Как люди изучали свою Землю
Шрифт:
Если бы земля состояла из однородного вещества, скорость распространения сейсмических волн с глубиной бы не менялась. Но в недрах на пути волн встречаются слои разной плотности. В одних, более плотных, скорость больше, в других, менее плотных, — меньше. Встречая границы разделения плотностей, волны отражаются, часть из них возвращается к поверхности земли. Другие же преломляются и идут дальше. Казалось бы, все просто. Лови на поверхности отраженные и преломленные волны горизонтальным маятником, и вся картина сейсмической жизни планеты как на ладони.
На самом деле все, конечно, далеко не так легко. Собственные движения маятников так запутывали и усложняли записи, что сделать какие-нибудь заключения об
Эту задачу решил русский ученый академик Борис Борисович Голицын. В конце ноября 1906 года в подвале Пулковской обсерватории он открыл временную сейсмическую станцию. Причем все его сейсмографы дали отчетливые и ясные записи зарегистрированных землетрясений.
Во всех странах мира по достоинству оценили преимущества приборов Голицына. И скоро все главнейшие сейсмические станции были оборудованы сейсмографами его системы. А сам Борис Борисович от практической работы перешел к теории. Он изучал скорости распространения различных сейсмических волн, их разделение, затухание и поглощение.
На глазах современников происходило рождение новой науки — сейсмологии. Труды замечательного ученого легли в основу создания обширной сети сейсмических станций Советского Союза, которая занимает одно из ведущих мест в мировой сейсмической сети.
В 1913 году Борис Борисович Голицын был назначен директором Главной физической (позже — геофизической) обсерватории. Он пробыл на этом посту всего три года, но и за это короткое время сумел вывести свое научное учреждение в ряд первых геофизических обсерваторий мира.
Сказать по чести, толком этого никто не знает и по сей день. Трудна загадка гор! Но разгадывать ее начали уже давно. И нужно надеяться, что со временем геологи до истины доберутся.
С самого начала обсуждения проблемы формирования земного шара именно горы смущали ученых. Потому что если предположить, что сперва Земля была огненным, расплавленным шаром, то ее поверхность после остывания должна бы остаться более или менее гладкой... Ну может быть, слегка шероховатой. А откуда же появились высокие горные хребты и глубочайшие впадины в океанах?
В XIX веке господствующей идеей стало представление о том, что время от времени по каким-то причинам раскаленная магма изнутри приступом идет на каменную оболочку и тогда в ней вспучиваются горы и поднимаются хребты. Поднимаются? Но почему тогда на поверхности так много районов, где хребты идут параллельными складками один подле другого? При вспучивании каждая горная область должна бы иметь форму купола или пузыря... Объяснить возникновение складчатых гор действием вертикальных сил, идущих из недр, не удавалось. Складки требовали горизонтальных усилий.
А теперь возьмите яблоко в руку. Пусть это будет небольшое, слегка привядшее яблочко. Сдавите его в руках. Смотрите, как сморщилась кожица, как покрылась она мелкими складочками. А представьте себе, что яблочко размером с Землю. Складочки вырастут и превратятся в высоченные горные хребты... Какие же силы могли бы так сдавить землю, чтобы она покрылась складками?
Спуск в старинный рудник. Со старинной гравюры.
Вы ведь знаете, что каждое раскаленное тело при остывании сжимается. Может быть, этот механизм годится и для объяснения складчатых
Такой процесс предложил для объяснения формирования поверхности Земли французский ученый Эли де Бомон. Он назвал свою гипотезу контракционной от слова «контракция», что в переводе с латыни как раз и обозначало — сжатие. Один швейцарский геолог попробовал вычислить, какими оказались бы размеры земного шара, если разгладить все складчатые горы. Получилась весьма впечатляющая величина. Радиус нашей планеты при этом увеличился бы едва ли не на шестьдесят километров!
Новая гипотеза приобрела множество сторонников. Самые известные ученые поддержали ее. Они углубляли и разрабатывали отдельные разделы, превращая предположение французского геолога в единую науку о развитии, движении и деформации земной коры. В 1860 году эту науку, ставшую важнейшим разделом комплекса наук о Земле, предложили назвать геотектоникой. Станем и мы дальше называть этот важный раздел так же.
Гипотеза контракции или сжатия Земли и сморщивания ее коры особенно укрепилась, когда в Альпах и Аппалачах открыли крупные «надвиги». Этим термином геологи обозначают разрывы в залегающих горных породах, когда одни из них как бы надвинуты на другие. Специалисты торжествовали, новая гипотеза объясняла все!
Правда, возникал маленький вопрос: а почему горы-складки располагались не по всей поверхности земли равномерно, как на сморщившемся, усохшем яблоке, а собирались в горные пояса? И почему эти пояса располагались только по определенным параллелям и меридианам? Вопросик пустяковый, но коварный. Потому что на него ответить контракционная гипотеза никак не могла.
Примерно в середине XIX века, а точнее в 1855 году английский ученый Д. Пратт вел геодезические работы на территории «жемчужины британской короны», то есть в Индии. Он работал вблизи Гималаев. Каждый день, просыпаясь поутру, англичанин любовался величественным зрелищем грандиозного горного района и невольно задумывался: сколько же может весить этот колоссальный горный массив? Его масса должна непременно обладать заметной силой притяжения. Как бы это узнать? Стоп, но если это так, то внушительная масса должна отклонять легкий грузик на нитке от вертикали. Вертикаль — это направление силы тяжести Земли, а отклонение — направление силы притяжения Гималаев...
Пратт тут же прикинул общую массу горного массива. Получилась действительно порядочная величина. По ней, пользуясь законом Ньютона, он вычислил ожидаемое отклонение. Потом неподалеку от склонов гор подвесил грузик на нитке и с помощью астрономических наблюдений измерил его истинное отклонение. Каково же было разочарование ученого, когда при сравнении результатов оказалось, что теория отличается от практики более чем в пять раз. Вычисленный угол оказывался больше измеренного.
Пратт никак не мог взять в толк, в чем же заключается его ошибка. Он обратился к гипотезе, выдвинутой когда-то еще Леонардо да Винчи. Великий итальянский ученый и инженер предположил, что земная кора и расплавленный подкорковый слой — мантия почти всюду находятся в равновесии. То есть блоки коры плавают на тяжелом расплаве, как льдины на воде. А так как при этом часть «льдин»-блоков погружена в расплав, то в целом блоки оказываются легче, чем принимаются при расчете. Ведь кто не знает, что у айсберга лишь меньшая часть выступает над водой, а большая — погружена...