М. В. Ломоносов
Несколько слов из истории. В феврале 1949 г. было подписано распоряжение, разрешающее Академии наук СССР организовать в Иркутске ее Восточно-Сибирский филиал. К этому времени в Иркутской области уже находились небольшие, но важные академические учреждения: магнитная станция в Зуе, сейсмическая станция и магнитно-метеорологическая обсерватория в Иркутске и Байкальская лимнологическая (озероведческая) станция в с. Лиственичном. В составе филиала Академии наук было организовано несколько отделов (биологический, географо-экономический и др.) и вначале фактически единственный Институт геологии. Прошли немногие годы, первый в Иркутске академический институт вырос и окреп. А в 1957 г. он вместе с Восточно-Сибирским филиалом влился в только что открытое Сибирское отделение Академии наук с центром в Новосибирске. Именно в это время Институт геологии был переименован в Институт земной коры. Его работы сейчас широко известны как в нашей стране, так и за рубежом.
Но что собственно значит «земная кора» — часть названия и предмет исследований этого института? В этом нужно сразу разобраться.
Геологией называют науку о составе, строении и истории развития земной коры. Значит, Институт земной коры занимается геологическими проблемами, относящимися к верхнему, наружному, слою земного шара, не упуская при этом из виду лежащие глубже, под корой, недра нашей планеты, с которыми кора, понятно, тесно связана. Остановимся на главных результатах, достигнутых мировой наукой в изучение этих сложнейших явлений.
В вертикальном (по меридиональной плоскости, например) размере Земли установлены следующие оболочки, или концентрически-шаровые пояса, которые принято называть геосферами: земная кора, толщи-ной от нескольких до 70 км, в среднем 30 км; глубже лежащая мантия, подразделяемая на верхнюю, до глубины 1000 км, и нижнюю, подошва которой лежит на глубинах порядка 2900 км; земное ядро, слагающее внутреннюю часть Земли до самого ее центра, т. е. до глубин 6370 км, составляющих среднюю длину земного радиуса. Чем доказывается такое разделение нашей планеты на геосферы? Всем ходом развития науки и его сегодняшним итогом. Что собой представляют границы геосфер и насколько ясно они выражены? Они местами вполне четки, местами довольно расплывчаты, но существуют совершенно реально, разделяя шаровые пояса Земли разного геологического состава, а также разного физического состояния, в котором они находятся.
Понятие о земной коре возникло вместе с признанием шарообразной формы Земли, но понадобилось много времени, чтобы оно стало вполне научным. Пожалуй, одним из оснований этому послужило наблюдение за повышением температуры в глубь Земли, свидетельствующее о том, что происходит постоянное перемещение тепла из более нагретых недр к относительно менее нагретым верхним горизонтам. Отсюда понятие о геотермическом градиенте, т. е. повышении температуры с углублением на каждые 100 м. Массовые измерения глубинного теплового потока проведены в последние десятилетия на всех материках и на дне морей и океанов. Оказалось, что среднее значение теплового потока на Земле составляет 1,2—1,8·10-6 кал/см2с. Оно примерно одинаково на дне морей и на материках. Наивысшие значения потока обнаружены на дне Красного моря и на гребнях срединных подводных хребтов в океанах, где оно равно 2,5—8·10-6 кал/см2с. Б Байкале (запомним это на будущее) тепловой поток в отдельных местах достигает аномально большой величины — до 3,4·10-6 кал/см2с.
Тепловой поток Земли составляет, однако, только видимый нами общий фон ее тепловой активности. На нем ярко выступают свидетели существования огромных энергетических ресурсов нашей планеты. Это выходы глубинных горячих вод, действующие периодически (гейзеры Исландии, США, Новой Зеландии, Камчатки), и особенно извержения вулканов, чаще всего представленных целыми семействами, которые составляют крупные вулканические области и районы. Геологические данные говорят о том, что вулканическая деятельность в самом широком смысле слова, т. е. термальные воды, пары, газы, извержения лав, выбросы пеплов, внедрения расплавов на глубине, имели место в течение всей истории Земли, но достигали особенно большого размаха в отдельные периоды, или циклы, чередовавшиеся с периодами сокращенной, замедленной деятельности. А это значит, что Земля с самого своего возникновения, более 4 млрд. лет назад, расходует свою внутреннюю энергию без видимого истощения ее запасов. Возможно, что эти запасы даже частично пополняются за счет тепла, выделяющегося при распаде радиоактивных элементов.
Огромный запас тепла в глубинах Земли как бы замкнут под ее поверхностью, точнее,— под земной корой, которую можно уподобить стенкам либо парового котла, либо плавильной печи. Расчеты показывают, что на больших глубинах Земли увеличение температуры с глубиной замедляется. Предполагают, что температура в центре Земли порядка 2000—5000°.
Косвенно о наличии особой оболочки земли, земной коры, свидетельствовала еще со времен Ньютона известная средняя плотность Земли, равная 5,52 г/см3, примерно в два раза превосходящая среднюю плотность коренных (кристаллических) горных пород, слагающих поверхностные части нашей планеты. Для объяснения такой разницы плотностей необходимо было признать наличие в недрах тяжелых масс с плотностью даже более 5,52 г/см3. Таким образом, понятие о земной коре вытекало из давно известных науке фактов. Однако со всей определенностью этот вопрос был решен только с развитием сейсмологии — науки о землетрясениях, давших возможность точно регистрировать время, место, характер упругих колебаний и скорость их распространения как в земной коре, так и в толще всей планеты. Вот почему, пожалуй, самым важным инструментом познания внутреннего строения Земли служат пока землетрясения. В следующих главах мы будем говорить о них особо.
Сейчас скажем только самое главное. Русский ученый Б. Б. Голицын еще в начале века указывал, что каждое землетрясение подобно фонарю, который, зажигаясь на короткое время, как бы освещает внутренность Земли и показывает, что там происходит. Создание самописцев-сейсмографов и изучение физики явлений позволило детально разобраться в сущности колебаний Земли при землетрясениях. Оказалось, что эти упругие колебания, или сейсмические волны, имеют разную физическую природу: в волнах Р, или продольных, колебания среды происходят вдоль направления луча, в волках S, или поперечных,— перпендикулярно к лучу. Продольные волны распространяются по всей толще планеты и имеют большую скорость, поперечные не проходят через земное ядро, они движутся медленнее и, так сказать, запаздывают по отношению к продольным зонам. Это запаздывание, а также способность сейсмических волн отражаться и преломляться, подобно световым лучам, позволило проследить пути сейсмических волн в Земле и установить в ней границы, где скорости волн либо возрастают, либо уменьшаются. Так была открыта нижняя поверхность земной коры — раздел Мохоровичича (в честь югославского ученого, сделавшего ото открытие при изучении сейсмограмм землетрясений), называемый также разделом Мохо, или разделом М. Изменения скоростей сейсмических волн на разных глубинах сейсмологи справедливо связывают с изменением плотности и вязкости вещества, через которое проходят упругие волны, а так как плотность и вязкость вплоть до перехода вещества из твердого состояния в полужидкое и жидкое зависит от температуры, то становится понятным, что теоретически все эти разнообразные, в том числе опытом полученные данные о внутреннем строении Земли могут быть согласованы и увязаны в некоторой общей «модели» Земли. По практически здесь существуют огромные и еще далеко не преодоленные трудности. Одна из них заключается в том, что в настоящее время ученые все более не соглашаются с признанием сферической симметрии Земли, что допускалось и даже утверждалось раньше. Это значит, что границы геосфер и их мощности на самом деле неустойчивы, что сами геосферы обладают, как говорят, горизонтальной неоднородностью. Чем больше накапливается наблюдений, тем менее и менее простыми оказываются взаимоотношения оболочек, внутри последних появляются новые границы и дополнительные разделы. Далее различные физические данные о внутреннем строении Земли нередко противоречат друг другу. Очень сложны методики расчетов, в них очень много допущений. Следовательно, земная кора, несмотря на большие успехи, изучена еще недостаточно, и предстоит огромная работа по выяснению ее строения, состава и действующих в ней сил, так или иначе отражающихся и на ее поверхности. Что же нам все-таки известно о самой земной коре?
Мы знаем, что земная кора лежит на мантии, состоящей из химически более основных и более плотных пород. Мощность (толщина) земной коры изменчива. Ока минимальна в океанах, максимальна на материках, особенно в областях новейшего горообразования, а средние ее значения приурочены к переходным областям от материков к океанам. Крайние минимальные ее значения — от нескольких километров, максимальные — до 70—75 км. В вертикальном разрезе на материках в коре выделяют три слоя: верхний осадочный, состоящий из осадков вулканических пород, образовавшихся в древних морях и на древних материках, и характеризующийся средней плотностью пород 1,8—2,5 г/см3 и скоростью продольных сейсмических волн 1—4 км/с; средний гранито-метаморфический слой (кислые интрузивные породы, метаморфические, т. е. измененные в условиях высоких температур и давлений первичные как осадочные, так и магматические породы) с плотностью 2,5—2,75 г/см3 и скоростью продольных волн 5,5—6,2 км/с; нижний базальтовый, состоящий из основных пород типа габбро и метаморфических пород, образованных при очень высоких температурах и давлениях. Плотность в нем 2,75—3,0 г/см3, скорость тех же волн 6,2—7,4 км/с. Средний слой отделяется от нижнего границей Конрада, установленной по относительно резкому изменению скорости сейсмических волн. Местами эта граница незаметна.
Базальтовый слой земной коры опирается на подкоровый (мантийный) субстрат, состоящий из еще более плотных (3,1—3,3 г/см3) ультраосновных пород — перидотитов.
Что касается земной коры океанов, выделяемой в особый океанический тип, то в ней выделяется только верхний осадочный и нижний базальтовый слой.
В основании базальтового слоя и на материках, и в океанах проходит граница Мохоровичича, выявляемая повсеместно, но не везде одинаково отчетливая1. Это и есть подошва земной коры.
Мы видим, что плотность материала и скорость сейсмических волн являются как бы главными характеристиками внутреннего строения земной коры. Эти плотности и скорости изучены экспериментально в образцах соответствующих пород. Что касается изменения скоростей на разных глубинах, то для этой цели используются данные, получаемые как при обычных землетрясениях, так и землетрясениях, возбуждаемых искусственно, с помощью взрывов. Последний метод, называемый глубинным сейсмическим зондированием (ГСМ), в настоящее время очень широко применяется, и с его помощью во многих случаях удалось установить в земной коре отдельных районов значительное число частных границ (разделов, как говорят сейсмологи), отражающих или преломляющих сейсмические лучи. ГСЗ и другие методы так называемой структурной сейсмологии широко применяются при поисках полезных ископаемых, особенно месторождений нефти, газа, соляных залежей и т. д.
Очень часто геологи рассматривают земную кору как верхнюю часть литосферы, т. е. каменной оболочки, обладающей высокой прочностью. Низы литосферы относятся уже к верхней мантии, они переходят без резкой границы в так называемую астеносферу <сферу слабости или малой прочности), вещество которой обладает пониженной вязкостью и способностью к пластическому течению. Мощность литосферы на материках порядка 100—200 км. Мощность астеносферы невелика и тоже непостоянна. Считается, что наличие астеносферы обеспечивает возможность движения отдельных блоков литосферы, разделенных проникающими в мантию разломами как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. В пределах астеносферы скорость сейсмических волн снижена, что и дает возможность выявлять этот слой слабости сейсмическими методами.
Но вернемся к самой земной коре. Каков ее состав? Можно ли в настоящее время дать на это точный ответ?
На земной поверхности распространены крайне разнообразные горные породы, в которых и найдены все элементы периодической системы Менделеева. Понятно, что конкретный состав горной породы (химический, минералогический) зависит от исходного материала, способа образования, последующих воздействий на горную породу. Во главу угла геологи всегда ставили химизм. Именно по этому признаку первичные горные породы земной коры, образованные при затвердевании и кристаллизации расплавов, подразделяются на кислые, средние, основные и ультраосновные, т. е. соответственно богатые, умеренно богатые, бедные и очень бедные кремнекислотой. Такой порядок соответствует вертикальной распространенности соответствующих пород. Осадочный и гранитный слои земной коры состоят в основном из кислых и средних пород, базальтовый слой — из основных, а подкоровое вещество — из ультраосновных, что соответствует и увеличению в том же направлении плотности горных пород. Представитель кислой магматической породы — гранит, средней — диорит, основной — базальт или его глубинный собрат габбро, ультраосновной — перидотит.
Основной объем земной коры (до 64%, а учитывая окраинные зоны суши с их «переходной» корой, до 79 %) сосредоточен на материках, где кора имеет и максимальную толщину — до 75 км. Выяснено, что большая часть этого объема состоит из основных пород, образуя как бы архитектурный фундамент земной коры. Ее нижний, базальтовый, слой исторически являлся тем базисом, на котором геологическое время и геологические процессы возвели свои величественные надстройки в виде материков.
Химический состав земной коры и ее слоев принято выражать в окислах, что соответствует силикатно-окисному составу огромного большинства горных пород и минералов, в кристаллических решетках которых по объему господствует кислород.
По современным воззрениям, вещество земной коры постепенно, в течение длительного геологического времени выделилось из мантии и, таким образом, по отношению ко всему телу нашей планеты земная кора молода. Выделение это происходило путем сочетания двух процессов: выплавления относительно легких продуктов и выделения газов из мантии, ее так называемой дегазации. Сущность процесса выплавления заключалась в выносе к поверхности планеты «легкоплавких» и летучих веществ, образовавших земную кору, водную и воздушную оболочки Земли.
По химическому составу в целом земная кора отличается от метеоритного вещества, поступающего ив космоса, и от состава более глубоких оболочек Земли повышенным содержанием кремнезема, щелочных металлов, большинства редких элементов (урана, тория, стронция и др.), а также пониженным содержанием магния и элементов группы железа.
Таковы в самых общих чертах сведения о земной коре. Они многократно проверены, детализированы, а все же многие и многие вопросы строения, состава, физического состояния, условий возникновения, не говоря уже о непрестанной динамике и деформации земной коры, остаются во многом, а то и совсем неясными. Нужно еще иметь в виду, что земная кора — это не замкнутая система. Она продолжает активна взаимодействовать с породившей ее мантией, а также с наружными оболочками — гидросферой и атмосферой. Эти «легкие одежды» земной коры в течение миллиардов лет геологической истории также меняли свои свойства и состав, во многом, если не в самом главком, управляя развитием биосферы. Нужно еще многое сделать, чтобы понять и использовать в интересах человечества все разнообразные механизмы взаимодействия наружных геосфер, а также понять на этом общем фоне сокровенные тайны столь сложного явления, как земная кора, кладовая всех полезных ископаемых.
Обратимся теперь к подкоровым глубинам Земли, ее недрам, поскольку без них наша земная кора как бы «висит в воздухе». На рис. 2 изображен разрез до самого центра Земли, как он представляется в настоящее время большинству ученых. Границы между оболочками выявлены по сейсмическим данным, кое в чем обоснованы сложными расчетами, а также отчасти и опытными данными, полученными при исследовании поведения некоторых минералов при изменениях температур и давлений, вызывающих так называемые фазовые переходы. В частности, такими минералами является очень распространенный в глубинах Земли железо-магнезиальный силикат-оливин.
Оставим теперь на время тонкий, подобный пленке верхний слой — земную гору — и начнем мысленный спуск к центру Земли. Под разделом Мохоровичича находится мантия — очень мощная оболочка неоднородного строения. Само слово «мантия», т. е. верхнее покрывало старинной парадной одежды, не очень удачно, но прочно вошло в науку. Различают прежде всего верхнюю мантию, состоящую из слоев В и С. Вместе с земной корой верхняя мантия рассматривается как область не только сложных физико-химических явлений и преобразований глубинного вещества, но и средоточие различных механических движений и деформаций, составляющих тектонические явления. Поэтому земную кору вместе с верхней мантией называют еще тектоносферой.
Довольно четко выражена внутри верхней мантии граница на глубине порядка 100—400 км, на которой расположен астеносферный слой. По мнению многих ученых, она связана с переходом вещества из кристаллического состояния в аморфное. Местами в астеносфере скорость поперечных волн падает до нуля, что объясняется наличием очагов расплава (поперечные волны не проходят через жидкую среду). Под тектоно-сферой с ее фазовыми переходами находится очень мощная нижняя мантия (слой Д), где отмечается медленное увеличение скорости продольных (до 13,6 км/с.) и поперечных (до 7,3 км/с) волн, что связано с общим увеличением плотности (до 6 г/см3). Верхняя мантия состоит из ультраосновных пород, перидотитов и лер-цолитов. Обломки этих пород могут достигать земной поверхности двумя путями: 1 — при выносе через трубки взрыва, как это имеет место в кимберлитовы: трубках на алмазных месторождениях Якутии и Южной Африки; 2 — при выносе вместе с базальтовой лавой из подкоровых очагов, где вещество мантии может частично плавиться. Каков состав нижней мантии — остается неясным, но надо думать, что роль тяжелых элементов с глубиной продолжает возрастать. Под влиянием громадных давлений должна иметь место все более плотная упаковка вещества. С глубин порядка 2900 км мы вступаем в область ядра планеты, которое еще в 1897 г. Вихерт считал металлическим. Прохождение поперечных волн через земное ядро не установлено. Скорость продольных волн на границе ядра падает скачком, а на границе с внутренним ядром возрастает и далее остается постоянной до центра Земли. Давление во внутреннем ядре оценивается в 3 млн. атмосфер. Несмотря на громадное давление и плотнейшую упаковку атомов и молекул внешнее ядро считается жидким. Здесь, по современным воззрениям, генерируется магнитное поле Земли.
Описанная модель внутреннего строения Земли создана на основании разнообразных геофизических данных, особенно сейсмологии, а также сравнений с веществом метеоритов, на результатах разнообразных экспериментов над поведением горных пород при разных температурах и давлениях и достижений в изучении других планет. Труднее всего определить температуру глубочайших земных недр. Что касается состава ядра, то практически все ученые считают его железным с плотностью около 12 г/см3. В самой старой модели по аналогии с железными метеоритами считалось, что ядро состоит из железа с примесью никеля; есть мнение, что в ядре господствует сернистое железо. Недавно выдвинута гипотеза о железоокисном составе ядра. Есть и другие гипотезы, о которых мы скажем ниже.
Все, что уже было сказано о внутреннем строении Земли, имело общее (хотя и с оговорками) признание еще 10—15 лет тому назад. Но и время, и наука идут вперед. Все большее число ученых во всех странах вновь и вновь обращается к этим вопросам, растут общий объем и точность наблюдений, особенно сейсмологических. Казавшиеся относительно четкими и постоянными границы сейсмического раздела местами стушевываются, а число их увеличивается, возникают разногласия в оценке их глубин. В настоящее время более или менее незыблемыми остаются границы Мохо, слой на глубине порядка 400, а также 600—700 км, о которых раньше знали мало. Остается нерешенным, как это ни странно, главный вопрос: что же представляют собой на самом деле границы внутренних оболочек (геосфер) и несколько менее четкие границы внутри их, выделяемые сейсмическими методами (увеличением или уменьшением скорости сейсмических волн)? Что это в конце концов? Резкие изменения в плотности и вязкости вещества безусловны, об этом говорят опыты, но связаны ли они единственно с изменением химического состава или фазовыми переходами, или с тем и другим вместе, и какова в таком случае относительная их роль на разных глубинах? Каковы действительная роль и пределы возрастания с глубиной температур? Не однородна ли Земля по своему элементарному составу (ставился и такой вопрос!), а различия ее оболочек не объясняются ли единственно скачкообразными изменениями физического состояния (фазовыми переходами)? Что является возбудителем огромных и по-разному ориентированных сил в земной коре и в тектоносфере в целом, которые, начиная с древнейших времен, создавали и продолжают з наше время создавать разнообразные деформации в литосфере — складки, разломы, сдвиги, надвиги и т. д.? Перед наукой встают все новые вопросы. Мы еще не до конца знаем, что такое земная кора и как она образовалась, но уже делаются серьезные попытки изучать с помощью космических аппаратов коры Марса, Венеры, Луны, и они оказываются очень полезными для познания глубин нашей Земли. Больших успехов достигла в наши дни сравнительная планетология и особенно космохимия. Но продолжает удивлять господство кислорода. Поскольку и земная кора, и мантия в предложенных до последнего времени моделях состоят из силикатов и окислов, а анионы кислорода занимают более 90% их объема, получается, что Земля имеет, в основном «кислородное сложение». А так как самый распространенный в природе тяжелый элемент — железо, то из него и должно состоять плотное земное ядро, но с обязательной при5тесью каких-то других элементов. Это необходимо для объяснения средней плотности Земли. Становится все более ясным, что метеориты попадают на Землю не из ближайших ее «окрестностей», а из значительно более удаленного от Солнца, чем Земля, пояса астероидов, который находится между Марсом и Юпитером, и вещество метеоритов нельзя просто сопоставлять с земным, как это делалось раньше. Состав Солнечной короны плохо сопоставим с элементарным составом доступных частей Земли. Появились сомнения в вещественной однородности небулы (туманности), из которой возникли и Солнце, и планеты. Против старой, казалось, общепринятой «химической модели» Земли стали выступать сами геохимики.
Сейчас предложены новые такие модели. Одна из них, выдвинутая советским ученым В. Н. Лариным,— гипотеза изначально гидридной Земли. Гидриды — соединения металлов с водородом, самым распространенным элементом на Солнце, и они-то и слагают, по данной гипотезе, внутреннее ядро Земли, в то время как внешняя часть ядра состоит из соединений и сплавов металлов (на основе кремния, магния и железа) с растворенным в них водородом. Нижняя мантия и нижняя часть верхней мантии по той же гипотезе, начиная с глубины 300—400 км, состоят из металлов, а вышележащая часть мантии и земная кора, составляющие, как мы помним, литосферу — из силикатов и окислов. Это царство кислорода, вытесненного из более глубоких оболочек еще на ранних стадиях развития планеты. Гипотеза изначально гидридной Земли объясняет многие вопросы и явления, бывшие доселе неясными. Она привлекла к себе внимание многих ученых и имеет немало сторонников.
На основе новых, преимущественно геохимических и космохимических данных высказана идея, в которой «океаническая» и «континентальная» земная кора не считается, как до сих пор было принято, столь резко несходными по составу образованиями. Есть еще и другие точки зрения.
Наконец, нельзя пройти мимо прямых фактов, только что полученных при бурении сверхглубокой скважины в Карелии, которая уже достигла глубины 11 км. Это самая глубокая скважина в мире, и проходка ее продолжается. Сверхглубокое бурение в пашей стране предпринято в основном в научных целях, с расчетом достигнуть границы земной коры и мантии. Прогнозы геологов и особенно геофизиков сказались в этом случае неверными: никакой поверхности Конрада, долженствующей разделять гранитно-метаморфическую и базальтовую оболочку внутри земной коры, скважина в Карелии на рассчитанной глубине не пересекла. Значит, данным геофизики (в данном случае, сейсмики) нельзя полностью доверяться или, лучше сказать, слишком просто их толковать. Отказаться от них полностью тоже нельзя.
Незыблемым во всех — старых и новых — представлениях остается силикатно-окисный состав земной коры и наличие раздела Мохо в ее основании.
В этой главе мы рассказали о земной коре, из которой читатели могли убедиться в существовании, с одной стороны, твердых научных знаний, а с другой — спорных и неясных представлений о ее составе, структуре и развитии. И пусть это обстоятельство не озадачивает читателя. Напротив, такое положение вещей — стимул для новых и новых научных поисков.
Три науки нашего времени направляют свои усилия на познание земной коры, а также подстилающих ее оболочек — геология, геофизика и геохимия. Равноправны ли все члены этой «троицы»? И да, и нет. Организационно, по различию методов и приемов в изучении Земли, а также по вузовским учебным планам они равноправны. А по существу своему геофизика и геохимия кажутся несколько более узкими или специализированными (с одной стороны, физика, с другой — химия Земли), но в то же время как бы более углубленными в свой предмет. Геология, как говорилось выше, наука о составе, строении и развитии земной коры, предмет ее более общий, более объемный. Это определение в настоящее время несколько устарело. Во-первых, это следует из самого названия: геология — наука о Земле, а не только о земной коре. Ее предмет — все свойства тела нашей планеты от поверхности до центра, но возможности проникновения геологии в глубь планеты ограничены ее собственными методами, отличными от геохимических и геофизических. Отсюда тесная зависимость друг от друга всех членов нашей триады, хотя известное «моральное» право на руководящую роль остается за геологией, бывшей когда-то единой наукой, а затем разделившейся на более или менее самостоятельные ветви. Поэтому и в наши дни считается, что за обобщение или объединение всех существующих знаний о твердой Земле отвечает в конечном счете геология.
В Иркутском научном центре имеется самостоятельный Сибирский геохимический институт имени А. П. Виноградова. Геология и геофизика входят в Институт земной коры. Головной институт того же профиля имеется в Новосибирске. Но все это не значит, что в Институте геохимии никому нет дела до геологии, а Институт земной коры игнорирует геохимию. Совсем нет. Дело лишь в разных углах зрения, в методах и направлениях решения задач, в конечном счете геологических.
В Институте земной коры одно из главных направлений — изучение древних и современных «остаточных деформаций», т. е. структур земной коры, геофизических полей, землетрясений, вулканизма и его продуктов, породообразования при высоких, свойственных недрам температурах и давлениях. Поскольку Восточная Сибирь — область массовых выходов на поверхность древних и древнейших пород, то институт занимается и их изучением. Только с их помощью возможны реконструкции геологических обстановок и условий породообразования на древних и древнейших стадиях развития земной коры.
Это не все. К триаде наук, изучающих Землю и ее кору, примыкает геоморфология — наука о формах рельефа Земли. Соответственно геоморфологические исследования занимают важное место в деятельности Института земной коры. Легко понять, почему это так. Если геология, геофизика, геохимия занимаются главным образом самим телом планеты — всем тем, что находится ниже твердой земной поверхности, то сама земная поверхность, как бы направляющая исследования этих наук вглубь, также отражает свойства земных глубин, информируя о процессах, которые происходили и происходят на глубинах. Земная поверхность развивается вместе со всей планетой. Она отделяет литосферу от гидро- и атмосферы и несет в себе колоссальную информацию о жизни планеты в целом.
Южная Сибирь и примыкающая к ней с юга северная окраина Центральной Азии — естественный полигон разнообразных исследований Института земной коры. Эта огромная часть азиатской суши имеет, как известно, гористый рельеф, возникший геологически сравнительно совсем недавно, продолжающий интенсивно развиваться. В плане, т. е. на карте, перед нами довольно причудливое сочетание высоких и низких хребтов, цепей, массивов, высоких плато, нередко разделенных внутренними, межгорными впадинами. Мы можем говорить о единой, хотя и внутренне сложной Монголо-Сибирской горной системе. Горы Южной Сибири и Монголии прямо, без перерывов переходят друг в друга. Она имеет связь и с дальневосточными горами через восточное продолжение Станового хребта, но эта связь не везде четкая. Понятно, Монголо-Сибирская горная система в силу своих громадных размеров неоднородна во многих отношениях. Рассказывая о ней, мы найдем на здешних просторах удивительное разнообразие скульптур земной поверхности и, кроме того, ознакомимся с самими «скульпторами» — в прямом смысле слова создателями гор, виновниками различия их форм и целых горно-ледниковых, горно-таежных и горно-степных ландшафтов.
Заканчивая эту главу, напомним читателям общую, принятую во всем мире схему периодизации геологической истории, так как мы не сможем обойтись без нее в последующих главах. Основные подразделения такой схемы, получившие «собственные имена», были выделены, т. е. отделены друг от друга ну основании изменений в составе развивающегося с глубокой древности органического мира. Этот эволюционно-палеонтологический подход дает возможность определить относительный возраст тех или иных отложений. Дополнительным, но крайне важным было установление резких перерывов в отложениях разных подразделений, скачкообразных изменений или вымираний отдельных групп органического мира, эпохи складчатости. Сейчас с помощью данных о скорости радиоактивного распада некоторых элементов и изотопного анализа традиционные подразделения геологической истории измерены и по своей абсолютной продолжительности (в миллионах лет).
Палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры геологи иногда объединяют в фанерозой — время «явной жизни», а протерозойскую и архейскую эру называют соответственно поздним и ранним докембрием. Заметим еще, что периоды фанерозойского времени разделяются на отдельные эпохи, в таблице не Указанные.
Примечания
1. По поводу того, что же такое граница Мохоровичича, мнения до сих пор разные. Одни ученые считают, что ниже этой границы основные породы (типа базальта, габбро) сменяются ультраосновными, более бедными кремнекислотой и более богатыми магнием и железом — перидотитами либо эклогитами. Другие думают, что в этом явлении особая роль принадлежит воде, а точнее, — превращению на этих глубинах и давлениях ультраосновных пород в серпентиниты, состоящие из водосодержащих магнезиальных силикатов. Для этого требуется как раз подходящая для глубин граница Мохоровичича температура порядка 500—550°С. Заметим, что роль воды в последнее время выдвигается на первый план в «жизни» всех оболочек Земли.