Мы живем на заре космической эры. На наших глазах человек начал прокладывать первые пути в межпланетное пространство. Мощь советской науки и техники вывела первых космонавтов на орбиты вокруг Земли. Прогресс в космоплавании стремителен. Нет сомнения в том, что пройдет совсем немного времени и советские космонавты высадятся на других планетах солнечной системы — на Луне, Венере, Марсе… А в дальнейшем мощные космические корабли понесут исследователей и за пределы солнечной системы.
Но как бы далеко ни занесли космонавтов звездоплавательная техника будущего и неудержимое стремление человека познать другие миры, космонавты всегда будут возвращаться домой — на родную Землю. Именно на Земле они будут строить все более мощные межпланетные и межзвездные корабли и тут они будут, обрабатывая результаты своих удивительных путешествий, проникать во все новые тайны мироздания. Становясь гражданином Вселенной, человек все же сохранит свой дом на Земле. Здесь он будет жить своей обычной человеческой жизнью, здесь он будет работать, производя все то, что надо для быта, технического прогресса и всеобщего благосостояния.
Находить средства для своей созидательной работы человек будет еще очень долго не в других мирах, а все на той же старой испытанной Земле.
И можно быть уверенным, что Земля и дальше будет одаривать человечество всем тем, что ему нужно для жизни, развития и прогресса в дополнение к тому, что она уже дала раньше.
Человеку были и будут во все возрастающем размере нужны различные металлы. Они добывались и будут добываться из земных недр, где они сосредоточены в виде металлических руд. Современная техника быстро расширяет перечень тех металлов, которые ей необходимы. Еще несколько лет назад некоторые металлы причислялись к «редким землям» и представляли лишь теоретический интерес, а сейчас они являются предметом энергичных поисков и добываются для технических нужд. Таковы, например, германий, кадмий, бериллий, цезий и многие другие.
Человек нуждается и будет нуждаться в источниках энергии. Частично он пользуется солнечной энергией, овеществленной в мощи водных потоков и ветра. Но в значительной степени он пользовался и до сих пор пользуется солнечной энергией, аккумулированной миллионы лет назад в недрах Земли в виде угля, нефти и горючего газа. Непрерывно продолжаются поиски новых месторождений этого «энергетического сырья» и наша потребность в нем будет все возрастать, хотя в будущем, конечно, ядерное энергетическое сырье постепенно заменит старые источники энергии. Но ядерное энергетическое сырье хранится тоже в недрах земной коры! Основное значение имеет уран, который встречается в земной коре в виде различных минералов.
Земные недра дают энергию для использования ее человеком не только в виде горючих горных пород и радиоактивных минералов: глубинная энергия Земли проявляется в вулканических извержениях, в выходящих на поверхность горячих водных струях, а также в постоянном потоке тепла, непрерывно текущего из глубины Земли к поверхности. Вулканическая энергия уже используется в некоторых странах. Начинают ее использовать и у нас на Камчатке. Но будущие сверхглубокие скважины практически в любом месте достигнут слоев горных пород, нагретых на сотни градусов и, таким образом, являющихся источниками тепловой энергии.
Мы видим, что и источники энергии не только теперешние, но и будущие, тесно связаны с недрами нашей планеты.
Многие горные породы: глина, песок, галька, мергель, известняк используются как строительные материалы при постройке зданий, дорог, мостов, плотин. Писатели-фантасты мечтают о том, что в будущем глубочайшие скважины, достигшие раскаленных глубин, будут выводить на поверхность струи расправленного базальта, из которого можно будет быстро сооружать огромные дамбы и даже, может быть, новые острова или наращивать площадь материков.
Это, конечно, фантазия, против которой сейчас можно выдвинуть много возражений. Но разве в стремительном прогрессе исследований космического пространства не слились фантастика и действительность так, что уже совсем трудно стало установить, где кончается одна и начинается другая?
Мы видим, что недра Земли давали, дают и будут давать человечеству огромные количества самого разнообразного сырья, без которого немыслимы ни сохранение завоеваний современной цивилизации, ни технический прогресс, ни тем более строительство коммунизма, требующее, как известно, изобилия всех видов минерального сырья.
И вот тут перед нами возникают вопросы: а хватит ли этого минерального сырья? Достаточны ли его запасы в недрах Земли? Не случится ли так, что в некий печальный день жизненно важное минеральное сырье окажется израсходованным и человечество очутится в катастрофическом положении?
На эти столь прямо поставленные вопросы можно дать столь же прямой и вполне уверенный ответ: нет, этого не случится, так как не подлежит сомнению, что запасов сырья в недрах пашей планеты спрятано еще столько, что их хватит на многие тысячи поколений вперед. Примером является территория нашей страны. Когда-то, до революции, наши недра считались совсем бедными и в добыче самых необходимых полезных ископаемых — угля, нефти, железа — царская Россия отставала от многих, даже малых, стран Европы. А сейчас мы по нескольку раз в год узнаем об открытии у нас то там, то здесь новых крупнейших месторождений — нефти, природных газов, железа, алмазов, других не менее важных полезных ископаемых. И размеры этих запасов из года в год растут, несмотря на то, что и потребление их все время увеличивается.
Огромные неизведанные запасы разнообразного минерального сырья хранятся в глубинах Земли. Не следует также забывать, что до сих пор вся добыча полезных ископаемых сосредоточивалась на суше. Лишь совсем недавно нефть и природный газ стали добывать и со дна мелких морей. Огромные же площади глубоких морей и океанов остаются пока в своей девственной неприкосновенности. А ведь океаны покрывают больше двух третей поверхности Земли. Если даже земная кора под глубокими морями и океанами окажется менее богата полезными ископаемыми, чем кора под материками, все же запасы сырья, которые будут там открыты, когда это позволит развитие техники, будут огромны.
Но успокоив себя тем, что земной шар не откажет нам в своих дарах, мы должны подумать и о том, что эти дары не рассыпаны повсеместно; для того чтобы их найти и собрать, нужны труд и уменье.
В самом деле, отдельные виды полезных ископаемых образуют скопления в разных местах. Там, где встречаются нефть и горючий газ, безнадежно искать металлические руды. Последние обнаруживаются в тех районах, где уголь или нефть не встречаются. А есть и такие районы, где, несмотря на длительные, поиски, так и не удалось обнаружить ничего полезного. Следовательно, было бы, конечно, крайне неразумно искать любые полезные ископаемые всюду в надежде, что в конце концов поможет счастливый случай. Ясно, что помимо труда, в это дело надо вложить и уменье, с помощью которого можно заранее предвидеть, где какие полезные ископаемые следует разыскивать.
Таким уменьем геологи действительно обладают. Полезные минералы и горные породы образуются в земной коре как продукт ее развития. Земная кора поднимается и опускается, в ней появляются трещины; на ее поверхности накапливаются рыхлые осадочные горные породы, и на поверхность же изливается лава вулканов; расплавленная магма, поднявшись из глубины, застывает внутри земной коры, под ее поверхностью и образует твердые кристаллические горные породы; а там, где земная кора сильно поднялась, текучая вода и ветер разрушают ранее образовавшиеся горные породы и обломки их переносятся на новые места; движения земной коры вверх и вниз приводят к образованию гор и крупных впадин, сминают слои горных пород в складки.
Все эти перемены влияют на образование металлических руд и других полезных ископаемых. Многие руды поднимаются в виде горячих паров или жидкостей вместе с магмой с раскаленных глубин и отвердевают в форме кристаллов в трещинах, не дойдя до поверхности Земли. Нефть и газ образуются в осадочных горных породах из остатков давно вымерших организмов, и для их накопления нужна спокойная обстановка: пологие и широкие выпуклости осадочных слоев. Если же трещины разрежут скопления этих столь подвижных полезных ископаемых или их прогреет вулканическая лава, то нефть и газ улетучатся, их месторождения будут разрушены.
Зависимость образования полезных ископаемых от особенностей общего развития земной коры и используют геологи, чтобы определить, куда, в какой район, в какую геологическую провинцию надо направить поиски какого-либо определенного полезного ископаемого. Для того чтобы правильно использовать эту зависимость, геолог исследует геологическое строение местности — составляет геологическую карту и изучает геологическую историю. На геологической карте изображается распространение различных горных пород на поверхности. По такой карте можно судить о распространении разных пород и на некоторой глубине под земной поверхностью. А чтобы узнать, как они распространены на еще большей глубине, используют буровые скважины и геофизические методы разведки, позволяющие как бы просвечивать землю и заглядывать внутрь нее. Изучая горные породы, их состав и строение, то, как слои лежат в земной коре — горизонтально, наклонно или образуя складки, геолог расшифровывает историю какого-либо участка земной коры, устанавливает последовательность разных событий на нем — поднятий и опусканий земной коры, накопления осадков, смятия слоев в складки, вулканических извержений. Из сопоставления результатов таких исследований, проведенных в разных районах, рождаются представления об общих особенностях и закономерностях развития земной коры в целом. Это все нужно, как мы видим, для практики, для того, чтобы правильнее ставить прогноз: где какие полезные ископаемые могут быть найдены в земной кюре. Но те же вопросы, как легко понять, представляют и огромное научное теоретическое значение. В самом деле, если мы изучаем с большим интересом состав и строение Солнца, состав и строение самых далеких звезд и туманностей, то как же нам не заинтересоваться строением и развитием той планеты, на которой мы живем и от которой мы буквально во всей своей жизни и своей, деятельности всецело зависим? Как не заинтересоваться вопросами происхождения материков и океанов, причинами образования гор и смятия слоев в складки, источниками вулканических сил?
Такой научный интерес в наши дни тем более оправдан, что сейчас возникло положение, когда строение других звезд и свойства космического пространства мы знаем в некоторой мере даже лучше, чем строение и свойства вещества земного шара. Действительно, самые глубокие буровые скважины достигают глубины всего несколько более 7 км. С помощью геофизических методов данные, которые получены скважинами, можно распространить вглубь еще на несколько километров. Однако, чем глубже, тем неопределеннее становятся наши заключения, и в наших представлениях о составе и строении недр на глубине, которая едва ли значительно превышает десяток километров, уже больше предположений, чем достоверных знаний. И чем глубже мы проникаем в недра Земли, тем больше доля гипотез и догадок, тем больше разногласий во мнениях ученых.
На первый взгляд может показаться, что такое положение не может привести к каким-либо опасным последствиям, так как речь идет о глубинах, которые сейчас лежат за пределами технических возможностей достижения их с помощью скважин и которые, следовательно, не представляют практического интереса.
В действительности, однако, это совсем не так. Во-первых, можно заметить, что в последние десятилетия добыча полезных ископаемых опускается на все более глубокие этажи земной коры. Если 30—40 лет назад полезные ископаемые добывались преимущественно с глубин в сотни метров, то теперь для нефти, например, глубина добычи в 3—4 тысячи метров становится обычной. Такое углубление разработок связано с тем, что хотя запасы полезных ископаемых в земной коре еще я очень велики, но в поверхностных, наиболее легко доступных частях земной коры они начинают постепенно исчерпываться и геологическая разведка вынуждена забираться все глубже и глубже. Этот процесс будет, видимо, продолжаться, и поэтому чем дальше, тем более глубокие недра будут нас близко интересовать. Это означает увеличение глубины скважин, повышение роли геофизических методов разведки. Но это означает также и повышение роли науки, теории. Действительно, когда разыскивались месторождения, залегающие близко к поверхности, самых общих приблизительных соображений о том, где их следует искать, было достаточно, так как месторождения обнаруживались по поверхностным признакам после приблизительного выбора района, грубо говоря — путем выхаживания геологом данного района по поверхности и ознакомления с теми горными породами и минералами, которые здесь встречаются.
Для поисков на глубине такой метод уже неприемлем. Глубоко залегающие месторождения обычно не имеют никаких признаков на поверхности, и их можно обнаружить только буровыми скважинами. А ими невозможно так тесно «истыкать» местность, как может покрыть ее геолог своими пешими маршрутами. Значит, место возможного скопления полезных минералов надо определить гораздо точнее, чем это делалось раньше, чтобы знать наперед, где именно следует закладывать скважины с наибольшими шансами на успех. Определять же это можно лишь с помощью научных умозаключений, основанных на знании закономерностей развития и строения земной коры. Вот почему с этой точки зрения роль науки, проникающей своим умственным взором на все большие глубины в недра Земли, сейчас значительно повышается.
Во-вторых, чем больше мы занимаемся глубинами земного шара, тем яснее становится, что причины процессов, происходящих в верхних частях коры, лежат в глубоких ее слоях, а причины того, что совершается в этих последних, лежат еще глубже — в так называемой верхней мантии Земли. Таким образом, более глубокие процессы являются причиной событий в более высоких горизонтах. Поэтому, чтобы понять, что и как происходит в технически доступной для нас части недр, мы должны заглядывать глубже, а как только эти более глубокие недра становятся более или менее известными, сейчас же возникает необходимость для лучшего их понимания идти еще глубже.
Пока такая непрерывная цепочка взаимно обусловленных событий довела нас до подошвы верхней мантии, т. е. до глубины около 1000 км. Таков по современным представлениям активный слой Земли, влияющий на геологические события в поверхностных, наиболее близких к нам слоях коры. Но вполне возможно, что на этой глубине нам не придется остановиться, и те или иные признаки заставят нас в поисках первопричин опускаться еще глубже. Впрочем, мы и сейчас знаем, что по крайней мере одно поверхностное явление — магнитное поле Земли, отражающееся на магнитной стрелке компаса, связано с явлениями, происходящими в земном ядре. Таким образом, для того чтобы объяснить, что происходит на поверхности земной коры или в ее верхних слоях, и применить это объяснение к решению практических задач, нам необходимо изучать весь земной шар в целом. Да это, собственно, и естественно, так как несомненно, что земной шар составляет нечто целое, отдельные части которого взаимно связаны и в своем развитии зависят друг от друга и от всех вместе. В этом можно быть заранее уверенным, исходя из общих принципов диалектического единства в природе, и в правильности этого принципа мы лишний раз убеждаемся на примере строения и развития земного шара.
Это наше заключение приводит к выводу, к которому в последнее время приходят и в других науках, а именно к тому, что грань между чисто теоретическими проблемами и проблемами практическими стирается» и то, что вчера казалось имеющим лишь теоретический интерес, сегодня оказывается важнейшей опорой для практических заключений. Теория объединяется с практикой, являясь, в сущности, авангардом, предварительно разведывающим те области, в которые через день вступит практика. Вопросы о том, двигаются ли материки, образуются ли новые океаны на месте былых материков или новые материки на месте былых океанов, каково происхождение сил, поднимающих горы и сминающих слои горных пород в складки, пока имеют преимущественно теоретическое значение, но в них все более определенно начинает проявляться и практический смысл, потому что полностью понять и предвидеть конкретные особенности строения и развития отдельного небольшого участка земной коры, как оказывается, возможно только в том случае, если мы будем знать, какие силы действуют в земной коре вообще и какова общая направленность ее развития.
Не следует забывать также идеологического значения правильных представлений о строении и развитии Земли, их роли в создании научного материалистического мировоззрения.
В этой книге автор рассказывает читателю, какие проблемы стоят сейчас перед наукой о Земле, какие методы используются для решения этих проблем, к каким выводам приходягг сейчас ученые относительно состава, строения и законов развития земного шара. Читатель узнает, что за последнее время в науке о Земле достигнуты большие успехи, главным образом благодаря развитию новых геофизических методов исследования, и что многое относительно устройства земных недр сейчас нам стало гораздо яснее, чем всего несколько лет назад. Но неясного, непонятого осталось еще больше. В сущности, самая основа развития нашей планеты — происхождение сил, вызывающих движения и деформации земной коры, — остается не узнанной. Это заставляет многих специалистов призывать к усилению исследований земных недр, так как практические требования к науке о Земле за последнее время начинают быстро опережать ее устаревающие теоретические возможности. К этой цели направлен известный проект бурения сверхглубоких скважин. Тем же задачам служит широкая программа комплексных геолого-геофизических исследований, известная под именем «Проекта верхней мантии». Об этих и других планах дальнейших исследований рассказывается на последующих страницах.
Особенностью новейших планов является то, что ими предусмотрено объединение усилий не только геологов, геофизиков и геохимиков, для которых Земля служит основным объектом исследований, но и представителей других наук — физиков, химиков, математиков. На пути к пониманию внутреннего строения и развития Земли сейчас возникает много чисто физических и химических задач, а математика требуется для правильного расчета и выяснения относительного значения тех сил, которые действуют в земной коре и в более глубоких оболочках под влиянием происходящих в них процессов. В чем Конкретно состоят эти вопросы — будет видно из дальнейшего. Автору будет особенно приятно, если некоторые из этих вопросов будут интересны представителям перечисленных смежных наук и они захотят внести и свой вклад в раскрытие тех тайн, которых еще так много остается в недрах Земли.
Источник: В.В. Белоусов. Земля, ее строение и развитие. Издательство Академии наук СССР. Москва. 1963