М. Субботин - Происхождение и возраст Земли

• Название: Происхождение и возраст Земли
• Автор: М. Субботин
• Издательство: Государственное издательство технико-теоретической литературы
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1946

Одна из самых первых книг, рассказывающая о происхождении Земли и Солнечной системы, а также об эволюции взглядов на этот вопрос. Конечно, в этой книге есть и устаревшие данные (например, возраст Земли сейчас оценивается примерно в 4.5 миллиарда лет, а не 3 миллиарда), но все остальные научные сведения, похоже, ничуть не утратили актуальность. Да и написана книга именно так, как и надо писать научно-популярную литературу: просто, понятно, увлекательно, познавательно.

---

Разработка этой гипотезы только начинается и, конечно, придётся преодолеть ещё очень много трудностей. Нужно, например, показать, что орбиты образовавшихся планет, сначала очень маленькие, могут увеличиться до тех размеров, какие мы наблюдаем в природе. Действие приливов, согласно теории, развитой Джорджем Дарвиным для движения Луны, будет увеличивать орбиты отделившихся масс. Но надо ещё показать, что это увеличение будет именно такое, какое нужно для согласования теории с наблюдаемыми фактами.

В самое последнее время академик О. Ю. Шмидт выдвинул новую космогоническую гипотезу. По своей основной идее она примыкает к катастрофическим гипотезам, так как рассматривает образование планет не как результат внутренних процессов, сопутствующих нормальному развитию звезды, а как результат воздействия на развитие звезды некоторых внешних обстоятельств.

В основе гипотезы О. Ю. Шмидта лежит использование двух недавно открытых фактов: вращения Галактики и наличия в межзвёздном пространстве огромных скоплений тёмной пылеобразной материи.

Изучение Галактики, т. е. того огромного собрания звёзд, в состав которого входит наше Солнце, дало за последние годы много новых и неожиданных результатов. Оказалось, что сотни тысяч миллионов звёзд, образующих Галактику, обращаются вокруг её центра подобно тому, как планеты обращаются вокруг Солнца. Наше Солнце участвует в этом вращении, совершая оборот вокруг центра Галактики примерно в 200 миллионов лет. Этот центр Галактики, находящийся в направлении созвездия Стрельца, скрыт от нас огромными скоплениями тёмной материи.

Предположим теперь, что Солнце, проходя через центральные области Галактики, пересекло облако тёмной материи и своим притяжением захватило часть этой материи. Захваченные частицы будут вращаться вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости. Более крупные частицы будут постепенно присоединять к себе более мелкие, пока этот процесс не завершится образованием планет. Сделанные О. Ю. Шмидтом подсчёты показывают, что рассматриваемая гипотеза хорошо объясняет многие свойства нашей планетной системы.

Итак, в настоящее время наука продолжает внимательно изучать несколько различных путей образования планет потому, что если некоторые особенности строения нашей планетной системы лучше объясняются одной гипотезой, то другие особенности естественнее вытекают из другой гипотезы. Всё это указывает только на чрезвычайную сложность стоящей перед нами задачи и на то, как ещё много труда нужно будет затратить, чтобы окончательно решить вопрос о происхождении Земли. Решение этого вопроса зависит, в первую очередь, от расширения наших знаний об окружающей нас Вселенной. Мы только что видели, как недавние открытия в области атомной физики и звёздной астрономии позволили совсем по-новому рассматривать этот вопрос. Но отсюда не следует, что мы должны отложить вопрос о происхождении Земли, ожидая дальнейших открытий вместо того, чтобы пытаться решать его при помощи тех средств, которые имеются сейчас в нашем распоряжении. Если бы люди были так терпеливы, то наука никогда бы не возникла.

7. Возраст Земли

Говоря о происхождении Земли, мы должны, конечно, остановиться и на вопросе о её возрасте. Определение возраста Земли является одной из сложнейших задач, стоящих перед наукой. Только в последние годы открылась возможность сколько-нибудь точно оценить те огромные промежутки времени, с которыми приходится иметь дело при решении этой задачи. Это стало возможным лишь после того, как физики, изучая явления радиоактивности, проникли в тайны строения атомов тех химических элементов, которые образуют нашу Землю. Оказалось, что атомы некоторых элементов являются своего рода часами, очень медленно, но равномерно идущими. Вот эти-то часы и позволили нам впервые составить себе представление о возрасте, по крайней мере, верхних слоёв земной поверхности.

Нашему непосредственному изучению доступна лишь незначительная часть Земли. При помощи шахт и буровых скважин человек проник в глубь Земли не больше, чем на два-три километра, что составляет всего три-пять сотых процента земного радиуса. Геология позволяет судить о более глубоких слоях Земли благодаря тому, что горообразовательные процессы, сминая, разрывая и надвигая друг на друга мощные толщи горных пород, выводят их на поверхность Земли, а размывание дождями и реками глубоко вскрывает строение этих пластов. Это делает для нас доступным изучение пород на глубине до 20 километров, что составляет около 0,3 % земного радиуса. О том, каково строение Земли на протяжении остальных 99,7 % её радиуса, мы можем судить лишь на основании косвенных данных, доставляемых нам изучением силы тяжести в различных точках земной поверхности, изучением землетрясений и исследованием некоторых других явлений. Все эти данные привели к заключению, что внутренность Земли состоит из трёх главных частей.

1)  внешней оболочки, толщиной примерно в 1 200 км, состоящей из каменных пород;

2)  промежуточной оболочки толщиной около 1 700 км;

3)  очень плотного ядра, с радиусом около 3 400 км, состоящего, по-видимому, из железа и никеля.

Внешняя оболочка состоит прежде всего из осадочных пород (песок, глина, песчаники, сланцы, известняки и т. п.), покрывающих большую часть земной поверхности слоем, толщина которого доходит местами до 100 км. Этот слой называется земной корой. Под слоем осадочных пород находится слой из гранитов и базальтов, образовавшихся путём остывания некогда расплавленного вещества.

Под внешней каменной оболочкой находится промежуточная оболочка. Её называют ещё рудной, так как имеются основания предполагать, что она очень богата железом, хромом, никелем и магнием.

Ещё очень недавно считали, что внутренность Земли имеет такую высокую температуру, что вещество может там находиться только в газообразном состоянии. Такое мнение основывалось на том, что температура в доступных для нашего изучения слоях Земли повышается с глубиной (примерно на 3° на каждые 100 метров). Допуская, что это повышение температуры продолжается почти до самого центра Земли, находили в центре температуру около 200 000°. Однако, изучение землетрясений показало, что внутренние части Земли реагируют на сотрясения, как твёрдое тело, упругость которого превосходит упругость стали в 2½ раза. В настоящее время считают, что наблюдаемое нами повышение температуры с глубиной ограничивается лишь тонким поверхностным слоем и объясняется не тем, что внутренность Земли очень горяча, а тем, что в поверхностном слое находятся радиоактивные элементы (радий, уран, торий и др.), непрерывно выделяющие тепло. Что же касается температуры центрального ядра, то её оценивают теперь всего в 2 000—4 000°. Несмотря на высокую температуру, вещество ядра может обладать свойствами твёрдого тела, так как оно находится под очень большим давлением, доходящим до трёх миллионов атмосфер.

Непосредственное определение возраста, не связанное с той или иной космогонической гипотезой, мы можем производить лишь в отношении самых поверхностных слоёв Земли, так как только эти слои доступны для лабораторного исследования.

Первая попытка такого рода была сделана в 1715 году английским астрономом Галлеем, современником Ньютона. Подземные источники, питающие реки, растворяют находящуюся в земле соль. Эта соль, унесённая реками в океан, там и остаётся, после того как унёсшая её вода испарится и в виде дождя вернётся в источники и реки. Благодаря такому круговороту воды содержание соли в океане с течением времени должно увеличиться.

Галлей предложил определить возраст океана по количеству содержащейся в нём соли. Такие подсчёты, повторявшиеся потом многими учёными при помощи более точных данных, дают возраст океана от 90 до 350 миллионов лет. Однако, этот способ, основывающийся на весьма шатких подсчётах того количества соли, которое ежегодно уносится реками в океан, не может дать сколько-нибудь точных результатов.

Более надёжные результаты дал геологический метод, основанный на определении толщины осадков. Дожди непрерывно смывают почву в реки, а реки уносят её в море и там отлагают. Такая небольшая река, как Темза, ежегодно выносит в море более двух миллионов тонн песка и глины. Общую толщину осадочных пород, образовавшихся на поверхности Земли за время её существования, оценивают в 100 км. Очень трудно найти среднюю скорость образования отложений. По одним подсчётам получается, что для образования слоя отложений, толщиной в один метр, требуется около 3 000  лет, по другим — около 10 000 лет. Исходя из этих данных, возраст Земли, считая со времени начала образования осадочных пород, получается между 300 и 1000 миллионов лет. Но главный недостаток этого метода, не позволяющий надеяться на точные результаты, заключается в том, что у нас нет никаких оснований считать скорость образования отложений неизменной. В давно прошедшие времена, когда только ещё начиналось образование осадочных пород, условия на Земле были совсем иные, а потому и скорость этого процесса могла быть совсем другой.