Всего за 239.9 руб. Купить полную версию
§ 77. Глубина изостатической поверхности точно неизвестна. Вначале ей придавали глубину в 110-120 км. Более новые исчисления дают меньшие цифры, в 60 и 90 км.
По-видимому, уровень ее в разных местах весьма различен, и форма ее неизменно медленно меняется под влиянием источников свободной энергии, находящихся в земной коре, того, что мы называем геологическими изменениями.
Выше изостатической поверхности лежит та область планеты, которая была названа земной корой в связи с давними в геологии гипотезами, указывающими, что на геологически изучаемой земной поверхности мы сталкиваемся со следами и остатками коры застывания когда-то жидкой планеты. Это было связано с научными космогоническими гипотезами о прошлом Земли, наиболее глубоким выражением которых явилась гипотеза П. Лапласа, получившая широкое распространение в ученой среде, одно время переоценившей ее научную ценность. Однако мало-помалу выяснилось, что нигде в доступных нам слоях мы не встречаем следов такой первичной коры застывания, что геологически нигде не сказывается гипотетическое огненно-жидкое прошлое нашей планеты. Гипотезы о первичном огненножидком состоянии планеты таким образом исчезли. Но исторически вошедший в науку термин "земная кора" сохранился, получив иной смысл.
§ 78. В этой земной коре мы различаем ряд оболочек, концентрически в ней распределенных, хотя поверхности их разграничения в общем не являются шаровыми.
Каждая концентрическая оболочка характеризуется своими, в значительной мере независимыми и замкнутыми системами динамических равновесий - физическими и химическими. Разграничение отдельных оболочек иногда затруднительно, по-видимому, в связи с крупными пробелами наших знаний.
Более точно можем мы это делать для верхних частей твердой фазы планеты и для нижних газообразных. На глубину в 16-20 км от земной поверхности, на высоту в 10-20 км от нее к нам доходят или доходили химические соединения. Изучение геологического строения Земли свидетельствует о том, что не дальше указанных глубин образовались самые глубокие нам известные массивные породы. Мощность в 16 км отвечает толще осадочных и метаморфических пород. Можно думать, что химический состав верхних 16-20 км обусловлен теми же геологическими процессами, какие мы сейчас изучаем. Этот состав нам в общих чертах точно известен.
За этими пределами наши знания становятся значительно менее точными не только оттого, что мы не можем сейчас точно установить вещество, к нам оттуда доходящее, но и потому, что состояния вещества в этих пределах высоких и низких давлений нам, несмотря на большие успехи опытных наук, во многом неясны. Но, несомненно, здесь мы стоим на прочной почве - развитие наших знаний идет медленно, но неуклонно. И, очевидно, наши старые представления о земной коре подвергаются коренному пересмотру, который только что начинается.
§79. С этой точки зрения необходимо отметить некоторые важные для понимания строения земной коры вырисовывающиеся явления.
Во-первых, в высоких слоях газовой оболочки планеты вещество находится в состоянии, резко отличном от того, какое мы привыкли видеть вокруг нас. Может быть, мы имеем здесь дело (выше 80-100 км) с областью планеты, отличной от земной коры. Здесь, в разреженной материальной среде, в форме электронов и ионов сосредоточены огромные запасы свободной энергии, значение которой в истории планеты нам неясно.
Затем представляется сейчас почти несомненным, что сплошное огненно-жидкое состояние внутренних слоев планеты, проявлением которого считали выливающиеся на земную поверхность вулканические породы, не существует. Необходимо допустить существование больших или малых участков магмы, т. е. переполненного газами вязкого жидкого горячего (600-1000°) силикатного расплава среди преобладающей твердой или полутвердой вязкой горячей оболочки. Ничто не указывает, чтобы очаги магмы проникали всю земную кору и чтобы температура всей коры была столь же высока, как температура этих горячих, богатых газами расплавов.
§ 80. Хотя структура глубинной части земной коры таит еше много загадок, все же успехи науки в этой области за последние годы привели к замечательным достижениям.
Земная кора, по-видимому, состоит из кислых и основных пород, которые мы наблюдаем и на поверхности. Кислые породы, граниты и гранодиориты расположены под континентами, толщина их достигает порядка 15 км, иногда немного меньше. Основные породы господствуют на глубинах.
Под гидросферой они приближаются к земной поверхности. Эти породы беднее свободной энергией, радиоактивными химическими элементами.
Нужно принять существование по меньшей мере трех оболочек ниже земной поверхности. Одна из них, верхняя оболочка, отвечает кислым породам (гранитная оболочка). Она кончается на глубине 9- 15 км ниже поверхности и относительно богата радиоактивными элементами.
Около 34 км ниже поверхности в свойствах материи обнаруживается новое большое изменение (X. Жеффрейс, С. Мохоровичич), которое показывает, вероятно, нижнюю границу существования кристаллического состояния вещества. Это вместе с тем верхняя граница стекловатой оболочки Р. Дели (1923). Глубже лежат основные породы, частично кислые породы в состоянии, аналогичном стеклу, в котором они нам незнакомы.
Второе сильное изменение замечается на глубине в среднем около 60 км от земной поверхности; оно, вероятно, является результатом появления тяжелых пород, влияние которых сказывается на сейсмических явлениях; это, может быть, эклогиты, плотность которых не меньше 3,3-3,4.
Здесь мы входим в область симы; удельный вес пород все увеличивается, и достигает на ее границе 4,3-4,4 (Л. Адамс и Е. Вильямсон, 1925). Эти краткие замечания дают лишь очень обшее впечатление о сложности явления.
§ 81. Выяснение существования земных оболочек шло эмпирическим путем в течение долгого времени. Некоторые из них, например атмосфера, установлены столетия назад, и их существование вошло в обиход текущей жизни.
Но лишь в конце XIX - начале XX столетия были уловлены основания их выделения, и до сих пор понимание их значения в строении земной коры не вошло в общее научное сознание.
Их выделение тесно связано с химией земной коры, и их существование является следствием того, что все химические процессы земной коры подчиняются одним и тем же механическим законам равновесия.
Благодаря этому в чрезвычайной сложности химической структуры земной коры все же всюду проявляются и бросаются в глаза обшие черты, позволяющие различать в сложных природных явлениях - эмпирическим путем - основные их состояния и классифицировать те сложные системы динамических равновесий, которым в таком упрощенном представлении отвечают земные оболочки.
Законы равновесий в общей математической форме были выявлены Ж. Гиббсом (1884-1887), который свел их к соотношениям, могущим существовать между характеризующими химические или физические процессы независимыми переменными, каковыми являются температура, давление, физическое состояние и химический состав принимающих участие в процессах тел.
Все установленные чисто эмпирическим путем земные оболочки (геосферы) могут быть характеризованы некоторыми переменными, которые входят в равновесия, изучавшиеся Гиббсом.
Таким образом, можно различить термодинамические оболочки, определяемые величинами температуры и давления, фазовые оболочки, характеризуемые физическим состоянием (твердым, жидким и т. д.) входящих в их состав тел, и, наконец, химические оболочки, отличающиеся своим химическим составом.
В стороне осталась только оболочка, выделенная Э. Зюссом, - биосфера. Несомненно, все ее реакции подчиняются законам равновесий, но они заключают новый признак, новое независимое переменное, не принятый во внимание Ж. Гиббсом.
§ 82. Обычно принимаемые во внимание независимые переменные неоднородных равновесий, изучаемых в наших химических лабораториях,- температура, давление, состояние и состав вещества - не охватывают всех их форм. Гиббс математически изучал уже электродинамические равновесия. Огромное значение имеют в природных земных равновесиях разнообразные поверхностные силы. Большое внимание обратили на себя в химии явления фотосинтеза, где независимой переменной является лучистая световая энергия. В явлениях кристаллизации мы учитываем векториальные кристаллические энергии: внутреннюю, например в двойниках, и поверхностную - во всех кристаллах.
Вводя в физико-химические процессы земной коры световую солнечную энергию, живые организмы, однако, по существу и резко отличаются от остальных независимых переменных биосферы. Подобно им, живые организмы меняют ход ее равновесий, но в отличие от них представляют особые автономные образования, как бы особые вторичные системы динамических равновесий, в первичном термодинамическом поле биосферы.