книги / Общая геология

Средний химический состав гранитной и базальтовой геосфер выяснен довольно хорошо. Значительно хуже известен состав симатической оболочки (=^перидотнтовой геосферы).

О составе и количественных соотношениях элементов окисносульфидной оболочки (трудной геосферы) и центрального ядра приходится судить по косвенным данным (главным образом на основании сведений о плотностях пород и метеоритов), устана­ вливая вероятный их состав теоретическим путем и пользуясь определенными физико-химическими закономерностями.

Данные табл. 9 свидетельствуют, что в сиалической оболочке (земной коре) весьма неравномерно распределены различные химические элементы. Содержание одних элементов во много раз превышает содержание других. На долю кислорода приходится почти половина от количества всех элементов, на долю кремния— почти четверть, на долю Al, Fe, Са, Na, К, Mg 23,71% в гранитной геосфере и 31,09% в базальтовой. Такая же картина наблюдается и в отношении других элементов периодической системы. На их долю в гранитной геосфере приходится всего 0,98%, в базальто­ вой 1,43%. Оказалось, что одни из них во много раз превышают по количеству другие (некоторые в миллиарды раз).

Интересно привести средний химический состав гранитов и базальтов (табл. 10).

Из табл. 10 видна резкая разница в химическом составе гра­ нитов и базальтов.

В первых много Si02, Na20 и К20 , во вторых этих элементов мало, но зато, в противоположность гранитам, много FeO, Fe20 3, CaO, MgO и ТЮ2.

Таким образом, наиболее распространенными в пределах гра­ нитной геосферы являются элементы с низкими атомными весами

инебольшими порядковыми числами.

Всиматической оболочке (см. табл. 9) резко повышается содержание железа и магния и понижается количество алюми­ ния, натрия и калия, однако примерно те же элементы, за исклю­

чением натрия и калия, занимают первенствующее положение.

Вокисно-сульфидной оболочке на первое место выступает железо (37,14%), на втором стоит кислород (29,10%), затем идут кремний (13,84%), магний (13,62%), никель (2,91 %). Эти пять элементов в рудной оболочке составляют 96,61%.

Вцентральном ядре первые два места занимают железо (90,67%) и никель (8,50%). Оба они составляют 99,17% состава

центрального ядра.

Если рассматривать средний состав Земли в целом, то здесь на первом месте стоит железо (39,76%), на втором — кислород (27,71%), затем идут кремний (14,53%), магний (8,69%), никель (3,46%), кальций (2,32%), алюминий (1,79%). Перечисленные семь элементов составляют 98,26% состава всей Земли.

При рассмотрении табл. 9 следует, что с глубиной убывает относительное количество кислорода, кремния, алюминия, натрия и калия и растет относительное количество железа, магния и никеля.

Если учесть химический состав атмосферы, гидросферы и земной коры до глубины 16—20 км (гранитной геосферы) вместе, то среднее содержание отдельных элементов в весовых процентах

Г л а в а IX

ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА НЕДР ЗЕМЛИ

Рассмотрев массу Земли, ее плотность, внутреннее строение, магнитные и тепловые свойства, химический состав, можно пе­ рейти к вопросу о физическом состоянии вещества недр Земли.

Существовавшие почти до самого последнего времени пред­ ставления по данному вопросу исходили из гипотезы Канта и Лапласа. Согласно этой гипотезе, все тела солнечной системы и в том числе Земля образовались в результате постепенного ох­

146 Физиографическая геология

Третье представление о физическом состоянии недр Земли сложилось у ученых на основании следующего. После того как Земля перешла во второю фазу своего развития (жидкое раска­ ленное ядро, твердая оболочка), она продолжала охлаждаться. Внутренняя, раскаленная жидкая часть Земли представляла собой сложный расплав одних минералов в других. Температура плавления и кристаллизации каждого минерала своя. По мере охлаждения расплава в первую очередь кристаллизовались наи­ более тугоплавкие минералы, а потом уже все более и более легкоплавкие.

Кристаллизующиеся минералы при постепенном охлаждении Земли имели разную плотность. Более плотные постепенно тонули в общей жидкой массе недр Земли, более легкие медленно всплы­ вали и припаивались к нижней поверхности твердой оболочки1.

Таким образом, в центре Земли образовалось твердое ядро из наиболее тугоплавких и тяжелых минералов. В то же время по мере охлаждения Земли должна была утолщаться и ее твер­ дая оболочка. Но такое представление о внутреннем физическом состоянии вещества недр Земли встретило ряд возражений. Если бы оно было правильным, то извержения одних вулканов сказы­ вались бы на извержении других вулканов. Деятельность всех вулканов на Земле была бы взаимосвязанной. Состав лав всех действующих вулканов был бы одинаковым. На самом же деле рядом расположенные вулканы нередко извергают совершенно разную по составу лаву.

Кроме того, если бы внутреннее состояние вещества недр Земли было таким, как указано выше, в жидком кольце Земли происходили бы приливно-отливные явления. Этого мы не наблю­ даем. Поэтому и от третьего представления ученым постепенно пришлось отказаться.

Возникло четвертое представление, согласно которому Земля почти вся перешла в твердое состояние. Внутри, в перифериче­ ских частях ее, остались кое-где жидкие очаги еще не успевшего затвердеть вещества. Этими очагами и питаются современные действующие вулканы. Очаги жидкого вещества располагаются на разных глубинах, не сообщаются между собой, и они разной

Согласно этому представлению, сиалическая оболочка Земли состоит из пород главным образом магматических и метаморфи­ ческих и в некоторой части осадочных. Все они находятся в

1 Процесс кристаллизации и порядок кристаллизации постоянно ме­ няющегося при этом сплава, конечно, происходят значительно сложнее, чем изложено выше. Однако для наших общих рассуждений в изложенном виде он вполне приемлем.

148 Физиографическая геология

ратуру плавления и кристаллизации, которые зависят от давле­ ния и от того, какие компоненты и в каких соотношениях входят в расплав.

По мере понижения температуры происходит последователь­ ная кристаллизация минералов. В первую очередь выкристал­ лизовываются более тугоплавкие, затем менее тугоплавкие и в последнюю очередь наиболее легкоплавкие минералы при соответ­ ствующих условиях давления и наличии других компонентов расплава.

Постепенно кристаллизующиеся минералы имеют разный удель­ ный вес. Естественно, более тяжелые минералы занимают более низкие участки бассейнов огненножидкого магматического вещества (батолитов, штоков, лакколитов и т. д.), легкие мине­ ралы занимают более возвышенные места их. Иными словами,

которой лежит гравитационный фактор.

Таким образом, в разных участках батолитов, штоков, лакко­ литов и т. д. из первоначально однородной ассимилировавшей магмы возникают скопления различных минералов, образующих разнообразные интрузивные горные породы.

Г л а в а Х

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Из многочисленных гипотез происхождения Земли и солнеч­ ной системы более ста лет пользовалась признанием и популяр­ ностью гипотеза Канта—Лапласа. Она имеет огромное историче­ ское значение, потому что впервые внесла в астрономию идею о вну­ треннем развитии Вселенной. Согласно этой гипотезе, развитие солнечной системы и в том числе З^рли происходило без вмеша­ тельства божественных сил, по присущим Вселенной законам.

В самом общем виде гипотеза впервые была выдвинута немец­ ким философом Кантом. Через 40 лет, в 1796 г., французский астроном и математик Лаплас опубликовал общедоступное из­ ложение основных вопросов астрономии. В конце своей книги он кратко изложил гипотезу происхождения солнечной системы, ставшую впоследствии известной под названием гипотезы Канта — Лапласа.

Согласно этой гипотезе, солнечная система образовалась из огромной раскаленной газоподобной туманности, вращавшейся вокруг оси. Первоначальные размеры этой туманности во много

раз превосходили современные размеры солнечной системы.

не давали. Лаплас, приняв указанные выше положения без всяких объяснений за исходные, применил к вращающейся туманности известные в его время законы механики. Он рассуждал примерно так. С течением .времени туманность остывала, а потому сжима­ лась, т. е. сокращалась в размерах. От этого скорость вращения туманности увеличивалась. Постепенно первоначальная туман­

центра тяжести всей туманности О и на расстоянии АВ —.г от оси вращения K L (точка В — проекция частицы т на ось KL).

На частицу т в точке А действует сила ньютонианского при­ тяжения F и центробежная сила /:

т М

F = к - ц г ;

где v — скорость движения частицы с массой т по своей кру­ говой орбите радиуса г;

где t — время полного оборота частицы т вокруг оси вращения туманности.

По мере охлаждения, а потому и сжатия туманности М вели­ чина г уменьшалась.

Раз уменьшалось г, должно было уменьшаться и R. При этих условиях F увеличивалась, увеличивалась и величина /. Таким образом, все материальные частицы туманности по мере ее ох­ лаждения стремились приблизиться к экватору и оси вращения.

ляться кольца. Эти кольца, разрываясь, а потом свертываясь, образовали спутники. У Сатурна некоторые кольца не разорвались и продолжают существовать до настоящего времени.

Итак, по гипотезе Канта—Лапласа, образование планет и их спутников началось еще до того, как окончательно сформирова­ лось Солнце.

Лаплас, разрабатывая физико-механическую часть гипотезы, опирался на известные в его время наблюдения за туманностями, обладавшими различными степенями сжатия. Он полагал, что видимые туманности ’являются образцами той, из которой воз­ никла солнечная система.

С дальнейшим развитием астрономической науки было уста­ новлено, что видимые во Вселенной туманности не являются газовыми облаками, постепенно сгущающимися в звезды и пла­ неты, а представляют собой гигантские звездные системы (галак­ тики), находящиеся от нас на огромных расстояниях.

После того как возникли планеты, в том числе и Земля, они, отдавая тепло в мировое пространство, охлаждались, на них должна была образоваться твердая оболочка и атмосфера.

Слабыми местами в гипотезе Канта—Лапласа оказались следую­ щие моменты. Солнце должно было бы вращаться значительно быстрее, чем оно вращается в настоящее время; ряд спутников вращается вокруг своих планет в противоположную сторону и находится не в плоскости экватора первичной туманности и т. д.

Число фактов, не объяснимых с позиций гипотезы Канта— Лапласа, постепенно росло. В конце концов гипотеза стала иметь лишь исторический интерес. Однако для своего времени она сыграла исключительно прогрессивную роль.

К началу XX в. недостатки гипотезы Канта — Лапласа стали уже слишком явными. Стали появляться новые гипотезы, а за­ тем началось 20-летнее господство гипотезы Джинса.

Согласно гипотезе Джинса, материя, образовавшая планеты и их спутники, была вырвана из Солнца притяжением пролетев­ шей поблизости звезды, обладавшей значительной массой. При­ тяжение звезды увлекло вырванную материю далеко от Солнца в направлении движения звезды. Таким образом, в основе ги­ потезы Джинса лежит случайность. Если бы мимо Солнца не пролетела звезда, никакой солнечной системы не возникло бы, не возникло бы и Земли.

Причина исключительной популярности гипотезы Джинса лежит не в ее научных достоинствах (их нет), а в том, что она оказалась наиболее приемлемой для господствующего в буржуаз­ ном обществе религиозно-идеалистического мировоззрения.

После ярко материалистических штурмующих небо творений Канта и Лапласа не раз делались попытки создать наукоподоб­ ную картину образования Земли, не слишком противоречащую