Занимательная геохимия. Химия земли: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Отошли в прошлое представления о неприступности высоких слоев атмосферы, куда не доходят ни шум, ни сутолока Земли, ни химическая борьба земных молекул: наши смелые стратонавты Федосеенко, Васенко и Усыскин ценою своей жизни открыли первую страницу в овладении воздушными высотами.

Полеты на стратостатах, полеты ракет сильно подвинули познание областей, где очень резко уменьшается количество вещества, где на один кубометр приходится в миллионы раз меньше частиц, чем в воздухе у поверхности Земли[57].

Человека влекут прежде всего высоты, и здесь достижения совершенно реальны: техника добилась огромных результатов, и ученые знают этот далекий, недоступный нам еще мир гораздо лучше, чем тот, который расстилается под нашими ногами, — мир глубин Земли.

В познании глубин наши успехи значительно слабее. Сюда влечет человека главным образом борьба за нефть и золото. Он бурит скважины и пробивает шахты, проникающие в недра Земли, но самые глубокие нефтяные скважины — не более 5 км[58], а самая глубокая шахта на золото — меньше 3000 м[59]. И это считается уже блестящей победой.

В стремлении добыть золото и нефть человек, конечно, сумеет проникнуть еще глубже. Весьма вероятно, что достижения новой техники позволят перекрыть эти рекорды еще на несколько километров. Но что такое эти несколько километров по сравнению с величиной земного радиуса в 6370 км? Всего какая-то тысячная доля!

Совершенно понятно, что с таким положением вещей человеческая мысль мириться не может, и всех людей науки, начиная с самых древних философов и кончая астрономами нашего времени, занимает проблема внутреннего строения Земли и пути овладения глубинами планеты. Попробуем хотя бы отрывочно представить себе то, что мы знаем о земных глубинах, совершим мысленно путешествие от земной поверхности до глубин и посмотрим, что встретится нам на этом пути.

Первую попытку описать путешествие в земные глубины мы встречаем у Ломоносова. Правда, эти его идеи разбросаны в ряде трудов, но А. Н. Радищев в своем «Слове о Ломоносове» (1780 год) собрал их воедино. Любопытно, что Радищев, заканчивая свое знаменитое «Путешествие из Петербурга в Москву», как раз последние страницы своего рассказа о тяжелом странствовании по ухабам грязной почтовой дороги посвящает своеобразному путешествию Ломоносова к центру Земли и рисует картины, которые увидит ученый, если он последовательно будет спускаться от земной поверхности к земным недрам. Вот это замечательное описание:

«Трепещущ нисходит [Ломоносов] в отверстие и скоро теряет из виду живоносное светило. Желал бы я последовать ему в подземном его путешествии, собрать его размышления и представить их в той связи и тем порядком, какими они в разуме его возрождалися. Картина его мыслей была бы для нас увеселительною и учебною. Проходя первый слой земли, источник всякого прозябания, подземный путешественник обрел его несходственным с последующими, отличающимся от других паче всего своею плодоносною силою. Заключал, может быть, из того, что поверхность сия земная не из чего иного составлена, как из тления животных и прозябаний, что плодородие ее, сила питательная и возобновительная, начало свое имеет в неразрушимых и первенственных частях всяческого бытия, которые, не переменяя своего существа, переменяют вид только свой, из сложения случайного рождающийся. Проходя далее, подземный путешественник зрел землю, всегда расположенную слоями. В слоях находил иногда остатки животных, в морях живущих, находил остатки растений и заключать мог, что слоистое расположение земли начало свое имеет в наплавном положении вод и что воды, переселяяся из одного края земного шара к другому, давали земле тот вид, какой она в недрах своих представляет.

Сие единовидное слоев расположение, теряяся из его зрака, представляло иногда ему смешение многих разнородных слоев. Заключал из того, что свирепая стихия огнь, проникнув в недра земные и встретив противуборствующую себе влагу, ярясь, мутила, трясла, валила и метала все, что ей упорствовать тщилося своим противодействием. Смутив и смешав разнородные, знойным своим дохновением возбудила в первобытностях металлов силу притяжательную и их соединила. Там узрел Ломоносов сии мертвые по себе сокровища в природном их виде, воспомянул алчбу и бедствие человеков и с сокрушенным сердцем оставил сие мрачное обиталище людской ненасытности».

Разбираясь в этом замечательном тексте, мы можем сказать, что он полностью отвечает нашим современным представлениям; ни одно слово в нем не может быть нами опровергнуто. Только язык у нас другой.

Но вот если эту фантастическую картину ученого XVIII века мы попытаемся сопоставить с картиной нашего гораздо более реального представления о недрах, изученных с помощью буровых инструментов, то увидим следующее.

Несколько лет назад в Москве, за Крестьянской Заставой была построена небольшая вышка, которую никто не видел со стороны улицы. В этой вышке находился буровой станок, который должен был пробурить до больших глубин нашу землю, чтобы узнать, на чем стоит Москва.

Стали упорно и долго бурить, стремясь дойти до глубин в несколько километров. Сначала прошли глины и пески, которые были отложены на Московской равнине южными потоками большого, спускавшегося из Скандинавии ледника. Это были последние пароксизмы той ледниковой эпохи, которая сплошной пеленой снега и льда покрыла весь север Европейской части Союза.

Под этими глинами шли различные известняки, они перемежались прослойками мергелей и опять глин, местами среди известняков попадались известковые скелеты и раковинки, известняки сменялись песками, а среди них отдельные угольные прослойки говорили нам об угольных бассейнах, которые снабжают своим топливом и газом Центральную промышленную область. Геологи детально рассмотрели осадки древних каменноугольных морей и нашли, что эти моря сначала были неглубокими, берега их были покрыты буйной растительностью, бурно разраставшейся в условиях влажного и жаркого климата. Потом эти моря стали углубляться, воды с востока и севера набегали и ломали леса, уничтожали растения; роскошный мир подводных живых существ положил начало коралловым рифам, банкам ракушняка.

Высотное здание в Москве у Красных Ворот, облицованное белым известняком Подмосковья

В это время и откладывались те известняки, которые шли на постройку домов в Москве и по которым Москва и получила прозвание Белокаменной. Эти же известняки широко используются и в настоящее время.

Всю эту сложную серию слоев, оседавших в течение долгой каменноугольной эпохи, продолжавшейся много десятков миллионов лет, пересекла наша буровая скважины, пока не встретила новые толщи огромных количеств гипса. Сотни метров прошла она сквозь гипсовые осадки по глинистым прослойкам, через большие количества воды.

Эти воды были насыщены сначала сернокислыми солями, а потом, чем глубже, тем более увеличивалось в них содержание хлористых солей; буровая скважина проникла в рассолы, в десять раз более насыщенные солями, чем морская вода. Это были преимущественно хлористые соли натрия, кальция, но среди них много было и солей брома и йода.

Это была картина уже не каменноугольной, а еще более древней, девонской эпохи. Это были исчезающие моря с соляными озерами, лиманами и пустынями, которые окружали берега этих морей; соли, откладывавшиеся на их дне мощным покровом, перемежались то с тонкими прослоями илов, то с пылью, нанесенной ураганами и смерчами девонской пустыни.

Буровая скважина проникла уже на 1,5 км. Что же будет дальше? Что будет под этими осадками древних девонских морей, какие новые картины встретит геолог, когда углубится еще на несколько сот метров? Сложные догадки волновали ученых, а смелая мысль искала различных гипотез. Но вот на глубине 1645-м появились пески. Это, по-видимому, были берега девонского моря; пески говорили о том, что близка суша. Среди них попадались отдельные гальки изверженных пород, окатанные обломки берега моря. Это были уже берега, настоящие берега, и через 10 м скважина врезалась в твердый гранит.

Так в конце июля 1940 года в Москве буровой инструмент впервые достиг гранитного остова — той основы, на которой покоится вся русская земля от Ленинграда на севере до Украины на юге. Вскоре новые буровые скважины в Сызрани и дальше на востоке достигли гранитного ложа примерно на той же глубине и подтвердили гениальные прогнозы академика А. П. Карпинского, что под поверхностью всей нашей Европейской равнины лежат древние гранитные массы — та старая платформа, или щит, которую мы знаем по красивым скалам гранитов и гнейсов Карелии на севере, а на юге — по берегам Днепра и Буга. Буровая скважина прошла еще 20 м в твердом граните. По определениям геологов, это были настоящие гранитные породы, те древние осадки, возраст которых мог исчисляться не меньше чем в миллиард лет.

Так буровая скважина достигла глубокого гранитного ложа под Москвой. А что лежит дальше? Чего можно ждать под этими гранитами? Можно ли еще пройти до 2000 м, чтобы достигнуть тех глубин, на которых плавают гранитные массы? Этот вопрос вызвал бурные споры.

Одни считали, что безнадежно продолжать дальнейшее бурение, что много сотен и даже тысяч метров нужно пройти, чтобы закончились эти твердые толщи гранито-гнейсовой платформы. Другие настаивали на том, чтобы продолжать бурение и разгадать загадку еще больших глубин. Огромные трудности стояли на пути, и с каждым следующим метром все сложнее и сложнее делалась работа бурильщиков, поднимавших из глубин почти в 2 км красивые розовые твердые керны гранито-гнейсов. Сейчас еще невозможно достигнуть самых глубоких слоев Земли, для этого еще слаба та техника, которой владеет человек. В борьбе за овладение более глубокими зонами Земли надо идти иными путями. Об этом впервые заговорил в 1875 году молодой австрийский геолог Эдуард Зюсс.

Он поставил перед собой задачу — рассмотреть Землю с высоты птичьего полета с точки зрения геологии и уже родившейся тогда 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.

[57] В связи с запуском наших искусственных спутников Земли, знания в этой области весьма расширились.

[58] Кольская сверхглубокая скважина СГ-3 достигла рекордной глубины 12 262 м. — Науч. ред.

[59] Шахта «Тау-Тона» недалеко от Йоханнесбурга, ЮАР, достигла глубины 5000 м. — Науч. ред.