àòìîñôåðó, ñîñòîÿùóþ â îñíîâíîì èç ìåòàíà è âîäîðîäà.
Êîãäà Ãþéãåíñ äîãàäàëñÿ, ÷òî Ñàòóðí îêðóæåí «òîíêèì è ïëîñêèì êîëüöîì», ýòî áûëî ñòîëü íåîæèäàííî, ÷òî îí çàøèôðîâàë ñâîþ èäåþ. Êîëüöà Ñàòóðíà èññëåäîâàë Æ.Ä.Êàññèíè (1675), óñòàíîâèâøèé ïðîìåæóòîê ìåæäó êîëüöàìè À è  (ùåëü Êàññèíè), à åãî ñûí, Æ. Êàññèíè, âûñêàçàë èäåþ ìåòåîðèòíîãî ñòðîåíèÿ êîëåö. Ñêâîçü ùåëè ìåæäó òðåìÿ êîëüöàìè ïðîñâå÷èâàþò çâåçäû. È.Êàíò îïèñàë (1755) êîëüöà êàê ïîñëîéíî âðàùàþùèéñÿ ðàçðåæåííûé äèñê ñòàëêèâàþùèõñÿ ÷àñòèö, êîòîðûé èç-çà ýòèõ ñîóäàðåíèé ðàçáèâàåòñÿ íà óçêèå êîëå÷êè. Èññëåäîâàíèÿ Ëàïëàñà ïî óñòîé÷èâîñòè êîëåö ïðîäîëæèë Ìàêñâåëë. Îí ïîêàçàë, ÷òî êîëüöî íå ìîæåò áûòü ïëîòíûì è ïðèâåë óðàâíåíèå (íàçûâàåìîå ñåé÷àñ äèñïåðñèîííûì), îïðåäåëÿþùåå ñîáñòâåííûå ÷àñòîòû êîëåáàíèé êîëåö.
408
Ñðåäè êîëåö Ñàòóðíà åñòü êîëüöà, íàçâàííûå èìåíàìè Ãþéãåíñà è Ìàêñâåëëà.
Àìåðèêàíñêèìè àñòðîíîìàìè ñ áîðòà «Áîèíãà» áûëè îòêðûòû 9 êîëåö Óðàíà (1977). Ýòè êîëüöà îêàçàëèñü î÷åíü ÷åòêî î÷åð÷åííûìè, áåç âñÿêîé äèôôóçèè íà êðàÿõ.  1986 ã. êîñìè÷åñêèé àïïàðàò «Âîÿäæåð-2» âïåðâûå ïðèáëèçèëñÿ ê Óðàíó, îòêðûâ 10 íîâûõ ñïóòíèêîâ è åùå 2 êîëüöà.  ñåðåäèíå 80-õ ãã. îáíàðóæèëè êîëüöà âîçëå Íåïòóíà. Îòêðûòû êîëüöà øèðèíîé 1000 êì è ó Þïèòåðà — ñàìîé áîëüøîé ïëàíåòû Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû, ðàäèóñ êîòîðîé áîëüøå çåìíîãî â 11 ðàç. Èçó÷åíèå ïëàíåòíûõ êîëåö ïîêàçàëî, ÷òî íàáëþäàåìûå ÿâëåíèÿ ìîãóò áûòü îáúÿñíåíû ñòîëêíîâåíèÿìè è êîëëåêòèâíûìè âçàèìîäåéñòâèÿìè ÷àñòèö. Ýòè ïðîñòðàíñòâåííûå ñòðóêòóðû îáðàçóþòñÿ áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî â ýíåðãåòè÷åñêîì îòíîøåíèè îíè — îòêðûòûå ñèñòåìû, ñïîñîáíûå ê ñàìîîðãàíèçàöèè. Ýòè âûâîäû ïðîåöèðóþòñÿ íà ÿâëåíèÿ â ïðîòîïëàíåòíîì îáëàêå è ðàñêðûâàþò êîñìîãîíèþ ïëàíåò.
 ñòðîåíèè êîëåö áûëè îáíàðóæåíû ðàçëè÷íûå íåóñòîé÷èâîñòè: ãðàâèòàöèîííàÿ — äåëèò äèñê íà êîëüöà, øèðèíà êîòîðûõ ïðèìåðíî îäíîãî ïîðÿäêà ñ èõ òîëùèíîé; àêêðåöèîííàÿ (îò ëàò. accretio— ïðèðàùåíèå, óâåëè÷åíèå) — âëèÿåò íà êðóïíîìàñøòàáíîå ðàññëîåíèå êîëåö; ýíåðãåòè÷åñêàÿ (èëè òåïëîâàÿ) — ïåðåìåøèâàåò ÷àñòèöû òàê, ÷òî âîçìîæíû ýôôåêòû òèïà «îòðèöàòåëüíîé äèôôóçèè» — ïðîäâèæåíèå ÷àñòèö â áîëåå ïëîòíûå îáëàñòè.  ñèëó äåéñòâèÿ ïîñëåäíåé êîëüöà ðàáîòàþò êàê òåïëîâàÿ ìàøèíà, èëè îòêðûòàÿ ñèñòåìà, — ýíåðãèÿ îðáèòàëüíîãî äâèæåíèÿ èç-çà âÿçêîãî òðåíèÿ ïðåâðàùàåòñÿ â òåïëîòó, óíîñèìóþ â ïðîñòðàíñòâî. Ìàòåìàòè÷åñêè ïðèðîñò ïëîòíîñòè êîëüöà îïèñûâàåòñÿ òàê æå, êàê âîçíèêíîâåíèå ìîëåêóë è ðàäèêàëîâ â õèìè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ. Âíåøíèå ñïóòíèêè âûçûâàþò ðÿä ðåçîíàíñíûõ ÿâëåíèé â äèñêàõ. Òàê, íàáëþäàåìûå ùåëè â êîëüöàõ èìåþò ðåçîíàíñíóþ ïðèðîäó. Ùåëü Êàññèíè â êîëüöàõ Ñàòóðíà âûçûâàåòñÿ ìîùíîé ñïèðàëüíîé âîëíîé ñïóòíèêà Ìèìàñ, êîëëåêòèâíûå ñâîéñòâà êîòîðîé ïîçâîëÿþò åé ðàñïðîñòðàíèòüñÿ äàëåêî îò òî÷êè ðåçîíàíñà. Ïûëü ñòàáèëèçèðóåò âèõðåâûå ïðîöåññû âíóòðè ñïèðàëüíîé âîëíû. Îáùàÿ êàðòèíà âçàèìîñâÿçåé âíóòðè Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû ñòîëü ìíîãîîáðàçíà, ÷òî Ñîëíöå, ïëàíåòû, ñïóòíèêè, êîëüöà, îêîëîñîëíå÷íîå è ìåæïëàíåòíîå ïðîñòðàíñòâà îáðàçóþò öåëîñòíóþ è ñóùåñòâåííî íåðàâíîâåñíóþ íåëèíåéíóþ ñèñòåìó. Êîíå÷íî, ýíåðãåòè÷åñêèé âêëàä Çåìëè, íàïðèìåð, ïî ñðàâíåíèþ ñ ýíåðãåòè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ñîëíå÷íûõ ïðîöåññîâ î÷åíü ìàë, íî â ñèñòåìàõ, äàëåêèõ îò ðàâíîâåñèÿ, è ìàëûå âåëè÷èíû ìîãóò ïðè îïðåäåëåííûõ îáñòîÿòåëüñòâàõ ïðèâåñòè ê çíà÷èòåëüíûì ïîñëåäñòâèÿì.
Çà ñ÷åò èçìåíåíèé ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå ñòàíîâèòñÿ ïåðåìåííûì ïîòîê èçëó÷àåìîé ýíåð-
409
ãèè. Õîòÿ âîçíèêàþùèå âàðèàöèè èçëó÷åíèé ìàëû (ïîðÿäêà 0,1 % îáùåé ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ Ñîëíöà), ïîðîæäàåìûé èìè ñîëíå÷íûé âåòåð ìîæåò êîëåáàòüñÿ â èíòåðâàëå äâóõ ïîðÿäêîâ âåëè÷èíû, ñóùåñòâåííî âëèÿÿ íà ïëàíåòíûå ìàãíèòîñôåðû è ïðîöåññû â àòìîñôåðå. Ïðè ýòîì èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â îïòè÷åñêîì «îêíå ïðîçðà÷íîñòè» àòìîñôåðû ïî÷òè íå çàâèñèò îò ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè, à èíòåíñèâíîñòü ïðîíèêàþùåãî ðàäèîèçëó÷åíèÿ, çàâèñÿùåãî îò íåå, î÷åíü ìàëà. Óñêîðåííûå âî âñïûøêàõ ÷àñòèöû (ñîëíå÷íûå êîñìè÷åñêèå ëó÷è) ïðåîäîëåâàþò ìàãíèòíûå ïîëÿ â àòìîñôåðå Ñîëíöà, ìåæïëàíåòíîì è îêîëîçåìíîì ïðîñòðàíñòâàõ (ðèñ. 10.7). Âáëèçè Çåìëè îíè âñòóïàþò â íåïîñðåäñòâåííîå âçàèìîäåéñòâèå ñ ÷àñòèöàìè èîíîñôåðû è àòìîñôåðû, âûçûâàÿ ãåîôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ òèïà óñèëåííîãî ïîãëîùåíèÿ êîðîòêèõ ðàäèîâîëí, ïðèõîäÿùèõ èç êîñìîñà.
Äîñòàòî÷íî óñòîé÷èâûå ðàäèàöèîííûå ïîÿñà Çåìëè, çàíèìàþùèå îãðîìíîå ïðîñòðàíñòâî, êîòîðîå çàïîëíåíî çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè, çàùèùàþò Çåìëþ. Ìàãíèòíîå ïîëå Çåìëè óäåðæèâàåò è ïåðåðàñïðåäåëÿåò ïîòîêè êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé. Ýòè îáëàñòè îñòðî ðåàãèðóþò íà ìàãíèòíûå áóðè, ïðîèñõîäÿùèå íà Ñîëíöå. Èññëåäîâàòåëè çåìíîãî ãåîìàãíåòèçìà Ñ.×åïìåí è Â.Ôåððàðî ïîêàçàëè (1940), ÷òî ìàãíèòíîå ïîëå Çåìëè íà÷èíàåò ÷óâñòâîâàòü âîçäåéñòâèå âíåøíåãî ïîòîêà çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïðè ïëîòíîñòÿõ, áîëüøèõ 104 ì-3. Êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå ïëîòíîñòè ñâÿçàíî ñî ñêîðîñòüþ ÷àñòèö vïðîñòûì ñîîòíîøåíèåì: ï = 6,8 • 10-11v (ì-3), ãäå vâ
410
(ì ñ-1). Îòñþäà ìîæíî âû÷èñëèòü ïëîòíîñòü è ñïîêîéíîãî ñîëíå÷íîãî âåòðà (Å= 10 ýÂ, v= 104 ì • ñ-1), ï = 10-6 ì-3, è âîçìóùåííîãî (Å = 103 ýÂ, v= 4,35 • 105 ì • ñ-1), ï = 10-5. Äëÿ ñîëíå÷íûõ êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé Å - 107 ýÂ, v= 4,35 • 105 ì • ñ-1 è ï = 3 • 10-1 ì-3. Òàêèì îáðàçîì, ïëîòíîñòü ÷àñòèö â ñîëíå÷íîì âåòðå çàâåäîìî ïðåâûøàåò êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå, ÷òî èìååò âàæíûå ïîñëåäñòâèÿ äëÿ ìàãíèòîñôåðû.
Ìàãíèòíîå ïîëå Çåìëè íàïîìèíàåò ïîëå ïëîñêîãî ìàãíèòà ñ äâóìÿ ïîëþñàìè è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåêîòîðîå ïðåïÿòñòâèå äëÿ ïîòîêà ñîëíå÷íîé ïëàçìû. Ñêîðîñòü ýòîãî ïîòîêà áîëüøå ñêîðîñòè çâóêà â ñîëíå÷íîì âåòðå, ïîýòîìó èìååò ìåñòî ÿâëåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå ñâåðõçâóêîâîìó îáòåêàíèþ ïðåïÿòñòâèÿ â ãèäðîäèíàìèêå, è ïåðåä ïðåïÿòñòâèåì îáðàçóåòñÿ óäàðíàÿ âîëíà. Åå ôðîíò èìååò ôîðìó ïàðàáîëîèäà, è ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç íåãî ñîëíå÷íîé ïëàçìû çàìåäëÿþòñÿ åå äâèæåíèÿ è ïåðåõîä êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè â òåïëîâóþ. Òàêàÿ «ðàçîãðåâàåìàÿ» ïëàçìà îáòåêàåò ãåîìàãíèòíîå ïîëå è îêàçûâàåò íà íåãî äàâëåíèå. Íî ïîñëåäíåå íå ìîæåò ñæèìàòüñÿ áåçãðàíè÷íî. Ãðàíèöåé ñæàòèÿ ÿâëÿåòñÿ ìåçîïàóçà — îáëàñòü ìàãíèòîñôåðû, ðàñïîëîæåííàÿ íà ðàññòîÿíèè ïðèìåðíî 10 çåìíûõ ðàäèóñîâ îò ïîâåðõíîñòè. Íàáëþäåíèÿ ñ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ ïîäòâåðäèëè ýòó êàðòèíó (ðèñ. 10.8).
Èçìåíåíèÿ ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè âëèÿþò íà ôîðìèðîâàíèå öèêëîíîâ. Èç-çà íåðàâíîìåðíîãî, õîòÿ è ìàëîãî ïî âåëè÷èíå, íàãðåâàíèÿ âåðõíèõ ñëîåâ àòìîñôåðû íà÷èíàåòñÿ ñëàáàÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ïîäâèæêà âåðõíèõ ñëîåâ âîçäóõà — àäâåêöèÿ (îò ëàò. advectio— äîñòàâêà), âûçûâàþùàÿ íåáîëüøîé âåðòèêàëüíûé ïîäúåì âîçäóõà. Åñëè âîçäóõ âëàæíûé, ïðè òàêîì ïîäúåìå áóäóò êîíäåíñèðîâàòüñÿ âîäÿíûå ïàðû, âûäåëÿòüñÿ òåïëîòà, ÷òî óñèëèâàåò íàãðåâ,
411
à ñ íèì è àäâåêöèþ. Ðîñò ìàññû ïîäíèìàþùåãîñÿ âîçäóõà óâåëè÷èâàåò êîíäåíñàöèþ. Íà÷èíàåòñÿ ðàñêðó÷èâàíèå íåóñòîé÷èâîñòè, ïîðîã êîòîðîé ñèëüíî çàâèñèò îò âëàæíîñòè âîçäóõà.  óñòîé÷èâîì ñîñòîÿíèè àòìîñôåðà ìîæåò ïðåáûâàòü äîëãî, íî âáëèçè íåóñòîé÷èâîãî ñîñòîÿíèÿ èçìåíåíèå ëþáîãî ìàëîãî ïàðàìåòðà ìîæåò ñûãðàòü ðîëü «ñïóñêîâîãî êðþ÷êà». Òåì ñàìûì íàðóøàåòñÿ ãëîáàëüíàÿ öèðêóëÿöèÿ âîçäóõà, è âñå òå÷åíèÿ â àòìîñôåðå, ñâÿçàííûå ñ êîíâåêöèåé, ñóùåñòâåííî ìåíÿþòñÿ äàæå îò ñëàáûõ âîçäåéñòâèé. Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî áëèçêèå â íà÷àëüíûé ìîìåíò ðåøåíèÿ äëÿ íåóñòîé÷èâîé ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ìîäåëè àòìîñôåðû î÷åíü áûñòðî ðàñõîäÿòñÿ è ïðèâîäÿò ê ñèëüíî îòëè÷àþùèìñÿ ðåçóëüòàòàì. Òàêèå ðàñõîæäåíèÿ íå ïîçâîëÿþò ñäåëàòü íàäåæíûé ïðîãíîç ïîãîäû áîëåå ÷åì íà 5 —7 äíåé (ðàñõîæäåíèå ïàðàìåòðîâ ïî÷òè âäâîå).
Ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â çåìíîé àòìîñôåðå, ñëîæíû è ñâÿçàíû ñ ìíîæåñòâîì äåéñòâóþùèõ ôàêòîðîâ. Ñ ïîìîùüþ ìîäåëüíûõ ýêñïåðèìåíòîâ óäàëîñü ïîëó÷èòü èíòåðåñíûå ðåçóëüòàòû, îáúÿñíÿþùèå ñõîäíûå ÿâëåíèÿ â ìåòåîðîëîãèè, îêåàíîëîãèè è àñòðîôèçèêå. Íàïðèìåð, îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå ôàêò ïðåîáëàäàíèÿ çàïàäíûõ âåòðîâ â Ñåâåðíîì ïîëóøàðèè Çåìëè. Êàçàëîñü áû, àòìîñôåðà äîëæíà âðàùàòüñÿ âìåñòå ñ òâåðäîé îáîëî÷êîé Çåìëè, íî îíà âðàùàåòñÿ áûñòðåå — ñóïåððîòàöèÿ. Ýíåðãèÿ îáùåãî óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ àòìîñôåðû ïîääåðæèâàåòñÿ â îñíîâíîì çà ñ÷åò êðóïíîìàñøòàáíûõ âèõðåé, èëè õàîòè÷åñêîãî äâèæåíèÿ (îòðèöàòåëüíàÿ âÿçêîñòü). Ñ òî÷êè çðåíèÿ îáû÷íîé òåðìîäèíàìèêè ýíåðãèÿ äîëæíà ðàññåèâàòüñÿ, íî òóò âîçíèêàåò ìàñøòàáíîå ÿâëåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå êàê áû îáðàòíîé äèôôóçèè, íàïðàâëåííîé â ñòîðîíó ïîíèæåíèÿ ýíòðîïèè.
Ïðè èññëåäîâàíèè ïåðèîäè÷íîñòè âçàèìîäåéñòâèÿ ñèñòåìû «àòìîñôåðà—îêåàí» àìåðèêàíñêèå ó÷åíûå Ê. Ðîññáè è X. Âèë-ëåòò îáíàðóæèëè (1944), ÷òî â àòìîñôåðå ÷åðåäóþòñÿ ñîñòîÿíèÿ ñ ïîâûøåííîé ñêîðîñòüþ óïîðÿäî÷åííîãî çàïàäíî-âîñòî÷íîãî ïåðåíîñà, ïðè êîòîðîì ýíåðãèÿ âèõðåâîãî äâèæåíèÿ ïîíèæåíà, ñ ïðîòèâîïîëîæíîé ñèòóàöèåé, êîãäà ïðåîáëàäàþò íåóïîðÿäî÷åííûå âèõðåâûå ïðîöåññû — öèêëîíû è àíòèöèêëîíû. Áûë îòêðûò îñíîâíîé çàêîí ôîðìèðîâàíèÿ êîëåáàòåëüíîãî ïðîöåññà öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû. Ñðåäíþþ ñêîðîñòü çàïàäíî-âîñòî÷íîãî ïåðåíîñà õàðàêòåðèçóþò èíäåêñîì Ðîññáè, à îòêðûòûå Ðîññáè è Âèëëåòòîì êîëåáàíèÿ — öèêëîì èíäåêñà. Âñå ïðîöåññû â òðîïîñôåðå îïèñàëè â íîâûõ òåðìèíàõ è ñâÿçàëè ñ èçìåíåíèåì òèïà öèðêóëÿöèè. Íà ïîãîäíûõ êàðòàõ îáðàòèëè âíèìàíèå íà óïîðÿäî÷åííûå îáðàçîâàíèÿ — ïëàíåòàðíûå âîëíû äàâëåíèÿ, çàõâàòûâàþùèå îãðîìíûå ïðîñòðàíñòâà è ñâÿçàííûå ñ àòìîñôåðíûìè ôðîíòàìè è çîíàìè îñàäêîâ è ñòðóéíûõ òå÷åíèé, ôîðìèðóþùèõ ïîãîäó, êîòîðûå óïðàâëÿþò íåïîíÿòíûì ìåõàíèçìîì, ñâÿçàííûì ñ öèêëîì èíäåêñà. Îò íåãî çàâèñÿò àìïëèòóäà è äëèíà ïëàíåòàðíûõ âîëí.
412
Àíãëèéñêèé ó÷åíûé Ð. Õàéä ïîñòàâèë îïûò (1953), èìèòèðóþùèé ãèäðîäèíàìè÷åñêèå ïðîöåññû â çåìíîì ÿäðå, âî ìíîãîì íàïîìèíàþùèå ïðîöåññû â àòìîñôåðå.  êîëüöåâîì ñîñóäå âðàùàëàñü æèäêîñòü, ïðè÷åì ðàçíèöà òåìïåðàòóð ìåæäó âíóòðåííèì è âíåøíèì öèëèíäðàìè ìîãëà çàäàâàòüñÿ èçâíå. Ïðè âîçðàñòàíèè òåìïåðàòóðíîãî ãðàäèåíòà, êàê è ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè âðàùåíèÿ æèäêîñòè, â íåé âîçíèêàëè óïîðÿäî÷åííûå ñòðóêòóðû (âèõðè Òåéëîðà), íàïîìèíàþùèå ïëàíåòàðíûå âîëíû. Îíè áîëåå çàìåòíû, åñëè ê æèäêîñòè ïðèìåøèâàëè ïîðîøîê. Ïðè äîñòèæåíèè êðèòè÷åñêèõ çíà÷åíèé ðàçíèöû òåìïåðàòóð ýòè ñòðóêòóðû âíåçàïíî èñ÷åçàëè, äâèæåíèå ñòàíîâèëîñü õàîòè÷åñêèì. Î÷åâèäíî, ÷òî ýòè ÿâëåíèÿ âàæíû â àñòðîôèçèêå: âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ çâåçäû ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê âðàùàþùèåñÿ æèäêèå ìàññû, âíóòðè êîòîðûõ èìåþòñÿ òåìïåðàòóðíûå ãðàäèåíòû. Õàéä îáíàðóæèë ÿâëåíèå «êà÷àíèÿ» âáëèçè ãðàíèöû ïåðåõîäà îò ïîðÿäêà ê õàîñó, óëîâèâ âîçíèêíîâåíèå ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé ñèñòåìû â ïåðåäà÷å ýíåðãèè îò óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ê õàîòè÷åñêîìó è îáðàòíî. Ýòè «êà÷àíèÿ» ìåòåîðîëîãè ñîïîñòàâèëè ñ öèêëîì èíäåêñà è ïðèäàëè åìó áîëåå øèðîêèé ñìûñë, ñ÷èòàÿ ýòè ÿâëåíèÿ îáùèìè äëÿ âñåõ âðàùàþùèõñÿ æèäêîñòåé è ãàçîâ. Äèíàìèêà àòìîñôåð äðóãèõ ïëàíåò ïîõîæà íà çåìíóþ, òàì òîæå åñòü ñòðóéíûå òå÷åíèÿ, ïëàíåòàðíûå âîëíû, öèêë èíäåêñà. Âñå îíè íàøëè îáúÿñíåíèå â îñîáåííîñòÿõ âðàùåíèÿ íåðàâíîìåðíî íàãðåòîé æèäêîñòè.
Öèðêóëÿöèÿ â î ê å à í à õ íàïîìèíàåò àòìîñôåðíóþ — îáíàðóæåíû «ñèíîïòè÷åñêèå» âèõðè, ïîäîáíûå öèêëîíàì è àíòèöèêëîíàì.  îêåàíè÷åñêèõ òå÷åíèÿõ (Ãîëüôñòðèìå, Àíòàðêòè÷åñêîì, Êóðîñèî) òàêæå âûäåëåíû êîëåáàíèÿ ñ ïåðèîäîì 1 — 3 ãîäà ìåæäó óïîðÿäî÷åííûì è õàîòè÷åñêèì òèïàìè òå÷åíèÿ. Âñå ýòè ÿâëåíèÿ — ïðèìåðû äèññèïàòèâíûõ ñòðóêòóð. Èõ âîçíèêíîâåíèå ñâÿçàíî ñ íåðàâíîìåðíîñòüþ íàãðåâàíèÿ ïëàíåòû ñîëíå÷íûìè ëó÷àìè, ïðè êîòîðîì âîçíèêàþò óñëîâèÿ äëÿ ðîñòà óïîðÿäî÷åííîñòè â àòìîñôåðå è îêåàíå è óìåíüøåíèÿ ýíòðîïèè. Ýêñïåðèìåíò Õàéäà è äðóãèå àíàëîãè÷íûå îïûòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ÿâëåíèå öèêëà èíäåêñà â àòìîñôåðå, êàê è àíàëîãè÷íîå åìó ÿâëåíèå îñöèëëÿöèè â îêåàíå, íàáëþäàåòñÿ â òî÷êå ôàçîâîãî ïåðåõîäà ìåæäó äâóìÿ ðàçëè÷íûìè ðåæèìàìè âðàùåíèÿ íåðàâíîìåðíî íàãðåòîé æèäêîñòè èëè ãàçà.
Ñõîäñòâà ìåæäó êîëåáàíèÿìè æèäêîñòè â ëàáîðàòîðíûõ îïûòàõ, êîëåáàíèÿìè â ïëàíåòàðíûõ àòìîñôåðàõ è öèêëîì ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè îêàçàëèñü è êîëè÷åñòâåííûìè. Ìåæäó öèêëîì ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè â 11 ëåò è öèêëîì èíäåêñà â àòìîñôåðàõ òàêæå åñòü ïîäîáèå. Âîçìîæíî, ýòà ïåðèîäè÷íîñòü ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè ñâÿçàíà ñ ñóùåñòâîâàíèåì èíäåêñà â ñîëíå÷íîé àòìîñôåðå èëè àíàëîãè÷íûì ÿâëåíèåì. ×òîáû íàáëþäàòü ñòðóêòóðèðîâàíèå â ýêñïåðèìåíòå, íóæíî ïîäîáðàòü ñîîòíîøåíèå ìåæäó ñêîðîñòüþ âðàùåíèÿ è ðàçíèöåé òåìïåðàòóð. Ýòî åùå ðàç ïîêàçûâàåò, ÷òî íàøà ïëàíåòà íàõîäèòñÿ â óíèêàëüíûõ óñëîâèÿõ, à èçìåíåíèÿ ìàëûõ ïàðàìåòðîâ, âëèÿþùèå íà êëèìàò, ìîãóò ïðèâåñòè ê áûñòðûì è êàòàñòðîôè÷åñêèì ïîñëåäñòâèÿì. Ýòî ïîäòâåðæäàþò ðàñ÷åòû íà ÝÂÌ, ïðîâåäåííûå ñ öåëüþ âûÿñíåíèÿ ïîñëåäñòâèé ÿäåðíîãî êîíôëèêòà.
413
Íà íåóñòîé÷èâîñòü ñîëíå÷íîé àòìîñôåðû íåêîòîðîå âëèÿíèå îêàçûâàåò è ïðèëèâíîå äåéñòâèå ñî ñòîðîíû ïëàíåò. Ñóùåñòâóþò òåîðèè ñâÿçè ðàññòîÿíèé ïëàíåò îò Ñîëíöà ñ âîëíîâûìè ïðîöåññàìè â ïëàçìå ñîëíå÷íîãî âåòðà, çàïîëíÿþùåé Ñîëíå÷íóþ ñèñòåìó. Ýòè ïðîöåññû íîñÿò íåëèíåéíûé íåðàâíîâåñíûé õàðàêòåð è ñâÿçàíû ñî ìíîãèìè âåñüìà ìàëûìè ïàðàìåòðàìè ñèñòåìû. Àíàëîãè÷íûå ïðîöåññû ñ ðàçâèòèåì íåóñòîé÷èâîñòåé ïðîèñõîäÿò è â îêåàíàõ, è â ìàíòèè Çåìëè. Òåêòîíèêà ëèòîñôåðíûõ ïëèò, ðàçðàñòàíèå äíà îêåàíîâ, ôîðìèðîâàíèå æåëîáîâ îáúÿñíÿþòñÿ êîíâåêöèîííûìè ïðîöåññàìè. Äâèæåíèå ïëèò çåìíîé êîðû âûçûâàåò íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ñîçäàþò íåóñòîé÷èâûå ñîñòîÿíèÿ, çà÷àñòóþ ÷ðåâàòûå çåìëåòðÿñåíèÿìè, èçâåðæåíèÿìè âóëêàíîâ è ò. ï.
Âîïðîñû äëÿ ñàìîïðîâåðêè è ïîâòîðåíèÿ
- Êàêèå ãèïîòåçû ïðîèñõîæäåíèÿ Çåìëè Âàì èçâåñòíû? Êàêèå çàêîíîìåðíîñòè äâèæåíèÿ íàøåé ïëàíåòû îíè ìîãóò îáúÿñíèòü? ×òî îáùåãî â ýâîëþöèè ïëàíåò çåìíîé ãðóïïû?
- Êàêèå ãèïîòåçû î ïðîèñõîæäåíèè Ëóíû Âû çíàåòå? Ïî÷åìó ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü ïîðîä Ëóíû ìåíüøå, ÷åì ïîðîä Çåìëè? Êàê îïðåäåëÿþò âîçðàñò ãîðíûõ ïîðîä?
- Ïåðå÷èñëèòå â ïîðÿäêå ðàñïðîñòðàíåííîñòè ÷åòûðå-ïÿòü õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, ñîñòàâëÿþùèõ çåìíóþ êîðó. Êàêóþ ðîëü ïðè îáðàçîâàíèè ïëàíåòíûõ òåë ñûãðàëè ñîåäèíåíèÿ æåëåçà?
- Ïî÷åìó ñóùåñòâóåò íåêàÿ çàêîíîìåðíîñòü â ðàñïðåäåëåíèè ýëåìåíòîâ, ñâÿçàííàÿ ñ ïîðÿäêîâûì íîìåðîì â òàáëèöå Ìåíäåëååâà?
- ×òî äîêàçûâàåò åäèíîå äëÿ âñåõ òåë Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû ðàñïðåäåëåíèå õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ?
- Ïîÿñíèòå ãåîõðîíîëîãè÷åñêóþ øêàëó. Ñ ÷åì ñâÿçàíî òàêîå ðàçäåëåíèå? Êàê Âû ìîæåòå îïèñàòü ïåðâè÷íóþ àòìîñôåðó è îêåàí Çåìëè?
- Êàêèå èçìåíåíèÿ ïðîèñõîäèëè íà Çåìëå â ýðó ïàëåîçîÿ? Ïîÿñíèòå, ÷òî èçìåíèëîñü íà Çåìëå ñ ïîÿâëåíèåì ïåðâûõ îðãàíèçìîâ.
- Íàçîâèòå îñíîâíûå îòëè÷èÿ êîíòèíåíòàëüíîé êîðû îò îêåàíè÷åñêîé ïî ñîñòàâó. Êàê ìîæíî èçó÷àòü âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó íèìè? Êàêèå ïðîöåññû ïðè ýòîì ïðîèñõîäÿò?
-  ÷åì ñóòü ãèïîòåçû ëèòîñôåðíûõ ïëèò? Êàê îíà ñâÿçàíà ñ äðåéôîì êîíòèíåíòîâ?
- Ïîÿñíèòå ïðîöåññû ðîñòà êîíòèíåíòàëüíîé êîðû.  êàêèõ îáëàñòÿõ íàáëþäàåòñÿ ïîâûøåííàÿ ìàãìàòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü? Êàêîâû ïåðñïåêòèâû áóäóùåãî äðåéôà êîíòèíåíòîâ?
- Îáúÿñíèòå, ïî÷åìó ñîñòîÿíèå ïðîòîïëàíåòíîãî îáëàêà áûëî äàëåêèì îò ðàâíîâåñèÿ. Êàêèå ôàêòîðû ïîñëóæèëè òîë÷êîì ê îáðàçîâàíèþ ïëàíåò?
Íàçîâèòå óñëîâèÿ, ñïîñîáñòâóþùèå ïðîöåññó ñàìîîðãàíèçàöèè â àòìîñôåðå. Ïî÷åìó íå óäàåòñÿ îñóùåñòâëÿòü äîëãîñðî÷íûé ïðîãíîç ïîãîäû?
.
Âàø êîììåíòàðèé î êíèãå Îáðàòíî â ðàçäåë Íàóêà
|
|