Занимательная геохимия. Химия земли - Александр Евгеньевич Ферсман

геохимии. Зюсс попытался наметить основные, более однородные слои, из которых состоит Земля. Для этого он пошел прежде всего по пути старых философов и разделил Землю на три простых оболочки: воздух, или атмосфера, окружающая сплошным сводом всю Землю; гидросфера — это воды и океан, которые покрывают твердую землю и пропитывают ее, и, наконец, литосфера — область камня, где в глубинах вечно бушует огонь, выдыхаемый вулканами.

Это деление он продолжил еще дальше на основе анализа химического состава твердых пород.

В 1910 году английский натуралист Муррей подразделил слои Земли на отдельные оболочки и назвал их геосферами.

И вот с этого времени началась упорная работа химиков и физиков, геохимиков и геофизиков для того, чтобы дальше и глубже разгадать строение этих отдельных оболочек, или геосфер. Во всей широте и глубине эту задачу поставил русский ученый В. И. Вернадский со своей школой. Вместо внешней картины «лика Земли» перед геологами и геохимиками возникла проблема воссоздать все своеобразие процессов, идущих в каждой геосфере, и дать всю картину внутреннего строения нашей планеты.

Попытаемся сейчас кратко охарактеризовать те оболочки, из которых состоит наша планета, так, как рисует их геофизика на основе изучения поведения упругих колебаний волн, достигающих огромных глубин и своими отражениями намечающих границы отдельных геосфер.

Наши ученые сейчас насчитывают тринадцать оболочек, начиная с недоступного нам межзвездного пространства, наполненного метеорами и молекулами водорода, гелия и отдельными атомами натрия, кальция и азота. На высоте примерно в 200 км от нас проводится нижняя граница этого слоя. Ниже начинается стратосфера: количество азота и кислорода увеличивается. Целый пояс озона отделяет отдельные части стратосферы. Северные сияния зажигаются на высотах в несколько сотен километров, светящиеся облака поднимаются до 100 км.

На высоте 10–15 км начинается второй слой, который мы называем тропосферой. Это наша воздушная стихия, привычный нам воздух с азотом, кислородом, гелием и другими благородными газами, пропитанный парами воды, углекислотой.

Камчатка. Авачинский вулкан

Далее идет зона мощностью примерно в 5 км, которую называют биосферой, — область жизни живого вещества. Она захватывает и верхние части земной коры и ее водной оболочки. Дальше следует зона водной оболочки, ее называют гидросферой. Водород, кислород, хлор, натрий, магний, кальций и сера — вот те элементы, которые определяют ее состав.

Затем начинается твердая оболочка — вначале кора выветривания, которую мы хорошо изучили, с кислыми солями и почвенным покровом, потом оболочка осадочных пород — осадков старых морей, — это глины, песчаники, известняки и угольные прослойки. Уже на глубинах 20–40 км мы встречаемся с новой прослойкой, названной метаморфической.

Еще глубже лежат граниты, богатые кислородом, кремнием, алюминием, калием, натрием, магнием, кальцием. Где-то на глубине примерно в 50–70 км они сменяются базальтами с магнием, железом, титаном и фосфором, которые идут на смену алюминия и калия. Резкий перелом наступает на глубине 1200 км. Здесь твердая толща сменяется своеобразным расплавом, и новая, перидотитовая, или оливиновая, оболочка состоит из кислорода, кремния, железа, магния с тяжелыми металлами — хромом, никелем и ванадием.

Существование оболочек различного состава в глубинах Земли отчетливо намечается на основании изучения волн землетрясения, воспринимаемых чувствительными приборами — сейсмографами. Изобретение академиком Б. Б. Голицыным очень чувствительных приборов дало возможность улавливать не только те волны, которые идут по кратчайшему пути, но и волны, огибающие весь земной шар, и волны, отражающиеся от границ слоев Земли разной плотности, например от земного ядра. Эти-то данные и служат вескими аргументами в пользу существования слоев литосферы. Некоторые ученые думают, что здесь до глубины 2450 км идет рудная оболочка со скоплениями титана, марганца и железа.

Еще более резкий скачок в плотностях наблюдается при глубинах в 2900 км, где, наконец, как предполагают, начинается центральное ядро, свойства которого для нас еще очень загадочны, но которое, по всей вероятности, состоит из железа и никеля, содержащего примеси кобальта, фосфора, углерода, хрома и серы. Так рисуют сейчас геофизики и геохимики строение нашей Земли, и каждая из этих оболочек характеризуется элементами, которые преобладают в ее составе. Для каждой характерны свои температуры и свои давления.

Но все же в этой сложной, во многом еще, может быть, неточной картине есть одна область, которая неизменно привлекает наше внимание. Это область, в которой мы живем и которая выделяется из всех геосфер своими особыми свойствами. Это пояс в 100 км — пояс химической жизни, область земных химических процессов, область бурных пароксизмов, колебаний температур и давлений, область землетрясений, вулканических извержений, область разрушения в одних местах и возрождения в других, область охлаждения расплавов глубинных очагов, горячих источников, рудных жил, наконец, область жизни самого человека, с его бурными исканиями, постоянной борьбой с природой и за природу, область, населяемая миллионами видов живых существ, область новых своеобразных и сложных сочетаний химических молекул, область жизни, борьбы, искания, область новых процессов и новых превращений!

Озеро в кратере вулкана Санторин образовалось около 3500 лет назад. Греческий архипелаг

Эта область жизни недаром называется геологами тропосферой, то есть поясом движения. Этот пояс живет своей сложной химической жизнью, и процессы стройки и сочетаний химических элементов в нем определяют все судьбы нашей Земли в отдельные геологические эпохи нашей планеты. Это пояс чисто земных реакций, и замечательно, что хотя тысячи и тысячи небесных камней, метеоритов, залетают к нам на Землю и тысячи обломков космических тел попадают в руки ученых, но ни один из них не дал нам хотя бы одного кусочка, который напоминал бы этот бурный пояс жизни и смерти нашей планеты. Так слагаются химические представления о глубинах нашей Земли у человечества, физическое существование которого ограничено только маленькой пленкой толщиной в несколько километров. Но в медленной и упорной борьбе человеческого гения раздвигаются рамки познания мира.

Мы твердо убеждены, что как глубины Земли, так и заоблачные высоты будут завоеваны не только отвлеченной мыслью ученого, но и техникой.

Мы видим, как волны наших крупных геофизических установок по нашей воле проникают в глубины Земли и, отражаясь там, приносят нам ответ о строении земных оболочек. Огромные взрывы, произведенные на Урале и на юге нашей страны, открывают совершенно новые страницы в этих представлениях. Целый ряд точных станков, огнеупорные трубы и штанги с насаженными на них резцами из сверхтвердых сплавов, с алмазными коронками свободно, со сказочной скоростью в сотни метров за смену будут врезаться в твердый гранит, — и мы уверены, что пройдет немного лет, и московские буровые скважины, казавшиеся пределом достижения техники, отойдут в далекое прошлое. Человек завоюет глубины в десятки километров и не только