Взламывая планету Земля

Было сделано одно очевидное предположение — наша планета неоднородна. Возможно, поток тепла изнутри сдерживался каким-то еще неизвестным образованием. (Во всяком случае, исходя из нашего понимания внутреннего строения Земли, она содержит многочисленные конвективные течения, рассеивающие тепло быстрее, чем теоретическая система, которую использовал Кельвин в своих вычислениях.) Другая и единственная возможность состоит в том, что Земля, наряду с первоначальным жаром, оставшимся с момента ее образования, имеет собственные запасы тепла, которое генерируется за счет распада радиоактивных элементов в ее недрах. Радиоактивность открыли только в 1895 году, но за 10 лет до открытия Джордж Дарвин (сын Чарлза) продвигал ее как решение проблемы теплового баланса Земли. Радиоактивное поле в конце концов помогло бы избежать путаницы и определить истинный возраст Земли с помощью радиометрического датирования.

Луна и приливы

Изначально астроном Джордж Дарвин подтвердил оценку возраста Земли, данную лордом Кельвином. Дарвин предположил, что Луна образовалась под действием центробежных сил внутри молодой Земли (все еще расплавленной) — произошел выброс части материи на орбиту. По словам Дарвина, материя остыла и стала Луной. Вращение Луны ограничено приливными силами вращения Земли (поэтому мы всегда видим лишь одну ее сторону). Дарвин подсчитал, что для возникновения этой замкнутой системы понадобилось 56 млн лет.

Граница Мохо

Древние люди издавна знали, что колебание земли возвещает о грядущей беде. Однако к середине XIX века новая наука сейсмология смогла заглянуть внутрь Земли благодаря использованию волн (подобных тем, что вызывают землетрясения).

Сегодня исследователям внутреннего строения Земли известны три границы. Граница Мохоровичича (A) отделяет толстую континентальную кору (1) и тонкую океаническую (2) от верхней мантии (3). Граница Гутенберга (B) отделяет нижнюю мантию (4) от внешнего жидкого ядра (5), в то время как граница Леманн (C) обозначает внешнюю границу твердого внутреннего ядра (6).

Ирландский геолог Роберт Маллет ввел термин «сейсмология» в 1857 году. Используя взрывчатые вещества, погруженные в землю, он создал собственные сейсмические волны, разрабатывая устройство для обнаружения естественных волн. Он хотел проверить, как волны проходят сквозь разные породы. В 1897 году физик-экспериментатор Эмиль Вихерт ненадолго превратился в геофизика-теоретика. Он сравнил общую плотность Земли со средней плотностью горных пород на ее поверхности. Плотность Земли оказалась ниже, из чего он сделал вывод, что Земля внутри состоит из двух слоев: железного ядра и окружающего его покрытия — камневидной оболочки из силикатных минералов. В 1906 году Ричард Диксон Олдхэм подкрепил этот вывод, доказав, что плотное ядро блокирует или преломляет сейсмические волны.

Первый сейсмограф

В 132 году н. э. китайский инженер Чжан Хэн изобрел «флюгер землетрясений» (сейсмоскоп). Он представлял собой бронзовую урну с маятником внутри. Под воздействием движения земли маятник качался и выбивал один из восьми шаров из пасти драконов, которые равномерно располагались вокруг устройства. Шарик падал в распахнутый рот жабы и указывал направление земных толчков.

Виды волн

Сейсмология основана на поведении сейсмических волн, которые отражаются или преломляются подобно звуковым волнам или кругам на воде. Сейсмографы по всему миру занимаются улавливанием волн, достигающих поверхности Земли. Это дает представление о том, как волны перемещаются внутри, а также о характере среды, через которую они проходят глубоко под землей. В 1909 году хорватский ученый Андрия Мохоровичич заметил, что скорость волн меняется на глубине около 20 км под континентами и 5 км под океаном: сначала волны двигались через твердую толщу, а ниже находился плотный слой. Граница между ними стала известна как поверхность Мохоровичича (сокращенно Мохо), она показывает, где мантия Земли переходит в третий тонкий наружный слой, называемый корой.

Кембрийский взрыв

Обилие окаменелостей, найденных в сланцевых породах Канадских Скалистых гор, показало, что сложные формы жизни — виды, до сих пор существующие на Земле, — ворвались в историю планеты примерно 500 млн лет назад.

Маотяньшаньские сланцы

Это горное образование в Китае очень похоже на найденное в Канадских Скалистых горах, с той лишь разницей, что китайское на 10 млн лет старше. При раскопках в 1980-х годах в Маотяньшаньских сланцах был обнаружен схожий с канадским двойником набор окаменелостей, включая вымерший род Jianfengia (на иллюстрации), — это преследующие добычу членистоногие хищники с жесткими отростками на голове. Китайские окаменелости показали, что 520 млн лет назад жизнь на Земле уже развивалась и менялась.