В настоящее время предпринимаются успешные попытки создать общую теорию Земли, рассматривающую различные уровни организации геосистем. Такой раздел естествознания, названный геономией и являющийся всеобщим землеведением, включает не только геологию, географию, геофизику и геохимию, но также планетологию, экологию и даже отдельные разделы астрономии. Подробный обзор этой рождающейся на наших глазах новой науки дан в интересной книге И. В. Круть «Введение в общую теорию Земли» (М. «Мысль», 1978).
Читатель, утомленный этим далеко не полным перечнем наук о Земле, вероятно, согласится, что писать книгу о Земле очень трудно. Неизбежно приходится ограничивать себя какой-то одной «земной» наукой или одной темой. Одна из тем книги, лежащей перед вами, — сокровища земных недр и их использование на благо всего человечества. Однако разумному использованию богатств Земли мешает не столько несовершенство науки и техники, сколько постоянная необходимость тратить огромные средства на оборонные цели, тогда как в условиях прочного мира эти средства могли бы быть использованы на благо всех землян. Сегодня познание и разумное использование земных недр не только возможно, но и необходимо.
Большую часть информации о недрах Земли дает геофизика, в частности такой практически очень важный ее раздел, как разведочная геофизика. Как это ни парадоксально, но если бы Земля всегда была окутана облачным покровом, скрывающим звезды, то благодаря геофизическим методам мы знали бы о недрах почти столько же, сколько знаем сейчас. Космос лишь отчасти способствует расширению познаний о земных недрах. Другое дело — проблемы эволюции Земли. Сравнение Земли с другими небесными телами, особенно с планетами, помогает поиску правильных решений. Тем самым оправдана и главная тема нашей книги — показать тесные связи Земли и космоса, глубоких недр земного шара и далеких звезд.
Предлагаемое вниманию читателей второе издание книги дополнено главами о кристаллической структуре Земли, о роли вулканов в эволюции живого вещества на нашей планете, об экологических проблемах, глубоко волнующих современное человечество. Просмотрена и исправлена остальная часть книги в соответствии с новыми достижениями наук о природе и происхождении нашей планеты.
ИЗЯЩНАЯ ФИГУРА ЗЕМЛИ
Геологи, наблюдая реальные очень ограниченные по объему Земли геологические процессы, очень часто забывают, что в этих процессах, в том числе и физико-химических, их основные черты определяются прежде всего формой планеты как небесного тела — эллипсоида о трех осях — геоида, близкого к эллипсоиду вращения, как единого целого, по существу его геометрией.
Открытие земного шара
Когда земляне догадались, что живут на шаре? Как и во многих других случаях, дату этого величайшего открытия установить невозможно. Да и вряд ли это случилось в какой-то один «прекрасный» день.
Представления о шарообразности Земли складывались постепенно, и потребовались века, чтобы сформулировать следующие пять важнейших доказательств того, что мы живем на шаре.
1. Всюду, где бы ни находился наблюдатель, видимый горизонт (если он не загорожен какими-то предметами) имеет форму круга. Таким представляется горизонт в открытом море, в пустыне или в широкой степи. Это доказательство (как и многие другие) известно нам с детства, но школьные преподаватели, не желая нас разочаровывать, в ту пору не обращали внимания на слабые стороны приводимых ими аргументов. В частности, рассматриваемое нами первое доказательство было бы достаточным в том случае, если бы круговая форма горизонта наблюдалась действительно во всех точках поверхности. На самом же деле древним была доступна лишь часть поверхности Земли, и обобщать свои наблюдения на всю Землю они, строго говоря, не имели оснований.
2. При поднятии наблюдателя над земной поверхностью дальность горизонта увеличивается. Нетрудно сообразить, что высказанное положение является необходимым, но недостаточным условием шарообразности Земли. Иначе говоря, на шарообразной Земле дальность горизонта с поднятием наблюдателя над ее поверхностью действительно увеличивается. Но тот же эффект имел бы место и на дынеобразной Земле и на любой другой целиком выпуклой замкнутой поверхности.
Если планета имеет форму шара с радиусом OB = R (рис. 1), а наблюдатель находится на высоте AD, равной Н, то дальность горизонта AB=d определяется по формуле (R+H)2=R2+d2, откуда d2=2RH(1+H/2R). Так как величина Н обычно весьма мала по сравнению с R, то дробью H/2R можно пренебречь и тогда d=√2RH.