Текст книги "Рождение миров"

Автор книги: Михаил Ивановский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 25 страниц)

Смена атомного топлива

Разрабатывая и совершенствуя гипотезу Бете, ученые решили, что Солнце и другие звезды не всегда поддерживали свою температуру истреблением водорода, звезды меняли свое «топливо».

По мысли этих ученых звезды возникают в виде огромных газовых шаров, подобных инфракрасному сверхгиганту – эпсилону Возничего. Температура в центре будущей звезды не может быть высокой, и никаких ядерных реакций там не происходит.

Под влиянием тяготения газовый шар медленно сжимается. Вещество будущей звезды уплотняется, а с уплотнением вещества температура возрастает.

Когда недра звезды разогреются до 400 тысяч градусов, начинается первая простейшая ядерная реакция. Тяжелая разновидность водорода, так называемый дейтерий, вступает в соединение с обычным водородом. Атом дейтерия сливается с протоном, и получается атом легкой разновидности гелия.

Несколько десятков тысяч лет звезда поддерживает свою температуру за счет дейтерия, но в конце концов его запас истощается. Звезда, лишившись притока энергии из ее недр, съеживается, как мячик, из которого выпустили воздух.

Уменьшение объема звезды, ее уплотнение влечет за собой повышение температуры. Звезда разогревается. Когда температура ее недр достигает двух миллионов градусов, становится возможной другая ядерная реакция. Звезда начинает «сжигать» литий.

Ядра атомов лития, сталкиваясь с протонами, поглощают их, и возникают атомы гелия.

За счет лития звезда светит еще несколько тысячелетий. Его запасы иссякают. Звезда снова съеживается, а это приводит к еще большему разогреву недр звезды. Температура достигает 9 миллионов градусов.

Очередной жертвой звездной кочегарки становятся атомы бериллия и бора. Атомы бериллия и бора, встречаясь с протонами, сливаются с ними и преобразуются опять-таки в атомы гелия.

На бериллиевом питании звезда существует еще несколько миллионов лет. Запасы топлива исчерпываются. Звезда сжимается, а температура недр на этот раз повышается до 20 миллионов градусов. Начинается главная ядерная реакция. Атомы водорода при содействии углерода упаковываются по четыре и превращаются в атомы гелия.

На водородном «топливе» звезда существует несколько миллиардов лет. По расчетам московского астронома А. Г. Масевич, Солнце в течение десяти миллиардов лет будет светить, почти не уменьшая свою яркость.

Если признать эту гипотезу, то звезда на первых ступенях своего развития несколько раз меняет «топливо», и после периодов сравнительного покоя звезда быстро сжимается и ее недра разогреваются.

Идея смены атомного топлива и скачкообразного, стадийного развития молодых звезд вошла составной частью в космогоническую гипотезу, которую разрабатывал академик В. Г. Фесенков.

В основу своей гипотезы В. Г. Фесенков положил мысль, что образование планет является неизбежным следствием развития самого Солнца без участия посторонних помощников, вроде проходившей мимо звезды или какого-либо другого небесного тела.

В. Г. Фесенков считает, что Солнце значительно старше Земли, что Солнце вращалось раньше гораздо быстрей, чем сейчас, и планеты образовались во время смены атомного топлива.

Происходило это так. Солнце прожило большую часть своей молодости. Оно уже израсходовало все запасы дейтерия, лития, бериллия и бора. Лишенное притока теплоты из недр, Солнце быстро сжалось, его объем резко уменьшился, а скорость вращения столь же резко возросла.

Каждая точка на экваторе Солнца пробегала тогда в секунду свыше 400 километров. При такой бешеной скорости Солнце потеряло устойчивость, оно утратило форму шара и стало грушевидным телом.

Грушевидное тело не может долго сохранять свою форму. Оно должно либо разорваться, либо вернуться к прежней шарообразной форме. Солнце разорвалось.

Выступ солнечного вещества был отброшен центробежной силой за предел Роша, и из него образовались планеты.

Солнце, избавившись от излишней массы и от избытка момента количества движения, стало вращаться медленнее. Корпускулярное излучение и свет унесли большую часть момента количества движения, и это затормозило вращение Солнца.

Из расчетов В. Г. Фесенкова следует, что первоначально наша планетная система была очень маленькой, она имела всего лишь несколько миллионов километров в поперечнике, и вся помещалась внутри орбиты Меркурия. Со временем планетные орбиты расширились, и планеты разошлись на современные расстояния.

Эта гипотеза встретила многочисленные возражения и к настоящему времени до конца не разработана.

Глава седьмая
МОБИЛИЗАЦИЯ ФАКТОВ

Температура земных недр

Геологи спускали термометры в глубочайшие буровые скважины, обследовали шахты и рудники, собирали сведения у горных инженеров, строивших туннели и другие подземные сооружения. Таким образом, еще в прошлом столетии установили, что по мере углубления в Землю температура неуклонно повышается – чем глубже, тем жарче. Есть на Земле места, где температура с глубиной возрастает быстрей, есть места – где медленнее, но в среднем на каждые 100 метров температура подымается на 2,5–3 градуса.

Это, казалось бы, совершенно естественное и понятное явление приводило к неестественным и непонятным выводам. Какова же должна быть жара на глубине 6378 километров, то есть в центре Земли? Самый простой арифметический подсчет показывает, что уже на 2500 километре ниже поверхности Земли температура достигает 6000°. Но ведь это же температура солнечной поверхности! При такой жаре ни одно вещество не может оставаться ни в твердом, ни в жидком состоянии. Неужели же мы живем на бомбе, начиненной раскаленными газами и ежеминутно готовой взорваться.

Это казалось невероятным. Но в науке тогда господствовала гипотеза Лапласа. Ученые думали, что Земля произошла из клубка раскаленных газов; при своем рождении она светилась, как маленькая звездочка; с течением веков постепенно остыла, покрылась твердой корой, но внутри сохранила прежний жар.

Поэтому большинство ученых считало, что вещество в земных недрах, если не газообразно, то, во всяком случае, огненно-жидкое. И в доказательство они указывали на вулканы, которые извергают лаву с температурой до 1400°.

Это мнение было общепризнанным.

По мере углубления в Землю температура повышается.

Сигналы далеких землетрясений

18 апреля 1889 года прибор, предназначенный для наблюдения приливов в земной коре, воспринял какие-то отрывистые и непонятные сигналы. Таинственная сигнализация длилась более полутора часов. Научные сотрудники, обслуживавшие прибор, недоумевали.

Загадка вскоре разъяснилась. Телеграф принес известие о сильном землетрясении, которое произошло в Японии. Колебания земной коры, возникшие в Тихом океане, достигли Европы, преодолев более 9000 километров, и тут их воспринял чувствительный прибор.

Академик Б. Б. Голицын оценил громадное значение этого случайного наблюдения. Он сконструировал прибор, предназначенный для записи колебаний, вызванных землетрясением. Прибор Голицына получил название сейсмограф – «записывающий толчки».

С помощью своих сейсмографов Голицын изучал, как распространяются колебания, вызванные землетрясением. Оказалось, что сейсмограф, расположенный в районе подземной катастрофы, записывает толчков меньше, чем сейсмографы, установленные в нескольких тысячах километров от очага землетрясения. Если ближний воспримет один толчок, то дальние отметят два, три и даже четыре толчка.

Два типа сейсмографов и образцы сейсмограмм. На нижней кривой – запись землетрясения 16 ноября 1927 года, происшедшего в группе Алеутских островов.

Исследования Голицына показали – эти дополнительные «добавочные» и более слабые толчки – не что иное, как «подземное эхо» – отражение колебаний от глубинных слоев Земли.

В конце ноября 1906 года в подвале Пулковской обсерватории устроили сейсмическую станцию. В течение первых же сорока дней наблюдений было зарегистрировано 14 землетрясений. При этом выяснилось огромное превосходство сейсмографов Голицына над всеми другими приборами этого типа, которые были построены в других странах. В настоящее время все сейсмические станции мира снабжаются усовершенствованными сейсмографами Голицына.

Уже в 1906 году было установлено, что отраженные колебания – эхо далеких землетрясений – приходят с глубины в 106 и в 492 километра. Очевидно на этих глубинах расположены границы слоев, где плотность горных пород резко меняется.

Следовательно, Земля имеет слоистое строение, и плотность Земли возрастает с глубиной не равномерно, а ступенями – скачками, от слоя к слою.

Земной шар имеет внутри сложное, слоистое строение.

Сейсмограф позволяет вскрывать внутреннее строение земного шара, находить границы слоев, определять плотность пород в недосягаемой глубине.

«Землетрясение подобно лучу света, ярко вспыхивающему на мгновение, чтобы осветить недоступные нам глубины земного шара», – писал академик Голицын.

Чтобы не ждать, когда землетрясение поможет заглянуть вглубь, ученые стали делать искусственные землетрясения – взрывать крупные заряды динамита или аммонала и с помощью сейсмографов, заранее расставленных на разных расстояниях от места взрыва, улавливать подземное эхо.

Таким путем было установлено, что в Земле можно различить четыре основных слоя: первый слой – это земная кора, очень сложного и тоже слоистого строения, толщиной, примерно, в 492 километра. Плотность горных пород, составляющих наружную оболочку Земли, равна 2,6.

Второй слой – промежуточный – простирается на глубину до 1200 километров. Его плотность постепенно возрастает до 5. Третий слой – оболочка ядра – имеет в толщину 1700 километров, и его плотность, равная 5, почти не изменяется вплоть до ядра.

Ядро нашей планеты имеет форму шара радиусом в 3478 километров, или, иначе говоря, граница ядра лежит на глубине в 2900 километров от поверхности Земли. Именно на этом расстоянии плотность резко, скачком возрастает с 5 до 9,6. И многие признаки говорят, что вещество в ядре твердое, но оно находится не в кристаллическом, а в стекловидном состоянии. Вещества же, подобные стеклу или смоле, то есть твердые, но не кристаллические, называются в науке твердыми жидкостями.

Колебания, порожденные землетрясением, проходя сквозь ядро земного шара, отклоняются от своего пути и тем самым указывают размеры этого ядра.

Одновременно с исследованиями сейсмологов ученые вулканологи установили, что очаги расплавленной магмы, над которыми образуются огнедышащие горы, расположены на сравнительно небольшой глубине в 30–60 километров. И они действительно представляют собой отдельные очаги, то есть нечто вроде котлов с лавой, не связанных друг с другом. Случается, что вулканы, расположенные вплотную друг к другу, действуют совершенно независимо один от другого.

Видимо, вулканические извержения – явления местные, происходящие в верхнем слое земной коры. В центре Земли никакой расплавленной магмы нет.

Кроме геофизиков, исследованиями недоступных глубин земного шара занимались и астрономы.

Они наблюдали ежегодные перемещения северного полюса по поверхности Земли.

Полюс не остается всегда в одной точке, он движется, описывая вокруг среднего своего положения небольшие неправильной формы петли.

Это движение полюсов еще в XVIII веке предвидел петербургский академик и величайший математик своего времени Леонард Эйлер. Он указал, что имей Земля твердость большую, чем у алмаза, полюса на ней должны были бы перемещаться с периодом в 304 суток. Если же период передвижения полюса окажется больше 304 суток, то твердость Земли будет соответственно меньше.

Движение полюса по земной поверхности за 6 лет – с 1912 года по 1918 год.

Для стального шара, величиной с нашу планету, период перемещения полюсов должен составить, примерно, 450 суток.

В те годы замечательное предвидение Эйлера проверить не было возможности: астрономические приборы еще не достигли нужного совершенства. Только в начале XX века выяснилось, что полюс завершает каждую свою петлю в течение 433 суток. Следовательно, Земля по твердости уступает алмазу, но превышает сталь!

В 1913 году ученые нашли третье доказательство необычайной твердости Земли. Была измерена высота приливной волны, подымающейся в твердой земной коре.

Если бы Земля была внутри жидкой, то высота приливной волны на суше достигала 75 сантиметров. А этого нет. Приливная волна на суше не превышает 25 сантиметров. Земля, следовательно, тверда и, как показывают расчеты, сделанные после измерения высоты «сухопутных» приливов, твердость Земли превышает твердость стали.

Гипотезу об огненно-жидком ядре Земли беспощадной критике подверг замечательный русский астроном Ф. А. Бредихин. Он указал, что исследования геофизиков и астрономов приводят к одному результату – Земля внутри тверда.

В последние годы было замечено, что некоторые землетрясения происходят на очень большой глубине, – примерно в восьмистах километрах ниже уровня моря. Это также доказывает, что в глубине Земля тверда – ведь в пластичной, текучей массе никакие напряжения и сотрясения возникать не могут.

Основываясь на всех этих фактах, академик В. И. Вернадский писал: «Все представления о некогда существовавшем огненно-жидком или расплавленном состоянии планеты, бывшем или ныне существующем, внесены в науку в связи с чуждым ей по существу теологическим,[15]15
  Теологические – богословские.


[Закрыть] философским и космогоническим представлениями о мире, не поддерживаемыми известными сейчас научными фактами».

Гипотеза огненно-жидкого состояния земных недр была оставлена.

Таким образом, одна половина загадки земных недр разрешилась, а вторая осталась. Какова же температура в глубине? Высокой она быть не может, потому что Земля тверда, как сталь. И низкой она не может быть, так как уже на глубине в 30–60 километров располагаются большие лавовые очаги, питающие вулканы. Температура лавы составляет 1100–1150°, а иногда даже 1400°.

Чтобы объяснить это противоречие, оставалось предположить единственное: самый жаркий пояс в глубине Земли лежит недалеко от поверхности.

Температура возрастает только до определенной глубины. Затем начинается зона более или менее равномерной температуры, и эта зона простирается вплоть до центра Земли.

Повидимому это так и есть, но почему – никто объяснить не мог.

Радиоактивное «топливо»

В прошлом столетии ученые обнаружили еще одно странное противоречие.

Физики, повторявшие опыт Бюффона, убедились, что этот ученый ошибся. Землю нельзя уподобить металлическому шару. Когда Земля покрылась твердой корой, ее охлаждение замедлилось, ведь земная кора – плохой проводник тепла. Но даже с учетом плохой теплопроводности коры охлаждение Земли могло длиться только сорок миллионов лет.

Земля, мы знаем, гораздо старше, и тем не менее она до сих пор не остыла. Очевидно, в ее недрах есть какой-то источник тепла, есть «печка», которая подогревает нашу планету изнутри. Что за «печка», никто не мог догадаться.

Было только подсчитано, что каждый квадратный метр поверхности Земли отдает за год 540 калорий. Это не очень много. Но ведь должен же где-то быть источник этого тепла!

Загадки земного тепла разрешились с открытием радиоактивности. Среди горных пород земной коры имеются минералы, которые содержат уран, торий, актиний, радий, протактиний, калий. Эти элементы, распадаясь, выделяют теплоту и подогревают земные недра.

Ученые попробовали подсчитать, велики ли на Земле запасы этого своеобразного топлива.

Залежи руд радиоактивных металлов имеются во многих районах земного шара. Кроме того, частицы урана, радия, тория в небольших количествах рассеяны почти повсеместно. Есть они в почве, в гранитах и базальтах, в океанской воде.

Основным поставщиком тепла является радий. В среднем на каждую тонну породы приходится несколько ничтожно маленьких пылинок радия, общим весом в одну миллионную долю грамма. Но ведь земной шар весит 6·10²¹ тонн. Сколько же в нем радия?

В результате подсчета запасов радиоактивных элементов получилось нечто непонятное.

Если радиоактивные элементы распределены равномерно по всей массе земного шара и содержатся в таком же количестве, в каком их находят в земной коре, то непонятно, почему земной шар до сих пор не расплавился.

Словом, по этим расчетам выходило, что радиоактивные элементы должны давать больше тепла, чем они дают его на самом деле. Получилась явная несуразица. Для объяснения замеченного противоречия оставалось допустить только одно: радиоактивные элементы распределены в Земле неравномерно – в глубине их меньше, чем в наружных слоях.

Для проверки этого предположения ученые обратились к вулканам. Они исследовали химический состав лав. И оказалось, – если лава подымается из глубоких очагов, – она несет ничтожное количество радиоактивных элементов, если же лава поступает из верхних слоев земной коры, то радиоактивных элементов в ней содержится гораздо больше.

Следовательно, глубочайшие недра Земли бедны ураном, торием и актинием. Подавляющая масса радиоактивных элементов скопилась недалеко от поверхности, примерно, на глубине 15–20 километров. Почему это так – неизвестно, но факт неоспоримый: радиоактивная «печка» находится не в центре Земли, а в земной коре. Земной шар подогревает наружная оболочка.

Итак, в распоряжении ученых оказались два важных факта: Земля внутри тверда и не очень горяча.

Земля не была звездой

У геологов и астрономов закралось подозрение, что центральное ядро нашей планеты всегда было твердым, что Земля зародилась, как твердое тело, и никогда не проходила стадию огненно-жидкого или газообразного клубка. Земля никогда не была звездой.

Эта новая мысль с трудом пробивала себе дорогу. На протяжении двух столетий люди верили, что Земля – дочь Солнца. Так учили в школе, так утверждали почти все космогонические гипотезы. И вдруг это привычное суждение оказалось сомнительным. Последние научные открытия лишили его опоры.

Сторонники старых гипотез не сдавались. Они подыскивали новые доказательства в свою пользу.

Но что же можно привести в защиту «дочерних прав» Земли и «отцовских» – Солнца?

Внутренний жар Земли? Его нет. Источник земной теплоты находится не в ядре планеты, а в ее коре. То тепло, каким обладает Земля, дает ей распад радиоактивных элементов и другие химические и физические процессы, происходящие во внешних оболочках земного шара.

Земля остывает? Да! От нескольких тысяч вулканов, которые когда-то действовали, теперь осталось только 318 действующих, да 112 курящихся. Потух Казбек, успокоился Эльбрус, и сотни других огнедышащих гор не подают никаких признаков подземной деятельности.

Бесспорно, Земля остывает, но не потому, что иссякают запасы тепла, сохранившиеся в Земле от ее рождения. Атомы радиоактивных элементов распадаются, количество их уменьшается. В нашей «печке прогорают дрова». Через 4,5 миллиарда лет урана и радия в земной коре станет вдвое меньше. Утихнут и другие процессы, рождающие теплоту. И тогда, возможно, потухнут последние вулканы на Земле.

Доводы, основанные на примерах вулканической деятельности, не убедительны, ими не исчерпывается арсенал доказательств, как будто бы говорящих в пользу старой гипотезы.

Сторонники огненно-жидкого состояния новорожденной Земли нашли еще один факт, которым они собирались доказать свою правому.

Химический состав Солнца и Земли почти одинаков, – говорили они, – небольшая разница заключается только в том, что на Солнце много легких газов – водорода и гелия, а на Земле их очень мало. Но именно это различие свидетельствует о высокой температуре нашей планеты на первом этапе ее существования.

В прошлом вулканическая деятельность на Земле была энергичнее.

Приверженцы «солнечного» происхождения Земли доказывали свою мысль о высокой температуре планет в далеком прошлом так: Земля и все остальные планеты, отделяясь от Солнца, получили «в приданое» большое количество водорода и гелия и всех других газов. И Земля и Венера достаточно массивны, и их тяготение настолько велико, что они могли сохранить легкие газы в своих атмосферах. Марс мог бы иметь гораздо больше водяных паров, а Меркурий и Луна по своей массе тоже способны удерживать небольшие воздушные оболочки, состоящие из сравнительно тяжелых и медлительных молекул кислорода, азота, углекислого газа и атомов аргона.

Однако, на Земле крайне мало легких газов – водорода и гелия, в атмосфере Венеры нет никаких признаков водяных паров. Марс, как мы знаем, очень беден водой и кислородом, а на Меркурии и на Луне газовые оболочки ничтожно малы.

Все это потому, что Земля, Венера, Марс, Меркурий и Луна были в далеком прошлом маленькими звездочками.

Под действием высокой температуры Земля потеряла большую часть легких газов, Венера и Марс лишились их почти полностью, а Меркурий и Луна растеряли вообще все газы.

Зато планеты-великаны – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун настолько массивны, что даже в раскаленном состоянии удержали возле себя мощные атмосферы, состоящие преимущественно из водорода и водородных соединений – газов метана и аммиака.

Отсутствие газовой оболочки на маленьких планетах – Меркурии и Луне, крайняя бедность водородом Земли, Венеры и Марса, обилие водорода на больших планетах доказывает, что планеты были прежде сильно раскалены и состав их атмосфер будто бы изменился под влиянием высокой температуры.

Перед учеными встала задача проверить эти доказательства сторонников солнечного происхождения Земли и проследить судьбу водорода и гелия в атмосфере нашей планеты.