Неоткрытая планета

Вулканические газы превратили воды в раствор кислот и других сложных соединений. Потом они же продолжали менять химию океана, куда поступали также и разрушенные породы земной коры.

Благодаря вулканам протоатмосфера насытилась углекислым газом.

Возможно, не раз, когда из недр выделялось больше углекислоты, на древней Земле становилось теплее.

Менялась земная атмосфера. Теперь ничего почти не осталось от первоначального газового одеяния протопланеты.

А земная протоатмосфера — из чего она могла состоять? Конечно, из водяных паров, азота и водорода, и бесспорно были в ней углеводороды — это доказывают хотя бы метеориты — вестники прошлого. В таких осколках планетного вещества нередко находят нечто похожее на нефть.

Откуда взялись углеводороды в метеоритах? Возможно, благодаря космическому излучению — оно вызывало в метеоритном веществе сложные превращения. Нечто подобное могло происходить и на Земле, в водах первичного океана, тогда не защищенного покрывалом атмосферы.

Когда речь идет об этих космических телах, то надо иметь в виду их родословную. Здесь ведь единства взглядов все-таки нет. И то, что считают метеоритной протонефтью, не появилось ли с какой-нибудь планеты, где была жизнь, а такой могла оказаться… сама Земля: вулканы выбросили пыль, захваченную потом метеоритами. Думали, что на Венере есть углеводороды. Их как будто бы не оказалось — по крайней мере, в атмосфере.

Но главное, главное-то где? В нашем перечне не хватает кислорода, а без кислорода невозможна жизнь. Только кое-какие бактерии способны обходиться без него.

Не вмешались ли грозы? При электрических разрядах начали возникать азотистые соединения. Они вместе с углеводородами и стали первичным стройматериалом живой клетки. Жизнь началась задолго до того, как все это произошло. Удивительного здесь ничего нет: живут же и сейчас бактерии в нефти.

Много миллионов лет прошло, прежде чем простейший, из нефти рожденный организм «научился» использовать энергию Солнца. С его помощью далекий предок растения стал дробить углекислоту на углерод и кислород. Атмосфера постепенно становилась азотно-кислородной.

Так думает член-корреспондент Академии наук СССР геолог П. Н. Кропоткин. Но он подчеркивает: точки над «и» поставит наше знакомство с другими космическими телами — метеоритами, планетами, Луной.

Появление жизни на Земле, возможно, связано и с глубинной нефтью, и с электрическими разрядами в атмосфере, и с Солнцем. Быть может, участие здесь позднее принимали и космические лучи? Проверить подобное предположение тоже поможет выход во внеземные просторы.

Что же было дальше? Протоатмосфера улетучилась, уступив место газам, которые выделялись из земных недр. А газы эти не оставались одними и теми же, они изменялись. И, что весьма важно, уже очень давно Солнце смогло какую-то часть кислорода превратить в озон.

Озоновый слой служит броней, которая предохраняет от слишком энергичных солнечных лучей.

Без него не появилось бы ни одной живой клетки, не появились бы растения. Не появись бы растения, не увеличился бы приток кислорода и не очистилась бы первозданная атмосфера от углекислого газа — его в изобилии давали вулканы. Выделялось и много азота. Так Земля не без помощи Солнца создала свою нынешнюю кислородно-азотную атмосферу с примесью углекислоты, содержание которой по временам менялось.

Ну, а материки, океаны — откуда они-то взялись? Не всё сразу. Дойдет очередь и до них.

* * *

Вернемся к Солнцу. Сколько ему лет, можно, хотя и приближенно, прикинуть, потому что за его жизнью следим мы давно, да и есть с чем сравнивать — солнц-то ведь множество.

Земля же пока известна нам одна. Спрашивать о ее возрасте надо у нее самой.

Солнце светится, оно излучает энергию, а все это подчинено определенным, уже нами открытым законам. Иное дело — Земля. Тут, казалось бы, не за что зацепиться. Свидетелей нет.

Впрочем… Нельзя ли все-таки найти часы, которые отсчитывали бы время с момента рождения затвердевшей протопланеты? Не пригодится ли здесь сам материал, с которого все начиналось?

Он, конечно, не уцелел. Бесчисленное множество превращений претерпевали атомы земной коры. Никакой привязки ко времени сделать нельзя. Но геохимик поправит: есть среди первичных атомов такие, которые своими превращениями метят время.

Распадается уран и после целой цепочки переходов становится свинцом. Происходит это за строго определенный промежуток времени. Половина атомов урана переходит в атомы свинца за четыре с половиной миллиарда лет. Количество свинца в современных породах скажет поэтому о том, сколько же потратилось на его образование лет, иными словами — сколь древней является та или иная порода.

Есть часы и с другим, не только урановым, механизмом.

Атомные часы Земли и дали сначала ответ: древнейшим породам четыре с половиной миллиарда лет.

А сравнительно недавно удалось найти иные часы, которые сразу же рассказали удивительные вещи.

Ученых давно уже занимала мысль: нельзя ли найти еще какой-то способ определять возраст пород? Урана в земле мало, и встречается он редко. Надо было разыскать еще какой-либо более распространенный радиоактивный элемент, только, конечно, долгоживущий.

Советские ученые академик А. А. Полканов и профессор Э. К. Герлинг его нашли. Им оказался радиоактивный калий, половина атомов которого превращается в аргон за полтора миллиарда лет.

Показания новых часов сразу же потрясли историческую геологию.

Считали, что Земле пять миллиардов лет, а калий-аргоновый хронометр насчитал одной породе шесть с половиной миллиардов! Возраст метеоритов и Земли оказался одинаковым. Видимо, они не прилетели из других звездных миров, а принадлежат нашей Солнечной системе; видимо, они тоже родственники спутников Солнца и образовались из одного и того же протооблака.

Картина станет ясной вполне, когда мы, побывав на планетах, узнаем, ровесники ли они Земле или нет.

Я говорил тут довольно свободно — калий, аргон. И могло показаться, что все очень просто: выделить, разделить, взвесить, измерить… Но аргона ничтожно мало в минералах. За ним увязывается его близнец, такой же инертный газ — гелий. Мешает и воздух, от которого нелегко избавиться, а ведь в нем тоже есть аргон. Оставлять его нельзя — часы будут врать. К счастью, аргон атмосферный — другой изотоп, с другим атомным весом.

В минерале запрятаны — хотя и в микроскопических дозах — азот и водород, углекислый газ и водяные пары, гелий и аргон. До конца пути должен дойти только последний, остальные надо отсеять.

И минерал плавят в почти полной пустоте, при давлении всего в одну десятимиллионную долю атмосферы. Тогда из расплава выходят все газы.

Химические поглотители, вымораживание жидким воздухом, сушка постепенно забирают одну лишнюю примесь за другой.

Сложнее справиться с гелием, потому что его ничто не берет, он ни с чем не хочет соединяться. Тогда аргон загоняют в активированный уголь, охлажденный жидким воздухом, гелий же откачивают насосом.

Теперь надо освободить аргон и отделаться от последней — воздушной — примеси. Но это уже проще. Нагреть уголь — и аргон покинет его. А разделение изотопов не проблема для современной физики.

Вот каким извилистым путем приходится идти, чтобы узнать в конце концов, какое количество аргона прячет порода, чтобы подсчитать потом ее возраст.

Столько же лет, сколько Земле, и радиоктивным элементам. Ясно теперь, откуда они взялись. С самого начала протооблако, первичное планетное вещество, было радиоактивным. Как только оно раздробилось на сгустки, как только начали формироваться планеты, начала действовать и «ядерная печь».

Почему цифра шесть с половиной миллиардов так взволновала ученых?

Земля старше, чем думали раньше, и намного — на полтора миллиарда лет. Даже для геологии это срок солидный.

Итак, возраст Земли увеличился буквально на наших глазах. Точнее становится отсчет геологического времени, и это отодвигает в глубь времен дату рождения нашей планеты. Думают, что цифра скоро дойдет до семи миллиардов. А за тем, не исключено, будут сделаны новые открытия, и не в одной геологии, но и в других естественных науках. И, возможно, Земля окажется еще древнее… Путешествие в прошлое здесь далеко не закончено.

Сколько лет Земле? Все же на этот вопрос мы пока не можем дать окончательного ответа. Геологические часы еще не дают возможности сказать последнее слово. В коре вдруг обнаруживают более старые «кусочки». Почему, откуда они взялись? Определенного ничего утверждать нельзя. Допустим на минутку, что геологи насчитывают планете больше лет, чем астрономы — Солнцу. Тогда наши гипотезы о появлении и развитии Земли будут опрокинуты! Что придет им на смену? Впрочем, не будем здесь пытаться заглянуть в будущее.

* * *

…А когда сгустившийся комок протооблака начал покрываться корой? Думают, что это случилось примерно три с половиной миллиарда лет назад, быть может и раньше. Есть же на Земле древние породы, которым три и даже шесть с лишним миллиардов лет!

Теперь допросим еще одного свидетеля, который находится вне Земли.

Но нам не придется совершать космических путешествий. Свидетель прибудет сам, не спрашивая нашего согласия.

В пришельцах из космоса — метеоритах — нет недостатка.

В музеях мира хранится множество небесных камней.

В них тоже есть следы когда-то существовавших радиоактивных элементов. Можно — мы видели — также по атомным часам отсчитать, когда же образовались странствующие вокруг Солнца осколки.

Воспользовавшись случаем, спросим — это ведь тоже интересно, откуда же взялись метеориты?

Остатки космического стройматериала или обломки распавшихся планет?

Скорее всего — результат катастрофы.

В планетном рое были и крупные, и мелкие тела. Выжили и сохранились лишь те, что покрупнее. Их десять сейчас известно астрономам.

Почему же так неопределенно — «сейчас»? Что-нибудь еще имеется в виду?

Потому что об одиннадцатой — Трансплутоне — спорят до сих пор.

Но что когда-то по крайней мере еще одна планета носилась между Марсом и Юпитером — несомненно. Там теперь множество маленьких планеток — вместо одной. Уцелели большие планеты, уцелели массивные спутники. Сравнительно маленькие, пройдя те же ступеньки, начали остывать — распад атомов и, значит, приток тепла прекратились.

А радиоактивные элементы в длинной цепи превращений образуют газы — гелий, аргон, ксенон. Начиненные газами планеты-крошки гибнут, пропутешествовав миллиарды лет.

Проходит еще какое-то время, и на пути им встречается Земля. Пробившись сквозь ее воздушную оболочку, оплавленный, искалеченный осколок попадает в конце концов на лабораторный стол, и в ход пускаются атомные часы.

Их показания совпали для самой Земли и ее космических родственников, потому что из одного и того же протооблака родились все спутники Солнца — гиганты и карлики, живущие теперь и исчезнувшие давным-давно.

— Само вещество метеоритов хранит признаки своего происхождения. В нем «записываются» космические события за огромный период времени — от допланетной стадии до наших дней, — говорит академик А. П. Виноградов.

* * *

Теперь — об океане. Его дно, где спрессована толща осадков, — летопись Земли. Но это крылатое выражение потеряло бы всякий смысл, если бы летопись нельзя было прочесть. Какая же может быть история без хронологии, без точного обозначения времени?

Как узнать, сколько лет каждому из множества слоев осадков, устилающих дно океана? Можно и здесь обратиться к помощи радиоактивных элементов. Но есть и другой способ; зная темп накопления осадков в прошлом, измерив глубину залегания интересующих нас слоев и их толщину, мы тем самым могли бы определить, когда возник каждый листок нашей летописной книги.

Итак, прежде всего, чтобы прочесть летопись всего Мирового океана, нужны колонки, пробы грунта — много колонок, и как можно более длинных. Это тем более необходимо, что прощупывание ложа океана звуковыми волнами хотя и дает замечательные результаты, но нуждается в проверке.

Надо постараться проникнуть в самую толщу дна. Плотный грунт уступит только натиску силы. Воспользуемся тем, что дает сама природа. Возьмем металлическую трубку и дадим ей упасть на дно. Собственная тяжесть и большая скорость падения загонят ее в грунт.

Теперь нам поможет сама вода. Ведь она на трубку давит со всех сторон. И давление это немалое — в сотни атмосфер! Трубка составная: она соединена с пустым стальным цилиндром, в который вода попасть не может. Когда достигнуто дно, автоматически открывается кран, и разность давлений вталкивает трубку в грунт на несколько метров.

Остается поднять ее наверх. Лебедка выбирает трос, и проба — колонка грунта — попадает на палубу корабля. Она добыла записанные самой природой страницы истории Земли, страницы, которые накапливались тысячи лет.

Но местами грунт бывает столь плотным, что даже такой «водяной пушкой», как ударная трубка, его не прошибешь. Тогда можно прибегнуть к помощи вибротехники. Сваи забивают, заставляя их вибрировать. И трубка, если она будет колебаться с большой частотой, тоже свободно войдет в грунт.

В толщу донных осадков можно проникнуть и иным способом — при помощи сейсмоакустического метода. Сильный взрыв у поверхности воды посылает звуковую волну ко дну. Частично она отражается от поверхности грунта. Но звук проникает и глубже, доходит сквозь слой осадков до кристаллической породы и только тогда отражается. Время, прошедшее между двумя отраженными сигналами, двумя эхо, даст представление о толще донных отложений.

Подсчеты говорят, что слой осадков должен был бы протянуться ни много ни мало на километр. А оказалось, что в среднем донных отложений скопилось всего на сотни метров — от трехсот до шестисот. Как ни прикидывали, получается неувязка. Осадков явно недостает.

Не ошибаемся ли мы все же в своих измерениях? Не изменились ли самые нижние осадочные слои, не стали ли они столь плотными, что звуковые волны не могут отличить их от коренных пород?

Так думали сначала. Но недавно удалось обнаружить еще один, лежащий глубже осадочный слой, похожий на сланцы. Он тянется на два километра. Не в этом ли была причина неувязки?

Прочтя летопись Земли, мы получим ответ и на другие вопросы.

Мы сможем, вероятно, судить о том, не перемещались ли когда-нибудь материки.

Химический анализ осадков покажет, много ли в них углекислоты, и даст возможность сказать, каким был климат в далеком прошлом. Помогут здесь и находки остатков животных и растений в донных осадках.

Как образовались материки и как развивалась земная кора? Почему тонкое ложе океана базальтовое, а у материков, кроме того, толстая гранитная подошва? Как растет температура, если спускаться в глубь планеты под водой?

Почему в любом месте Мирового океана сохраняется примерно постоянным состав солей? Да и почему, собственно, она соленая, морская вода?

Ответ надо искать в далеком прошлом, в происхождении океанов и материков.

Нас, конечно, интересует и вопрос о том, как же произошел Мировой океан. Мы стремимся проникнуть в тайны отдаленнейшего прошлого, и ученые разрабатывают теории о происхождении Земли и других планет Солнечной системы. Так совершенно естественно попытаться разгадать и загадку возникновения океанов.

Может быть, вода образовалась, когда Земля остывала и пары, сгущаясь, заполняли влагой впадины, ставшие дном океана? Так думали раньше, считая Землю родной дочерью Солнца, отделившимся от него сгустком раскаленной материи, затем постепенно остывавшим.

Другое предположение. Внутри возникла горячая магма, и при извержениях вулканов вместе с лавой выходила вода с растворенными в ней солями. Тысячи, миллионы лет длился такой ад на Земле. Когда кора остыла, вода осталась.

Она выходила из недр, а обратно вернуться не смогла — помешало большое давление. Выброс воды продолжается и сейчас. Каждый год вулканы извергают огромные массы водяного пара. Вода отвоевала у суши немалую часть всей планеты, образовав Мировой океан. Если это так, то океанские воды с самого начала были солеными. Раньше же думали, что соль принесли в океан реки.

Воду подарили Земле ее собственные недра. А есть любопытное предположение. Не космос ли повинен тоже в образовании океанов? Космические лучи вторгались в атмосферу. В самых верхних ее слоях им встречался азот. Частицы высоких энергий превращали азотные ядра в кислородные. Атомам кислорода оставалось только соединиться с водородом, который тоже там был, и получались пары воды. Когда воздух пресытился влагой, она начала падать на Землю, заполняя океанские впадины.

Когда появились океаны, вмешались приливы. Они тормозили движение Земли. Подтверждение принесли древние кораллы. Как и на деревьях, на их срезах можно различить кольца, притом не только годовые, но даже месячные и суточные. Вот ведь какие открываются удивительные возможности — узнать, сколько длился год миллионы и миллионы лет назад. В эпоху рождения Мирового океана в году было четыреста дней.

Так сказали историко-геологические расчеты, и, соответственно, четыреста отметок насчитали в коралловом срезе!

Пусть нас не смущает обилие загадок, которые задал океан, как и вся остальная Земля. Астрономия насчитывает многие тысячи лет, океанография гораздо моложе. Но у нее уже есть столь же могущественное оружие, как мощные телескопы, спутники и космические ракеты у астрономов, раскрывающих тайны Вселенной. Это приборы для изучения океанских глубин, это аппараты для спусков под воду. И потому все меньше и меньше будет оставаться пробелов в наших знаниях о планете Океан и о планете, скажем, Земля — ее таинственных недрах.

* * *

Внутренность Земли тоже заслуживает того, чтобы продолжить о ней разговор. Вопрос, который нас ожидает:

как появились руды и нефть — вопрос важный и для науки, и для повседневной практики.

А потому прежде всего маленькая справка о том, что нам встречалось уже не раз, — о слове «магма». Вот так бы и хотелось коротко сказать: магма — это… Но ничего не получится. Слово небольшое, содержание сложное.

Известные, широко распространенные и редкие элементы. Металлы и их соединения. Расплав, но не просто горячая жидкость, а нагазированная и сжатая давлением в толще пород.

Вот что такое, по-видимому, магма. О ней приходится говорить потому, что она является родоначальником руд. Есть множество месторождений, которые так и называют магматогенными, буквально — рожденные магмой. Именно этот раскаленный подземный расплав и поставляет, в конце концов, нам железные, титановые, хромистые, платиновые, золотые, серебряные и многие-многие другие руды.

Надо сказать, кстати, что вообще-то рудные скопления — исключение, а не правило для Земли. Элементы, металлы рассеяны в коре всюду. Но лишь местами они собираются. И вот тогда имеет смысл их добывать, лишь тогда создается возможность разрабатывать месторождение.

Уран — это элемент, ставший одним из важнейших в наш атомный век. В породах его лишь четыре десятитысячных процента. Однако земной шар велик. И из этих ничтожных долей процента складываются такие огромные запасы, которые во много миллионов раз больше, чем в разведанных залежах урана.

Быть может, со временем мы научимся добывать рассеянные элементы коры. Об этом поговорим после. Пока же нас интересуют месторождения, и, поскольку речь идет о глубинах, то прежде всего рожденные магмой.

Итак, начнем «танцевать от печки», то бишь от магмы.

Нагазированная с примесью металлов, она находится под большим давлением лежащих над ней пород. Давление заставляет ее искать выход, по трещинам пробираться сквозь толщу пород, заполнять все ходы и трещины и застывать по дороге. Однако магма — смесь, и то, что ее составляет, при остывании по-разному выпадает из раствора.

Может случиться так, что наверх поднимутся, как бы всплывут, легкие породы. Внизу же останутся тяжелые. Иначе говоря, возникнут месторождения металлических руд.

А может произойти и иное — если в магме много газов и водяных паров. Тогда они мешают выпадать осадкам, растворяют металлы, и давление проталкивает не успевший затвердеть раствор по трещинам вверх. Все это происходит на глубине в несколько километров.