Внутреннее строение и рельеф Земли

Какая она, планета Земля, твердая или жидкая? Вопрос отнюдь не праздный, и не может быть решен однозначно. С глубокой древности величайшие умы человечества стремились узнать, что находится у нас глубоко под ногами, что служит основанием окружающего нас мира. Тем не менее, до сих пор о глубинных слоях Земли мы знаем меньше, чем о космосе, и шансов когда-либо проникнуть в подземный мир не так уж и много.

Достоверно известно лишь то, что планету покрывает каменная оболочка — земная кора, которую М.В. Ломоносов образно называл «черепом Земли», и, скорее всего, это единственная по-настоящему твердая ее часть. Но толщина коры всего 5 — 75 км, т. е. по отношению ко всей планете, средний радиус которой 6371 км, она еще тоньше, чем кожура у персика. Под земной корой располагается мантия, вещество которой находится большей частью в вязко-пластичном, а кое-где и в расплавленном состоянии. Причиной тому не только высокие температуры, достигающие 700 — 2000°С, но и громадное давление, оказываемое вышележащими толщами.

Под мантией, на глубине около 2900 км от поверхности, скрыто ядро Земли в форме шара радиусом почти 3500 км. Это самая горячая и плотная ее часть, которая состоит в основном из железа и никеля. Ученые предполагают, что внешнее ядро находится в жидком состоянии, во внутреннем же ядре давление столь велико, что оно, несмотря на температуру порядка 6000 — 10 000°С, представляет собой твердое тело.

Как космический объект Земля обладает различными физическими полями. Нам, прежде всего, заметно ее гравитационное поле, объединяющее вещество, придающее ей шарообразную форму и удерживающее предметы на поверхности. Земля и ряд планет Солнечной системы имеют магнитное поле. Обычно мы замечаем его по движению стрелки компаса, стремящейся указать на один из магнитных полюсов. Есть у Земли и электрическое поле, положительный заряд которого сосредоточен в нижних слоях атмосферы, а отрицательный — в верхней части земной коры.

Разогретые распадом радиоактивных элементов недра испускают энергию вовне в виде так называемого теплового потока. Это главное проявление еще одного поля Земли — теплового. Земную кору и атмосферу оно подогревает повсеместно, но наиболее заметно это в вулканических областях и в местах выхода горячих источников. Вещество Земли испытывает колебательные движения различной силы. Ее постоянно пронизывают звуковые, или акустические, волны, которые распространяются во внутренних оболочках в несколько раз быстрее, чем в воздухе. Они образуют так называемое сейсмическое поле. Земля обладает также радиационным полем, которое обязано своим существованием нестабильным изотопам и радиоактивным элементам, рассеянным во внутренних оболочках.

Вещество Земли постоянно находится в движении. Мантийные потоки медленно поднимаются вверх от ядра, затем растекаются в стороны вдоль поверхности и, сходясь в других областях, вновь погружаются в глубь. В результате хрупкая земная кора раскалывается на блоки и плиты, которые перемещаются в горизонтальном направлении. Скорость перемещения так называемых литосферных плит чрезвычайно мала — миллиметры, максимум первые сантиметры в год. Но именно их движение определяет внешний облик планеты и многие процессы, происходящие на ней.

За миллиарды лет существования Земля сильно изменилась. Она подвергалась бомбардировке метеоритами и астероидами, заливалась раскаленной магмой и покрывалась вулканическим пеплом. Материки и океаны многократно меняли свое положение, климат становился то теплее, то холоднее. Жизнь, зародившаяся в воде, вышла на сушу и освоила нижние слои атмосферы. Газовая оболочка насытилась живительным кислородом и приобрела состав, позволяющий называть эту смесь воздухом. Все это нашло отражение в каменной летописи, которая и поведала об истории нашей планеты. Человеку потребовалось не одно столетие, чтобы прочесть «каменные страницы». Остатки и отпечатки ископаемых животных и растений рассказали о географических условиях далеких эпох, о том, как развивалась жизнь на Земле. Довольно красноречив и сам «каменный» материал. Каждая песчинка или кристаллик способны поведать пытливому ученому-геологу о своем образовании и о пути, который они прошли, прежде чем объединиться с себе подобными в виде прочного монолита.

Особое место в земной коре занимает вода. В областях с холодным климатом она находится в замерзшем состоянии и сковывает горные породы, образуя так называемую вечную мерзлоту. Недра Земли интересовали человека, прежде всего, с практической точки зрения. Издревле его привлекали красивые блестящие камни, выброшенные водой на берег или обнажившиеся на горном склоне после обвала. Затем он научился добывать их в шахтах и карьерах. Потребности все время возрастали, и в сферу интересов постоянно вовлекались новые материалы, извлекаемые из недр.

Так человек познакомился с миром минералов и горных пород. Минералы оказались элементарными частицами, своеобразными «клетками», из которых состоит твердая оболочка Земли. Эти частицы, скрепленные друг с другом, образуют собственно каменное вещество планеты — горные породы. Те в свою очередь формируют крупные объемы в земной коре — геологические тела и тектонические структуры.

Нам привычна неподвижность каменной оболочки, ее кажущаяся неизменность, незыблемость, а потому мы обычно забываем о ее существовании. Однако время от времени планета напоминает о себе своими движениями, и эти импульсы часто приводят к стихийным бедствиям. Извержение вулкана — одно из самых грандиозных, впечатляющих и опасных природных явлений. Магма, эта «раскаленная кровь» Земли, в отдаленном геологическом прошлом нередко изливалась через широкие протяженные трещины и покрывала обширные пространства. К нашему времени вулканическая деятельность заметно сократилась. Теперь магма поднимается по сравнительно нешироким цилиндрическим каналам — жерлам. Они сосредоточены в основном в подвижных поясах, находящихся на стыке литосферных плит.

В подвижных поясах, как правило, наиболее значительны напряжения в земной коре, где энергия высвобождается в виде резких смещений жестких блоков, которые вызывают сейсмические толчки. Тем не менее, гораздо мощнее и значительнее по последствиям медленные или вековые движения земной коры, такие незаметные на первый взгляд. Скорость их может показаться ничтожной, но действуют они однонаправлено в течение сотен тысяч и миллионов лет. Именно эти медленные перемещения формируют лик Земли, создают главные его черты в виде гор, равнин, океанских впадин. Внутренние, или эндогенные, процессы выступают как бы в качестве архитектора планеты, которые оперируют громадными по размерам тектоническими структурами. Образуемые ими крупнейшие формы рельефа Земли учеными предложено называть морфоструктурами.

Силы, действующие во внешних оболочках планеты, вызывают к жизни разнообразные экзогенные процессы. Внешние силы, как правило, перемещают мелкие частицы горных пород или минеральное вещество в растворенном состоянии. Их воздействие на рельеф можно сравнить с работой скульптора, который украшает деталями здание, возведенное архитектором. Так, текучие воды образуют густую сеть речных долин, ледники заостряют вершины и выпахивают глубокие котловины, ветры формируют в пустынях скалы и создают из песка холмы и гряды — барханы и дюны. Области, где распространена многолетняя мерзлота, буквально усеяны трещинами, буграми, округлыми провалами и каменными развалами.

В последнее время на арену рельефообразования все активнее выходит человек. Он занимается перепланировкой местности, подготавливая строительные площадки, вырывает карьеры, добывая полезные ископаемые, делает насыпи и выемки, прокладывая дороги. Более того, хозяйственная деятельность изменяет естественный ход процессов формирования рельефа; бывает, что человек пробуждает их, сам того не желая. На распаханных полях начинается эрозия, после вырубки леса появляются лавины и оползни, на берегах водохранилищ волны разрушают вновь созданные берега.