Почему земля теплая

Рассказывают, что случилось это в середине XVIII века, когда кто‑то из крестьян, живших неподалеку от подножия горы Везувия, вздумал вырыть у себя во дворе то ли колодец, то ли погреб. На глубине нескольких метров его лопата наткнулась на металл и звякнула. Осторожно расчистив находку, крестьянин увидел прекрасный бронзовый светильник, позеленевший от времени. «В городе за него любители старины наверняка отвалят кучу денег», – подумал он и стал копать дальше. В течение дня он вырыл еще несколько старинных вещей, а потом и статую…

Откуда они здесь под землей, на которой с незапамятных времен росли сады и люди передавали свои плодородные участки по наследству от отца к сыну, из поколения в поколение? Никто и не слышал о том, что здесь могло что‑то быть еще, кроме садов и огородов.

В итальянских семьях хорошие новости недолго сохраняются в тайне. Вслед за удачливым «кладоискателем» принялись ковыряться в недрах своих участков и соседи. И вот то один, то другой с шумом заявляли о своих находках…

Примерно так, по рассказам очевидцев, начались раскопки древнего города Помпеи, засыпанного пеплом и залитого грязью во время извержения Везувия 24 августа 79 года нашей эры. Поистине память человеческая короче мига, который называется жизнью. За шестнадцать с лишним веков люди начисто забыли о существовавших здесь цветущих в ту пору городах. Потеряли даже места их нахождения и спокойно разводили овощи над крышами засыпанных строений.

Всю историю своего существования люди терпели страх от извержений, так что понятен интерес ученых к причине этих грозных явлений природы. Сохранились рассказы, что еще в V веке до нашей эры древнегреческий философ, поэт и государственный деятель Эмпедокл из Агригента, устав, как он говорил, от жизни, поднялся на вершину вулкана Этны. Там он и остался жить в хижине, пытаясь выяснить, как бушующий в недрах огонь порождает металлы и камни, а также, отчего случаются извержения.

Происхождение горячих ключей. Со старинной гравюры.

Две тысячи с лишним лет спустя, в начале XIX века на той же Этне, в ста шагах от места, которое и по сей день называется «Торро‑дель‑философ», то есть «башня философа», была построена первая научная станция для наблюдений за жизнью вулкана. А в 1847 году уже знакомый нам Доминик Франсуа Араго основал постоянную вулканологическую обсерваторию со специальной аппаратурой на Везувии. С середины прошлого века русские ученые не раз предпринимали экспедиции на вулканы Камчатки.

Взгляды на природу вулканических явлений и на причины извержений не один раз менялись. В основном они зависели от того, какая из гипотез о происхождении и внутреннем строении Земли господствовала в данный момент. К XIX веку большинство ученых придерживались того мнения, что первоначальный огонь разбросан по разным местам в теле планеты. Предполагалось также, что на небольших глубинах под корой существуют целые озера расплавленной магмы. Сжатая, сдавленная горными породами эта масса время от времени со взрывами поднимается вверх, и тогда случаются извержения.

Живо было и такое мнение, что Земля еще не остыла и тоненькая твердая кора прикрывает раскаленную и расплавленную основу. При этом кора разрастается, вследствие остывания сжимается и сдавливает магму.

Новый этап в развитии науки о вулканах – вулканологии – наступил в нашем столетии. В 1903 году французские физики П. Кюри и А. Лаборд измерили количество тепла, которое выделяет радий при распаде. Оказалось, что, превращаясь полностью в свинец, 1 грамм радия выделит столько тепла, сколько получится от сжигания полутонны каменного угля. Так не за счет ли радиоактивных процессов действуют вулканы?

В наше время считается, что планеты произошли в результате слипания холодных частиц. И лишь потом разогрелись. Причем радиоактивный распад не единственный источник тепла. Немало энергии освобождается и в результате химических реакций, и при движении масс в недрах планеты. Плотные и потому (ролее тяжелые комья вещества погружаются, как бы «тонут», опускаясь к центру Земли, и вытесняют на поверхность более легкие вещества. Процесс этот происходит страшно медленно. Но Земле торопиться некуда. При таком перемещении потенциальная энергия опускающихся к центру масс уменьшается. А куда ей деваться? Путь один – переходить в тепло!

Сейчас в центре Земли собралось примерно 86,3 процента всего тяжелого вещества, 13,7 процента еще продолжает свой путь. Так что этот источник все еще продолжает согревать нашу планету.

Горняки хорошо знают, что чем глубже шахта, тем выше в ней температура. В самой глубокой шахте – на уровне примерно 4 тысяч метров – люди уже не могут работать. Ученые подсчитали, что каждые 100 метров в глубину температура поднимается примерно на 3 градуса. Это значит – 30 градусов на километр. До центра – 6371 километр. Неужели там бушует 30 X 6371 = = 191 130 градусов Цельсия – без малого 200 тысяч градусов? При такой температуре самые тугоплавкие породы превратились бы в пар, и нашей планете даже мечтать не стоило бы о твердой оболочке.

Скорее всего, скорость нарастания температуры не по всей толще Земли одинакова. Может быть, она на каких‑то глубинах замедляется, а то и вообще перестает нарастать. Специалисты считают, что скорее всего температура в центре не должна превышать 5 тысяч градусов. Это, конечно, тоже немало. В справочниках по физике вы легко найдете, например, указание, что самый тугоплавкий металл вольфрам переходит в жидкое состояние при 3410 градусах Цельсия. Значит ли это, что, начиная с некоторой глубины, недра планеты находятся в расплавленном состоянии? Не обязательно. В справочниках температуры плавления металлов и других веществ указаны для условий, соответствующих поверхности Земли. В недрах же совсем иное дело. Представляете себе, когда на каждый слой внизу давят все остальные, наваленные сверху… При давлениях в десятки и сотни тысяч атмосфер температуры плавления веществ становятся совсем иными. Они повышаются.

По расчетам советского ученого В. А. Магницкого, на глубине 1 километра давление равно 275 атмосферам. На глубине 50 километров – около 13 тысяч атмосфер. В центре же Земли – более 3 миллионов атмосфер. Такие величины давлений нам даже и представить себе трудно.

Но если нельзя вырыть шахту глубокую‑преглубокую, то, может быть, можно пробурить в коре скважину?

Бурить, бурить как можно глубже… Наверное, если взяться за подсчеты всех скважин, пробуренных в теле нашей планеты, число получится миллионное. При этом скважин, глубина которых больше 5 километров, – тысячи. Несколько десятков прошли 7‑километровую отметку. А глубже?

Самая глубокая в мире скважина – Кольская.

Она приближается к 13‑километровой отметке.

В чем же дело? Почему, несмотря на давние проекты, люди еще не проникли в тело планеты на такую глубину, какая им нужна?

Это оказалось очень сложной проблемой, и я, пожалуй, расскажу вам о ней, когда мы узнаем побольше о Строении земной коры.