Анатолий Малахов - Под покровом мантии

• Название: Под покровом мантии
• Автор: Анатолий Малахов
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: География
• Год: 1965

Кипящая жидкая магма или сверхтвердое вещество? Невообразимо высокие температуры или холод, близкий к абсолютному нулю?..

В самом деле, что же собой представляют недра Земли, какие тайны скрываются под ее мантией?

На эти вопросы наука еще не может дать точного ответа, хотя существует множество самых различных гипотез…

Романтика поисков и упорных исследований геологов, изучающих земные недра, и является темой этой книги. Автор ее, профессор, доктор геолого-минералогических наук Анатолий Алексеевич Малахов, хорошо знаком читателям по увлекательным книгам «Сто профессий геолога» и «Новеллы о камне».

---

Я представляю себе такую картину. С глубины 10–12 километров, предположим, скважины Кольского полуострова, будет добыт кусок горной породы. Его немедленно разделят между собой в первую очередь петрографы — люди, занимающиеся изучением, или, точнее, описанием, горных пород; геохимики, которые выявляют условия происхождения пород; минералоги, занимающиеся описанием и определением минералов, слагающих горные породы.

Можно предположить, что петрографы, минералоги и геохимики скажут, что с этой глубины мы подняли породу, называемую эклогитом. В описании будет указано, что такие породы образуются, как правило, либо на очень больших глубинах, либо в условиях высоких температур. Эклогиты, добавят минералоги, представляют довольно неплохо раскристаллизованную породу, в которой отчетливо видны ярко-красные кристаллы гранатов, сочетающихся с зелеными пироксенами, иногда между ними можно видеть также голубой или густо-синий дистен.

Есть много гипотез о строении внутренних зон Земли. По одной из них на глубине должен быть широко распространен минерал оливин, возникший при обеднении пород кремнеземом. Некоторые исследователи выделяют под земной корой целый оливиновый пояс (вспомните «Гиперболоид инженера Гарина», вся геология которого подсказана академиком Ферсманом).

Другие утверждают, что базальты под большим давлением переходят в эклогиты. Чем больше давление — тем крупнее кристаллы.

С эклогитами связано очень много проблем, пока еще далеко не ясных. Там, где мы находим эту удивительную породу, иногда вместе с ней встречаются алмазы. В связи с этим в изучении эклогитов примут участие специалисты по полезным ископаемым.

Академик В. Соболев рассказывает, что в двух случаях в эклогитах Южной Африки и Якутии оказались не только куски гранатов и пироксенов, но и кристаллы алмазов. Они были найдены в обломках в древних вулканических жерлах. По мнению магматистов, это доказательство, что алмазоносные породы — продукты высокой температуры и очень большого давления. Вот почему к изучению породы подключатся исследователи, работающие в области синтеза вещества.

Известно, что искусственные алмазы и в нашей стране и в США изготовляются при давлении около ста тысяч атмосфер и температурах в две-три тысячи градусов. Почти все исследователи считают, что алмазы — это продукты мантии Земли, в которой естественным образом сочетаются эти условия. Здесь спор о происхождении изучаемой породы перейдет к тектонистам, изучающим строение Земли и земной коры.

Известные ученые — И. И. Краснов, П. Е. Оффман, В. В. Алексеев, работавшие по изучению геологического строения алмазоносных сибирских зон, пришли к выводу о связи месторождений алмазов с зонами разломов земной коры. Такие зоны, как отмечает Алексеев, тянутся на очень большие расстояния. Они выдержаны, прямолинейны, и с ними связываются многократные оживления магматической деятельности.

Но не все вопросы разработаны достаточно четко.

На Всесоюзном тектоническом совещании в феврале 1963 года геолог Д. И. Мусатов докладывал о проблемах, связанных с продвижением магмы по глубинным разломам из очагов, находящихся на глубине в 70–100 километров. Он вынужден был признать, что сохранение разломов в виде открытых трещин, хотя бы и на короткий промежуток времени, практически невозможно, потому что при давлении 70–100-километрового столба горных пород накрепко закупориваются все открытые трещины. Нечто подобное происходит в ледяном поле, где под влиянием колоссального давления очень быстро исчезают даже довольно широкие разводья.

Мусатов говорил о том, что разломы должны иметь ступенчатый характер. Возможно, предполагает Мусатов, здесь возникнет арочный эффект, когда отдельные блоки земной коры будут придерживать трещины. И возможно, что все это происходило при общем растяжении Земли.

Однако все это только «возможно», но ничем не доказано.

Не случайно поэтому трансформисты, рассматривая вопрос о возникновении «взрывных трубок», в которых содержатся алмазы, высказывают иную точку зрения на этот вопрос. Они говорят, что гигантские давления совсем не обязательны; повышение температур — тоже. Возможно, говорят они, что образование алмазосодержащих пород происходит в условиях обычных или чуть-чуть повышенных давлений. Происходит в пределах земной коры в результате циркуляции растворов, которые могут внести любой химический состав из отдельных участков земной коры.

Для решения вопроса об условиях образования эклогитов, а также других алмазоносных пород подключатся специалисты по термодинамике. Они попытаются выяснить условия образования пород при изменяющихся температуре, давлении, объеме и концентрации того или иного вещества. В термодинамике говорится, что для формирования горной породы нужно точно учитывать все изменения этих факторов, тесно связанных между собой. Достаточно изменить давление, как изменится и температура, изменилась температура — потребуется иное давление и так далее.

Науке известны минералы — индикаторы определенных условий. Если мы возьмем три разновидности так называемого полевого шпата, отличающиеся между собой, то мы увидим, что полевой шпат — альбит — плавится при температуре 1100 градусов, а ортоклаз — при температуре 1770 градусов. Третья разновидность полевого шпата — анортит — расплавится при 1550 градусах. Это подтверждено экспериментально. Много есть других таких минералов-термометров, но мы знаем, что при других давлениях тот же альбит, ортоклаз, анортит будут иметь другую температуру плавления. Изучение пород, взятых из глубоких скважин, поможет уточнить расчеты термодинамики.

А как выглядят породы из разных глубин? Есть такая наука — структурная геология. Она разрабатывает практические приемы изучения форм залегания горных пород в земной коре. Мы можем узнать, например, что слои залегают горизонтально или под каким-то углом к горизонту.

Тот, кто проезжал по Военно-Грузинской дороге на Кавказе, вероятно, замечал, как перед входом в Дарьяльское ущелье дорога сначала проходит в зоне развития горизонтально залегающих земных пластов, а потом эти слои наклонены под резким углом, почти в 70 и даже 80 градусов. Это значит, породы когда-то были вздыблены, смяты.

При проходке глубоких скважин и шахтных стволов большой глубины специалисты в области структурной геологии неизменно устанавливают, что вначале, в самой верхней зоне, как правило, породы трещиноваты.

Если же следовать дальше вглубь, то на какой-то глубине они переходят в так называемые кливажные породы, которые внешне представляются монолитными. Но если ударить по ним молотком, то они закономерно разбиваются на тонкие плитки. Обычные, например, кровельные плитки представляют образец кливажных пород. Еще глубже мы встречаемся с очень извилистыми, смятыми в мелкие плойки породами. Считается, что на глубине под влиянием температуры они приобретают пластичность и даже при небольших смятиях изгибаются в мелкие плойки. Следующей стадией должна быть уже полная пластичность массы, и на какой-то глубине, может быть, под земной корой, породы перейдут в расплавленное состояние.

И вот снова представим себе, что на поверхность поднимаются столбики керна один за другим. Если наша схема верна, то будут получены сначала трещиноватые породы, затем кливажные, потом плойчатые. Ну, а если не будет установлено такой закономерности, то специалистам в области структурной геологии придется задуматься над новыми гипотезами.

Конечно, исследователей будет интересовать и возраст глубинных пород. В этом отношении особую ценность имеет обычная слюда. Дело в том, что в ее химическую формулу входит калий, а в составе калия есть некоторое количество его неустойчивого изотопа (K-40).

Это удивительный элемент, срок жизни его ограничен. Половина его распадается нацело в течение 1 миллиарда 300 миллионов лет и переходит в изотоп инертного газа аргона (Ar-40). Специалисты умеют выделять из слюды изотоп аргона, подсчитывать соотношение радиоактивного калия и аргона. А дальше вычисляется, сколько лет прожила порода, содержащая слюду.

Привычными могут быть при этом цифры в 3–5 миллиардов лет.

Ну, а если другими методами будут получены большие значения, в десятки раз превышающие эти цифры? В этом случае вступят в анализ фактов философы, специалисты в области геокосмогонии — науки о происхождении Земли.

Можно рассказать о многих других направлениях, которые потребуют общих усилий ученых для исследования образцов, добытых при бурении сверхглубоких скважин. Но не только образцы станут объектом исследования. Даже сама скважина, та пустота, которая здесь будет, представит огромный интерес для геофизиков различных направлений. В скважины будут опущены приборы, которые проверят, уточнят, определят, правильно ли геофизики расшифровывают сигналы, которые мы получаем из недр Земли.