Каменная оболочка Земли

Строение земной поверхности изучено очень подробно, а о глубинных слоях планеты учёные судят главным образом по распространению сейсмических волн, данным геофизики, лабораторным экспериментам и моделям. Прямо исследовать мантию и ядро пока невозможно. В фантастических романах В. Обручева «Плутония» и Ж. Верна «Путешествие к центру Земли» описаны приключения отважных путешественников, отправившихся в опасный путь в самую глубину недр нашей планеты. Почитайте эти прекрасные книги, но не забывайте, что фантастика далека от реальности.

Что скрывается в глубинах Земли?

Проникнуть к центру Земли технически невозможно. Кольская сверхглубокая скважина на Кольском полуострове достигла 12 262 м и остаётся одним из самых глубоких проникновений человека в земную кору и рекордом по вертикальной глубине научного бурения в твёрдых породах. Для сравнения, средний радиус Земли — около 6371 км.

Строение Земли

Земля сформировалась примерно 4,54 млрд лет назад из вещества протопланетного диска, окружавшего молодое Солнце. Столкновения и слипание более мелких тел приводили к росту планеты, её нагреву и последующему разделению вещества по плотности. Самый внешний твёрдый слой — земная кора. Под океанами её толщина обычно около 5—10 км, под континентами в среднем примерно 30—40 км, а под крупными горными системами может превышать 70 км.

Под корой находится мантия. Вопреки распространённому представлению, она не является сплошным океаном расплавленной магмы: большая часть мантии состоит из твёрдых горных пород, которые под огромным давлением способны очень медленно деформироваться и течь на геологических масштабах времени. Частичное плавление возникает лишь в отдельных областях. Температура с глубиной в среднем увеличивается; в верхней части коры геотермический градиент часто составляет порядка 20—30 °C на километр, но заметно меняется от района к району.

Температура и давление растут с глубиной. На границе мантии и ядра температура оценивается в несколько тысяч градусов, а в центре Земли — примерно в 5000—6000 °C. Ядро, начинающееся на глубине около 2900 км, состоит главным образом из железа с примесью никеля и более лёгких элементов. По поведению сейсмических волн известно, что внешнее ядро жидкое, а внутреннее — твёрдое.

Ранняя атмосфера и вода Земли формировались сложнее, чем представлялось в старых учебниках. Важную роль играло выделение летучих веществ из недр, а часть воды и других соединений могла поступать с богатыми ими астероидами. По мере охлаждения планеты водяной пар конденсировался, и на поверхности существовала жидкая вода.

Горы и равнины

Межгорная котловина в Сибири

Пусть мы не можем попасть внутрь Земли, зато поверхность нашей планеты изучена очень хорошо. Те «белые пятна», до которых географы так и не смогли добраться, расположены в высокогорьях или в чаще лесов и изучены с помощью космических методов исследования. Поверхность нашей Земли очень неровная, горы на ней сменяются равнинами, в холмистой местности попадаются глубокие котловины. Берега Мёртвого моря находятся более чем на 430 м ниже уровня Мирового океана и образуют самый низкий открытый участок суши на Земле. А в нашей стране ниже уровня океана опустилось северное побережье Каспийского моря.

Горы занимают примерно четверть поверхности суши. Но встретить высокую гору, которая, подобно Одинокой горе из «Хоббита», гордо возвышается посреди равнины, удаётся редко. Обычно горы тянутся цепью, одна за другой, образуя хребты. Хребты переплетаются, чередуясь с долинами и плоскогорьями, так формируются горные системы и нагорья. Самая высокая вершина мира над уровнем моря — Эверест (Джомолунгма) на границе Непала и Китая. Совместно объявленная в 2020 году высота его снежной вершины составляет 8848,86 м. Впервые на её вершину в 1953 г. поднялись новозеландец Эдмунд Хиллари и непалец Тенциг Норгей.

Горы

Кроме Эвереста, в этих высочайших горах нашей планеты возвышаются ещё десятки семи-восьмикилометровых гигантов. Горы появлялись на поверхности Земли в результате различных геологических событий: при излиянии расплавленной магмы, при сминании в складки толщ горных пород или при раскалывании их на гигантские глыбы и даже при разрушении более крупных массивов. Именно в последнем случае иногда оставались одинокие горы-останцы.

В Гималаях и других труднодоступных горных районах остаются вершины, на которые нет общепризнанных успешных восхождений; часть из них закрыта для альпинистов по религиозным или административным причинам.

Равнины имеют разное происхождение. Они могут быть низменными, как Прикаспийская низменность, расположенная почти на 30 м ниже уровня моря, или самая большая в мире Амазонская низменность. Если равнины находятся на высоте от 200 до 500 м над уровнем моря, их называют возвышенностями, а выше располагаются плоскогорья.

Равнина

Равнины могут быть холмистыми, как в центре европейской части нашей страны, или плоскими, как Великие Равнины Северной Америки. Многие равнины образованы реками, которые миллионами лет размывали свои берега, переносили осадки ниже по течению и оставляли наносы в долине. Так появились Месопотамская, Индо-Гангская и множество других низменностей. Речные наносы славятся плодородием, именно на этих низменностях возникли древние цивилизации. Иногда на земную поверхность изливается магма: застывая, она образует равнины. Огромные лавовые поля можно встретить в Сибири, Южной Африке...

Как образуются вулканы?

Магма образуется не во всей мантии сразу, а в отдельных областях, где породы частично плавятся из-за изменения давления, температуры или состава. Поднимаясь по трещинам и каналам, магма может достигать поверхности; после выхода наружу её называют лавой. Так формируются вулканы. Килиманджаро высотой 5895 м — вулканический массив; его центральный конус Кибо считается спящим, а не окончательно потухшим. Арарат — крупный вулканический массив, давно не проявлявший подтверждённой извержательной активности, а Фудзи в Японии считается активным вулканом, хотя последнее крупное извержение произошло в 1707—1708 годах. Более жидкая базальтовая лава способна создавать широкие щитовые вулканы, такие как Мауна-Лоа на Гавайях.

Вулкан

Много вулканов приурочено к «огненному кольцу» вокруг Тихого океана: потухшие и действующие вулканы есть в Кордильерах в Северной Америке и в Андах — в Южной Америке. Самые известные и активные вулканы находятся в западной части этого кольца. Жить рядом с даже спящим вулканом опасно, не зря существует поговорка: жить как на вулкане.

Одно из самых известных катастрофических извержений произошло в 1883 г. на вулкане Кракатау в Зондском проливе между Явой и Суматрой. Обрушение вулканического сооружения вызвало разрушительные цунами. По данным Smithsonian Global Volcanism Program и USGS, погибло более 36 тыс. человек, главным образом на побережьях Явы и Суматры. Само извержение уничтожило большую часть прежнего острова; позднее внутри кальдеры вырос вулкан Анак-Кракатау.

Вулкан Кракатау

Иногда и потухшие вулканы возвращаются к жизни. В 79 г. н. э. извержением Везувия были уничтожены города Стабии, Помпеи и Геркуланум. С середины XVIII в. на месте погребённых под многометровым слоем пепла городов идут раскопки. Там найдены улицы, дома с полной обстановкой и прекрасными фресками, останки людей и животных. Да и в наше время вулканы иногда просыпаются.

В 1980 г. произошло извержение вулкана Сент-Хеленс, самое разрушительное извержение на территории США. Склон вулкана обрушился, и мощный поток горячих вулканических газов, пепла и камней устремился вниз по долине реки, за 10 минут он преодолел расстояние 24 км, уничтожив всё живое на площади 500 км². В результате извержения высота горы уменьшилась на 400 м. Поскольку этот вулкан расположен в малонаселённой местности, число жертв было невелико.

Извержение исландского вулкана Эйяфьядлайёкюдль в 2010 году выбросило большое количество вулканического пепла и вызвало масштабные ограничения авиасообщения в Европе

Землетрясения и их последствия

В Древнем Китае считали, что в земле живут огромные драконы, и, когда они начинают ворочаться, происходит землетрясение. Обычно подземными толчками сопровождаются вулканические извержения, но чаще они происходят из-за смещения огромных пластов горных пород внутри Земли. Ежегодно в мире происходят миллионы очень слабых землетрясений, большинство из которых люди не ощущают. Сеть USGS National Earthquake Information Center в последние годы определяет координаты примерно 20 тыс. землетрясений в год — около 55 событий в сутки; число разрушительных землетрясений значительно меньше.

Ашхабадское землетрясение 1948 года стало одной из самых тяжёлых сейсмических катастроф в истории СССР. Город был сильно разрушен, а оценки числа погибших различаются, поскольку точные данные долгое время не публиковались.

Последствия подземных толчков бывают и катастрофическими. Чилийское землетрясение 22 мая 1960 года магнитудой 9,5 остаётся самым мощным землетрясением, зарегистрированным сейсмическими приборами. Оно вызвало сильные деформации побережья и цунами, распространившееся по всему Тихому океану. При землетрясении 1906 года в Калифорнии разрыв по системе разлома Сан-Андреас протянулся на сотни километров.

Нередко даже значительно более слабые землетрясения имеют страшные последствия, если они происходят в густонаселённых районах. Так, Ташкентское землетрясение 1966 года имело сравнительно небольшую магнитуду, но его очаг находился неглубоко под городом. Особенно сильно пострадали старые одноэтажные глинобитные здания; около 100 тыс. человек остались без жилья, тогда как многие более современные сооружения сохранились.

В декабре 1988 г. не самые сильные подземные толчки за 30 секунд уничтожили город Спитак в Армении. От землетрясения пострадали ещё 21 город и 350 сёл, 58 из них были разрушены полностью.

Землетрясение 1976 года в китайском Таншане стало одной из самых смертоносных сейсмических катастроф XX века. Официальная оценка числа погибших составляет около 240 тыс. человек; ранние неофициальные оценки были значительно выше, поэтому точное число жертв остаётся предметом исторических оценок.

Первый сейсмограф

Люди издавна стремились научиться предсказывать землетрясения, внимательно наблюдая за поведением животных, которые неожиданно начинают проявлять беспокойство. В Древнем Китае учёный Чжан Хэн описал один из первых известных сейсмоскопов. Прибор не предсказывал будущие землетрясения: он должен был фиксировать уже возникшие колебания и показывать направление, откуда они пришли; при срабатывании шар выпадал из пасти одного из драконов в расположенную ниже жабу.

Великое землетрясение Канто 1923 года разрушило значительную часть Токио и Иокогамы; вместе с последующими пожарами оно привело к гибели более 100 тыс. человек. После этой и других катастроф в Японии последовательно ужесточались нормы сейсмостойкого строительства. Землетрясение Тохоку 2011 года было значительно мощнее по магнитуде, однако основную часть жертв и разрушений тогда вызвало гигантское цунами.

Полезные ископаемые

В подземных кладовых нашей планеты таится множество сокровищ. Люди давно научились использовать их и нередко злоупотреблять этим. На месте заброшенных горных разработок иногда возникает «лунный ландшафт», а неразумное использование недр приводит к возникновению экологических проблем. Пока не поздно, человечеству надо радикально менять своё отношение к полезным ископаемым, их добыче и использованию. Твёрдая каменная оболочка нашей планеты сложена из самых разных горных пород.

Гранит

Одни из них были извергнуты из вулканов, их так и называют вулканическими, или магматическими. Среди них прочные граниты, идущие на отделку фасадов зданий и станций метро, на постаменты для памятников, например для Медного всадника — памятника Петру I в г. Санкт-Петербурге. Другие горные породы образуются из обломков иных горных пород или остатков погибших растений и животных, они называются осадочными. Это глина, песок, известняк, торф. Одна из осадочных пород образовалась из раковинок крошечных одноклеточных организмов, обитавших когда-то в тёплых мелких морях. Миллионы лет эти раковины накапливались на дне и в конце концов превратились в обычный школьный мел.

Некоторые вулканические и осадочные горные породы могут превратиться в метаморфические (от греческого слова метаморфоз — «превращение, преображение»). Например, известняк, погрузившийся на большую глубину и там, под чудовищным давлением и при высокой температуре изменивший свои свойства, превращается в мрамор, красивый камень, белоснежный или с различными узорами, который можно обрабатывать и полировать.

Мраморный «карьер»

Гранит, известняк и мрамор, как и многие другие горные породы, называют строительными материалами, или нерудными полезными ископаемыми. Кроме них, также добывают горючие (нефть, газ, уголь) и рудные (из них производят такие металлы, как железо, медь, алюминий) полезные ископаемые, а также сырьё для производства удобрений и многое другое. Недра нашей планеты таят множество прекрасных драгоценных камней: алмазы и изумруды, рубины и бирюзу, а также поделочные камни малахит и лазурит, агат и оникс.

Отошли в прошлое времена, когда можно было из железной руды выплавлять металл практически без предварительной обработки. В наши дни руды металлов необходимо обогащать, то есть извлекать иногда всего лишь десятые доли процента металла из десятков и сотен тонн пустой породы. А что делать с оставшимися отвалами? Современные методы извлечения полезных веществ из отвалов позволяют добывать из них дополнительно и ту руду, которую добывали изначально, а нередко и руды других металлов. Из пустой породы изготавливают строительные материалы, её используют при прокладке дорог и пр.

После добычи некоторых ископаемых открытым способом, то есть не в шахтах, а в открытых котлованах или карьерах остаются пустоты. Их нередко превращают в пруды или озёра и используют для разведения рыбы.

Добыча ископаемых