XX век. 
Особенности внутреннего строения Земли

Детальный анализ данных сейсмометрии и всех достижений сейсмологии был сделан в первой четверти XX в. русским геофизиком Б. Б. Голицыным. Он обнаружил резкие переходы физического состояния вещества Земли или разрывы плошности (непрерывности) физических свойств или критические поверхности на глубинах 106, 232 и 492 км. Тогда же немецкими учеными Гутенбергом и др. были установлены поверхности раздела на глубинах 1200, 1700, 2450 и 2900 км. Последняя цифра и представляла, по мнению Гутенберга, границу между каменной оболочкой и ядром. Тогда же, в первой четверти XX в., немецкий геофизик Клуссман отстаивал схему трехслойного строения Земли (не считая коры): твердые горные породы-де глубины 1200 км, промежуточный слой, по составу близкий к железной руде, до глубины 2900 км и ядро, состоящее из железа, кобальта, никеля.

Большую роль сыграли исследования хорватского геофизика Мохоровичича (1857−1936). Он на основании тщательного анализа сейсмометрических данных пришел к 1910 г. к выводу о резком изменении вещества Земли на глубине около 50 км. Эта поверхность раздела стала называться позже поверхностью Мохоровичича. Она стала условно считаться нижней границей земной коры. Мощность последней несколько позже, в 20 х годах, стала приниматься различной от нескольких километров в океанических частях до 25−80км в материковых.

В 20 х годах Гутенбергом было открыто наличие на глубине от 75 до 200 км слоя пониженных сейсмических скоростей астеносферы, названной позднее волноводом. Построения модели Земли по сейсмическим данным до 30 х годов были многочисленны. В 1931 г. Гутенберг предложил четырехчленное строение нашей планеты, с поверхностями разделов на глубине 50, 1200 и 2900 км. Первая из них нижняя граница земной коры, последняя граница третьей оболочки с ядром. Он же, согласно Зюссу, выделял во внешней оболочке (земной коре) два слоя: сиалический (гранитный), отсутствующий под Тихим океаном, и симатический (базальтовый).

В 1931 г. датский ученый Инга Ломан открыла второе, внутреннее ядро Земли, радиусом 1500 км. Позже было установлено, что внутреннее и внешнее ядра разделены переходным слоем мощностью приблизительно 300 км. Наряду с построениями модели Земли по сейсмическим данным были такие же попытки, основанные на данных геохимии.

Много различных высказываний о внутреннем строении Земли было в первую половину XX в. со стороны петрографов. Одна из наиболее полных схем строения Земли была предложена американским петрографом Дели в 1914 г (рис. 7). Ниже слоя стекловатого базальта (субстрата) находится промежуточный слой, представляющий смесь железа и силикатов, под которой ядро, состоящее из железа с небольшой примесью никеля и других металлов. Железное ядро, по мнению Дели, выделилось еще в газообразную стадию существования Земли; сейчас оно, возможно, жидкое. В области Тихого океана гранитная оболочка отсутствует.

Интересные высказывания принадлежали в начале XX в. (1909 г.) австрийскому геологу Зюссу. Он выделял ядро, состоящее из никеля и железа, названное им Nife, промежуточный слой, состоящий из тяжелых магнезиально-железистых силикатов, где преобладают кремний и магний, названный им Sitna, и земную кору, состоящую преимущественно из легких силикатов с преобладанием кремния и алюминия, названную им Sial. Такое деление долго удерживалось в геологической литературе.

Признание многими геологами наличия подкоровой, пластической или жидкой сферы привело к ряду геотектонических гипотез: магматических течений, конвекционных течений, осцилляционной, астенолитной, радиомиграционной. Из перечисленных гипотез последняя была разработана в 1942 г. В. В. Белоусовым. Представления о пластическом или жидком подкоровом слое в первые десятилетия XX в. легли в основу многих вариантов гипотезы горизонтального перемещения материков.

Некоторые исследователи утверждают, что вещество верхней мантии сходно с составом каменных метеоритов (группы хондритов). В 1957 г. на XI Генеральной ассамблее Международного геодезического и геофизического союза был предложен проект глубокого бурения для изучения свойств и физического состояния вещества верхней мантии. Бурение на континенте было возложено на СССР, через дно океана на США. Первый опыт бурения в открытой части Тихого океана был осуществлен в США в 1961 г. у южной оконечности Калифорнии вблизи острова Гваделупы. Скважина бурилась с баржи при глубине океана в месте бурения 3512 м. Скважина глубиной 180 м прошла рыхлые осадки мощностью 167 м и 13 м базальта. В 1960 г. на XII Генеральной ассамблее Международного геодезического и геофизического союза В. В. Белоусовым был предложен проект всестороннего исследования верхней мантии Земли, получивший сокращенное название «Проект верхней мантии». В его осуществлении приняли участие ученые разных специальностей из многих стран мира. В 1963 и 1964 гг. на ряде совещаний были обсуждены первые результаты работ по указанному проекту. В 1963 г. на XIII Генеральной ассамблее Международного геодезического и геофизического союза, проходившей в США, был создан Международный комитет по верхней мантии Земли, председателем которого был избран член-корреспондент АН СССР В. В. Белоусов. Им в 1966 г. опубликованы первые результаты геофизических исследований по международной программе.

В 60 х годах установилось представление, что верхняя мантия и земная кора тесно связаны многими общими геологическими процессами. Эту часть земного шара предложено (сначала Д. Н. Соболевым, а затем В.В. Белоусовым) называть тектоносферой. Две составные части тектоносферы разделены поверхностью Мохоровичича. Сфера выше поверхности Мохоровичича, земная кора-предмет геологии на протяжении всего XIX в. стала в первой половине XX в. изучаться в неразрывной связи с верхней мантией и с некоторыми свойствами Земли в целом. В то же время вопросам строения и геологической истории земной коры, вопросы соотношения тектонических, магматических и метаморфических процессов стали в 40 60 х годах предметом многочисленных дискуссий в среде геологов, геофизиков, геохимиков.

Интересная гипотеза была предложена сотрудником Геологического института АН СССР В. Н. Лариным. В качестве механизма эволюции Земли автор предложил комплекс процессов, связанных с изменением ее внутренней структуры под воздействием водородных струй и с уменьшением количества водорода в ее недра. Какие же конкретные следствия имеют эти процессы? Главным результатом дегазации является прогрессирующее пульсационное расширение Земли, связанное с разуплотнением недр в связи с разложением гидридов. Геосинклинальный процесс объясняется подъемом водорода с границы мантии и ядра, который несет тепло по узким ослабленным зонам. В этих зонах металлы мантии наводороживаются и уплотняются, что ведет к образованию над ними зоны заглатывания. На поверхности Земли формируется геосинклинальная ванна, идет осадконакопление. Вещество астеносферного слоя при этом стекается под геосинклиналь, обусловливая на поверхности режим сжатия. По окончании дегазации мантия вновь разуплотняется, что ведет к возникновению астеносферного вздутия и переходу геосинклинали в фазу орогенеза. В свете этих представлений В. Н. Ларин дает оригинальную трактовку механизму геосинклинальной складчатости и даже моделирует его с помощью разогретого пластилина. Так как выделяющийся водород несет с собой тепло земных недр, становится понятным повышение теплового потока при развитии геосинклинали. Цикличность тектогенеза автор связывает с дискретностью процесса выделения водорода во времени. Начало дегазации обусловливает заложение в областях выхода на поверхность водородных струй геосинклинальных систем. Увеличение объема мантии ведет к очередному этапу расширения Земли. Таким образом, объясняется разобщенность эпох складчатости и этапов расширения. Формирование тектоногена (зоны заглатывания) и сопряженной с ним депрессионной воронки позволяет по-новому оценить процессы современной тектономагматической активности, в частности, зон Вадати. Характерный излом этих зон обусловлен разным характером и интенсивностью сейсмичности устья тектоногена (интенсивная глубокофокусная сейсмичность) и депрессионной воронки (среднеглубинная сейсмичность). Дрейф литосферных плит в свете гипотезы изначально гидридной Земли связывается с образованием рельефа на подошве астеносферного слоя вследствие его неодинакового разуплотнения струями водорода. Формирование силикатно-окисной коры является следствием долговременной продувки мантии водородом. Вынос больших масс кислорода вызывает разогрев внешних оболочек за счет экзотермических реакций окисления. Высокие температуры и давления (ускорение силы тяжести в архее, по В. Н. Ларину, было в три раза больше современного) обусловили возможность возникновения в архейской коре пород гранулитовой фации метаморфизма на относительно небольших (до 10 км) глубинах. Строение переходного слоя С мантии автор объясняет интерметаллическим составом слагающих его пород. Такая точка зрения является альтернативной распространенному мнению о том, что аномальность слоя С связана с резкими изменениями физических свойств пород вследствие фазовых превращений слагающих их минералов. Земной магнетизм с позиций гипотезы изначально гидридной Земли объясняется моделями динамо- (неодинаковая прецессия ядра и мантии) и электромагнита (точки протонов или электронов из глубин к поверхности Земли), которые могут действовать одновременно. Следует отметить, что автор сам предлагает пути проверки своей гипотезы (В.Н. Ларин, 1975). Таким образом, в положениях гипотезы В. Н. Ларина мы находим все атрибуты геодинамической концепции. Движущей силой геодинамических процессов в рамках гипотезы являются реакции с участием водорода в глубинах Земли. Механизм действия этих сил проявляется в движении струй водорода, дегазирующего с границы мантии и ядра, и обусловливает различные тектонические, геохимические, геофизические и металлогенические явления в процессе развития планеты (результат). В этом, как нам представляется, наиболее сильная сторона концепции: многообразные геологические явления связываются с одной причиной — выделением водорода вследствие дегазации. Учитывая успехи науки и техники в области космонавтики, глубоководного бурения, эксперимента при высоких температурах и давлениях, можно надеяться, что основные положения гипотезы могут быть проверены уже в ближайшем будущем.