Природа. Оливиновый пояс

В начале прошлого века началось исследование глубинного вещества планеты с помощью сейсмических волн. Землетрясения и взрывы вызывают содрогание земной тверди, которое передается в виде механических колебаний через всю планету, до самого ее центра.

По своим свойствам эти колебания сходны со звуковыми волнами. Известно, что частота и направление волн звука меняется при его прохождении через разные среды и материалы. Подземные волны тоже претерпевают при этом определенные изменения, что установил в 1885 году один из первых сейсмологов Дж. Рэлей. Но его открытие не вызвало реакции в научном мире и оставалось необъясненным.

Лишь новые исследования, начавшиеся в 1911 году, показали, что внутри наша планета неоднородна. Если бы она состояла из материала одной плотности, то он на всем своем протяжении служил бы хорошим проводником механических колебаний, характеристика которых также была бы однородной.

Породообразующий минерал оливин обычно имеет желто-зеленый цвет, то есть оливковый, за что и получил свое название. Однако известны темные и прозрачные разновидности оливина.

Однако подземные волны меняют скорость, направление движения и другие характеристики, а это означает, что на их пути встречаются проводники с разными свойствами. По своему внутреннему составу планета неоднородна, она имеет сложное строение.

Впрочем, логично было бы считать, что плотность пород, слагающих тело Земли, должна нарастать с глубиной, поскольку в этих зонах нарастает и давление вещества. Но рост плотности происходит не равномерно, а скачкообразно.

Наиболее существенные скачки отмечены в 1909 и 1914 годах на глубинах 30 км и 2900 км. Это свидетельствует о дифференциации вещества в недрах планеты.

К началу 1930-х годов геофизики построили схематическую модель строения Земли, в которой указывались все основные глубинные слои земного вещества. Наружный слой — земная кора. Она имеет толщину от 5 до 30 км, достигая наибольшей толщины под континентами.

Кора сложена преимущественно гранитами, которые в некоторых местах переслоены осадочными отложениями — такими как глины, пески, карбонатные породы. Далее следует слой, образованный более тяжелыми веществами, преимущественно металлами.

Находящиеся под большим давлением, они расплавлены и имеют огромную температуру. Верхняя часть этого слоя представлена шлаками, выбрасываемыми на поверхность при вулканических извержениях в виде лавовых потоков. Еще глубже залегает оливин, — преобладающий минерал. Это зона Оливинового пояса.

Предполагавшееся в начале XX века внутреннее строение планеты. В центре находится сверхплотное ядро. Оно окружено слоями жидкого вещества. Самый верхний из них — Оливиновый пояс.

Верхняя ее часть богата железистыми соединениями, слагающими метеориты. Это сходство объясняется общностью происхождения Земли и метеоритного вещества, поскольку и наша планета, и остальные космические тела Солнечной системы сформировались, согласно теории О.Ю. Шмидта, из первичной газово-пылевой туманности, а потому имеют единый химический состав (а точнее, общий набор химических элементов).

В нижней части Оливиного пояса сосредоточено большое количество золота. Жидкой прослойкой Оливиновый пояс отделен от плотного твердотельного ядра, находящегося в центре Земли. Позднее геологами и геофизиками было доказано, что Земля по химическому составу действительно близка к железным метеоритам. Она на 35% состоит из железа. Исследуя лавы и глубинные включения в породах (нодули), слагающих нижние уровни земной коры, ученые убедились в наличии под ней значительных скоплений оливина.

Эта гипотеза многим казалась весьма убедительной. Фантаст А.Н. Толстой даже написал, как можно добраться до заветного пояса, используя световой луч, и тем самым дал точную характеристику господствовавших тогда взглядов на внутреннее строение планеты.

Более того, новые факты показали, что оливин находится там в расплавленном состоянии. Зондирование недр земного шара сейсмическими волнами позволило точно установить плотность всех основных его внутренних слоев, часто называемых в их совокупности подземными геосферами, то есть геофизическими оболочками.

Исходя из плотности и расчетов распределения химических элементов на Земле, ученые приблизительно выяснили, какие элементы и вещества слагают тот или иной слой. Внутренняя, твердотельная часть земного ядра, образована, про всей видимости, железом и никелем. Наружная, жидкая его часть слагается железом и окислами серы и кремния, как показали последние открытия. Плотность ядра достигает значения около 11—12 т/м2.

Толщина земной коры равна 30 км под материками и 4—5 км под океанами. Мантия насчитывает 2700 км. Толщина ядра, различаемого на внешнее и внутреннее,равняется 3470 км.

Золото, имеет гораздо большую плотность — 19,3 т/кв. м2! Следовательно, если внутри земного шара оно присутствует, то должно в ходе разделения вещества по плотности сконцентрироваться в глубинах планеты в изрядных количествах. Искать же его следует в недостижимом Оливиновом поясе. И вдруг совершенно неожиданно поиски пояса прекратились. О золоте будто бы забыли.

Причиной этому послужили новые открытия геофизиков, показавшие, что никакого Оливинового пояса в недрах Земли нет и никогда не было. На его отсутствие указывает упомянутая ранее теория происхождения планет из газово-пылевого облака.

Примерно 5 млрд лет назад в этой туманности, окружавшей первичное Солнце, начали происходить процессы аккреции, то есть слипания пылевых частиц.

Так происходило становление плотных и горячих, но неустойчивых зародышей планет, называемых планетезималями. Первоначально в результате беспорядочной аккреции все химические элементы, слагавшие планетезималь Земли, были перемешаны между собой.

Но поскольку зародыш нашей планеты обладал гравитацией, то под действием силы тяжести элементы с более тяжелой массой устремились к центру Земли, вытесняя легкие элементы. Происходила дифференциация вещества по плотности. К слову, этот процесс не завершен и по сей день, хотя и протекает в нашу эпоху уже не столь активно, как прежде.

Некоторые исследователи небезосновательно полагают, что как только разделение элементов в недрах закончится, движение вещества мантии немедленно прекратится, и в мире не будет больше ни землетрясений, ни вулканических извержений. Это предположительно произойдет через 2 млрд лет.

Нам дают представление о химическом составе мантии ее вкрапления в базальтах, называемые нодулями. Они содержат хромшпинелиды, хромдиопсид и оливин.

В ходе разделения элементов железо устремилось к центру Земли, сформировав тем самым массивное (тяжелое) ядро. Земная кора возникла на месте скопления легких фракций — кремния, кислорода и алюминия, отчего получила в геохимии обозначение сиалитического слоя (от слов силициум, т. е. кремний и алюминий).

Что касается мантии, то она сложена плотными силикатами, в составе которых содержится много магния, отчего и обозначается в геохимии как «сима» (от слов силициум и магний).

Плотность внутренних слоев планеты замерена с относительно высокой точностью. Исходя из этих данных, можно судить об их составе. Ученые выделяют в мантии несколько дополнительных прослоек, но Оливинового пояса среди них нет.

Всего в мантии выделено три главных слоя — верхняя, средняя и нижняя мантии. При этом в верхней мантии имеется слой, примыкающий к земной коре и образующий с нею литосферу, а также слой особо текучего вещества — астеносфера.

Несмотря на высокую плотность вещества, оно содержит сравнительно малое количество тяжелых металлов. Среди них, конечно, есть золото, однако сплошного слоя оно не образует.

Золото широко распространено в мировом пространстве. Оно обнаружено даже на Солнце, сложенном преимущественно легкими элементами — водородом и гелием. Количество «солнечного» золота приближенно составляет 100 млрд т.

Каким образом распределено золото в мантии и в каких количествах оно там сосредоточено, ученые пока не знают. Загадка благородного металла осталась, хотя наука и опровергла существование волшебного пояса.