Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов.

     В. И. Вернадский

     У геологии и геофизики, как, и у других наук, есть свои извечные проблемы.

     Почему Земля состоит из оболочек различной плотности? Какой «сепаратор» сумел разделить поначалу однородное вещество Земли?

     Чем объяснить то, что мощность земной коры под материками почти в пять раз больше, чем под океанами? Отчего под океанами нет гранитного слоя, который повсеместно входит в состав материковой коры?

     Дрейфуют ли материки? Этот вопрос сегодня расколол геологический мир на два лагеря отрицающих дрейф и признающих горизонтальные перемещения больших масс земной коры.

     Чем вызвано появление системы срединно-океанических хребтов, опоясывающих весь земной шар (их протяженность - более 60 тысяч километров)?

     Отголосками, каких глубинных процессов являются землетрясения, и вулканическая деятельность?

     Это, конечно, далеко не все «больные» вопросы наук о Земле.

     Беда в том, что ни одна из существующих гипотез не может достаточно четко объяснить кардинальные проблемы геологии и геофизики. Сотни ученых ломают головы над тем, где тот кончик, уцепившись за который можно было бы распутать весь клубок геологических загадок, тесно переплетенных между собой.

     В начале 1971 года издательство «Недра» выпустило в свет монографию С. М. Григорьева «Роль воды в образовании земной коры». На первых страницах монографии помещен список вопросов - тех самых, на болевших. Ответы, которые в монографии даются на эти вопросы, - выводы из одной генеральной идеи, новой научной гипотезы, выдвинутой автором.

     Степан Макарович Григорьев, доктор технических наук, лауреат Государственной премии, специалист в области химии сверхчистых органических веществ, заведует лабораторией в Институте горючих ископаемых. Григорьев не геолог, но с геологией ему приходилось соприкасаться довольно долго 25 лет он занимался вопросами образования горючих ископаемых, и их месторождений. Возможно, что именно не традиционный, а, как говорят, «смежный» подход к делу позволил химику выдвинуть гипотезу, затрагивающую коренные проблемы наук о Земле. Такого рода поиски всегда поддерживал его учитель Г. М. Кржижановский «ищите на стыках наук - свет идет от сопредельных знаний»

     Свой научный труд «Роль воды в образовании земной коры». С. М. Григорьев посвятил академику В. И. Вернадскому, который придавал огромное значение роли воды и органического вещества в жизни Земли. В предисловии к монографии автор говорит, что он только начал разработку идей В. И. Вернадского и. «только приоткрыл возможности, скрытые в них»

     Редакция попросила Степана Макаровича Григорьева кратко, и популярно изложить свою гипотезу и в свете этой гипотезы дать ответы на некоторые из перечисленных выше кардинальных вопросов наук о Земле. Материал, который мы печатаем ниже, составил на основе монографии, и бесед с автором наш корреспондент В. ДРУЯНОВ.

     Земная кора лежит на породах верхней мантии, между ними существует обмен веществом. Есть немало различных гипотез, теорий, которые выступают против этой идеи. Не будем приводить все доводы «за» и «против», возьмем лишь один элементарный расчет.

     Каждый год реки отбирают у континентов 12 км3 твердого вещества. В виде суспензии они уносят с собой 30,0-109 тонн, в растворенном виде - 5.4-109 тонн. Всего же - 35,4-Ю9 тонн. Вообще-то не так уж много. Мы, живущие на материках, не замечаем убытка. Но чему он будет равен, скажем, через миллиард лет? Оказывается, полуторному объему всей земной коры! Значит, достаточно 10 миллионов лет, чтобы вся земная суша (то, что выступает над поверхностью морей, и океанов) разрушилась, растворилась, и уплыла вместе с речной водой.

     Между тем мы знаем, что материки живут гораздо дольше. Обнаружены породы, возраст которых превышает 4,5 миллиарда лет.

     Может быть, раньше континенты были выше? Нет. На Земле нет, и не было гор с вершинами более 10 тысяч метров (существует предел высоты, который определяется законами ползучести горного материала).

     Иногда говорят, что убыток, наносимый реками, компенсируется веществом метеоритов. Недостачу восполняет космос. Однако подсчитано, что за год выпадает 10 тысяч тонн метеоритного вещества - капля в море по сравнению с тем, что забирает речной снос.

     Не будем приводить здесь других гипотез, пытающихся разрешить проклятый вопрос о восполнении убытков. Пока ни одна из них не получила полного признания. Поэтому многие авторы основным источником компенсации считали, и считают верхнюю мантию.

     К их числу относится американский морской офицер, и геолог К. Деттон. Он подошел к этому вопросу с точки зрения созданной им еще в конце прошлого века гипотезы изостазии (равновесного состояния земной коры).

     Деттон писал, что «материки становятся легче вследствие смыва с них части вещества, и поэтому. всплывают. Прибрежная зона океанов, наоборот, все время нагружается, и, следовательно, должен возникнуть настоящий приток вещества из областей, перегруженных осадками, к областям, облегченным эрозией»

     Здесь есть указание на великий круговорот в недрах земного шара, но нет объяснения, как это происходит. Почему легкое вещество, смываемое с континентов, тонет в более плотном веществе мантии? Где тот глубинный «сепаратор» (и достаточно мощный), который перерабатывает плотное вещество верхней мантии, отделяя легкую часть?

     Найти ответ на эти вопросы пытались многие ученые, однако загадка оказалась не из легких.

     Согласно гипотезе, С. М. Григорьева, «механизм», работающий в недрах, можно представить себе так.

     В глубинах Земли обязательно есть слои с температурой 374,15r С. (Температура пород повышается с глубиной.) Эта цифра - критическая температура воды. При такой температуре, каково бы ни было давление, вода превращается в пар.

     Трудно, конечно, предположить, что в недрах свободно путешествует чистая вода. Скорее всего это ее растворы, а для растворов критическая температура уже иная. Скажем, для пятипроцентного раствора солей она равна 410 С. Поэтому превращение растворов в пар идет там. где температура достигает 425 - 4502С.

     Попробуем представить, что там происходит. Под действием гравитации атмосферная вода движется вниз по трещинам, порам, пустотам - сквозь толщу континентов. Количество опускающейся воды ежегодно составляет 100 - 200-109 тонн. Это не так много. Всего один литр воды за год через каждый квадратный метр суши.

     Растворы проходят рубеж в 374,15гС, достигают уровня с критическими температурами начинается их переход в парообразное состояние. У пара свои - газовые - законы. Пар стремится расшириться во все стороны. Наиболее успешно это происходит там, где меньше сопротивление. Легче всего ему расширяться вверх, поскольку с глубиной породы становятся более плотными, а значит, менее проницаемыми.

     Переступив температурную верхнюю границу - 374,15°С, пар вновь превращается в воду, а вода снова начинает движение вниз.

     Водные растворы стремятся вниз, превращаются в паровые растворы, те идут наверх, переходят в водные растворы, и т. д. Это извечный процесс, протекающий в земных недрах. На нем, в сущности, и построена гипотеза С. М. Григорьева.

     В круговорот вовлекается целый ряд химических элементов. Прежде всего - соединения магния, железа, и кальция. Они легко растворяются, вода на пути вниз прихватывает их с собой. В зоне критических температур, при переходе воды в пар, происходит выпадение минералов, содержащих магний, железо, и кальций.

     Освободившись от груза, паровые растворы устремляются наверх. Но, и в этот путь они идут не порожняком - выносят кремнекислоту. Она, как известно, становится летучей в закритическом паре. Пройдя уровень с температурой 374,15°, пар обращается в воду, а кремнезем выпадает в осадок.

     Итак, соединения магния, кальция, железа - тяжелых, легкорастворимых элементов - транспортируются к нижней границе, а кремнезем - к верхней. Словно гигантская расческа прочесывает недра. Это и есть «сепаратор», сортирующий вещество на границе между мантией, и земной корой. С. М. Григорьев считает, что такая сортировка происходит повсеместно, в особой оболочке земного шара, которую он назвал дренажной.

     Дренажная оболочка помогает обмену веществом, который происходит между земной корой и верхней мантией.

     Речной снос забрал свои 12 км3 - материк стал легче, и всплыл. Вслед за ним поднялись породы мантии. Они оказались в зоне действия «сепаратора» и подверглись переработке. В конце концов, пришедшее из глубин вещество разделяется более легкое присоединяется к породам материковой коры, а тяжелое переходит в растворы дренажной оболочки.

     Материал, снесенный с континентов речными водами, попадает на дно океанов вблизи побережий. Сюда же доставляет вещество, и Дренажная оболочка. Почему так происходит? Да потому, что давление на растворы в оболочке под материками больше, чем под океанами материки возвышаются над уровнем океанов. Из зоны высоких давлений водные растворы перемещаются по дренажной оболочке в зону более низких - под океаническую кору и сквозь нее. Здесь из них выпадает ряд элементов. Происходит цементация, уплотнение пород на дне океана.

     Земная кора лежит на породах верхней мантии. Между ними существует обмен веществом.

     Побережья, непрерывно нагружаемые, становятся тяжелее, и начинают опускаться. На пх пути - дренажная оболочка. Она преобразует вещество в породы типа базальтов. Однако путь вниз на этом не кончается - нагрузка сверху все время возрастает. Новое продвижение вглубь через нижнюю границу дренажной оболочки - и новая переделка. На этот раз в вещество верхней мантии.

     Восходящая ветвь круговорота вещество верхней мантии поступает в материковую кору.

     Нисходящая ветвь материал с континентов отлагается на дне океанов, затем уходит в мантию.

     Такова, в основном, суть гипотезы.

     Теперь посмотрим, как С. М. Григорьев с позиций своей гипотезы отвечает на некоторые из фундаментальных, еще не решенных, и спорных вопросов об образовании оболочек Земли, о дрейфе континентов, о происхождении вулканов и т. п.

     О СЕЙСМИЧЕСКИХ ГРАНИЦАХ, ВОЛНОВОДАХ И ОБОЛОЧКАХ ЗЕМЛИ

     Похоже, что именно дренажная оболочка образует две наиболее известные, и до сих пор загадочные границы. Речь идет о разделе Конрада и поверхности Мохоровичича. Сейсмические волны отмечают, что на этих границах плотность пород возрастает скачком. Например, после того, как сейсмическая волна пересекла поверхность Мохоровичича, ее скорость меняется с 6 км в сек. до 8 км в сек.

     У верхней границы дренажной оболочки концентрируется кремнезем. Это меняет состав, и плотность пород. Скорее всего здесь проходит раздел Конрада, отделяющий базальты от гранитов.

     Поверхность Мохоровичича - нижняя граница дренажной оболочки. Выпадающие в осадок соединения тяжелых элементов уплотняют породы на этом уровне.

     Критические температуры есть у всех соединений. Это рубежи для них в жидком состоянии соединения не проходят ниже определенного слоя.

     Например, критическая температура серы - 1040°С. Предполагается, что до такой температуры нагреты породы на глубине 100 - 200 км. Именно здесь обнаружен волновод - слой, по которому сейсмические волны распространяются, не рассеиваясь. Может быть, волновод на этой глубине представлен слоем серы? Ученые уже давно обращали внимание на то, что в земной коре серы мало - 0,1%, а в метеоритах ее содержится в среднем около 2%.

     Ядро Земли непроницаемо для поперечных сейсмических волн. Такая непроницаемость - свойство жидкостей. Есть гипотеза, по которой на границе между мантией и ядром лежит жидкий слой. Мне думается, что там находится слой ртути. Ее критическая температура 1 450° С. Предполагается, что на глубине 3 470 км (о ней, и идет речь) температура достигает 1 500° С. Общее количество ртути в Земле достаточно для того, чтобы образовать на границе ядра и мантии слой мощностью около 55 метров.

     Вещества, накапливающиеся у поверхностей, где господствуют их критические температуры, могут играть роль «флюсов». Они снижают температуру плавления вмещающих пород. Те плавятся, и становятся менее плотными. Медленно, но верно они перемещаются наверх. Так работает механизм зонной плавки, с помощью которого академик А. П. Виноградов объясняет дифференциацию вещества Земли.

     Зонная плавка особенно эффективна, когда повторяется много раз. Накопление «флюсов» хорошо объясняет непрерывное возобновление процесса. Ведь их образование в слоях с критическими температурами идет все время.

     О НЕСХОДСТВЕ МАТЕРИКОВОЙ КОРЫ И ОКЕАНИЧЕСКОЙ

     Оно проявляется не только в различной мощности. Осадочные породы, слой гранитов, затем базальтов - таков разрез материковой коры. Под океанами граниты, как правило, отсутствуют, осадочные породы лежат прямо на базальтах. Поэтому, когда на суше встречают необычно мощные толщи базальтов, то говорят об «океанизации» коры. Такое явление наблюдается в Восточно-Сибирской низменности, в Исландии, в Индии, Америке. И, напротив, встречая граниты на дне морей, и океанов, ученые указывают на «континентизацию». Что скрывается под этими терминами, какие физико-химические процессы они подразумевают? Мне кажется, что даже специалисты представляют себе это не очень ясно. Во всяком случае, определенного единого мнения нет.

     Граниты - кислые породы, в них много кремнезема, и мало соединений кальция, железа, магния. Базальты - основные породы. Для того, чтобы граниты превратились в базальты и наоборот, нужен обмен химическими элементами. Вспомним, что у верхнего рубежа дренажной оболочки - у раздела Конрада - концентрируется кремнезем. Здесь проходит подошва гранитного слоя.

     У нижней границы дренажной оболочки - у поверхности Мохоровичича - происходит накопление кальция, железа, магния. Здесь кончаются базальты, ниже залегают породы верхней мантии.

     Обмен элементами совершается благодаря дренажной оболочке. Раздел Конрада служит пограничной полосой - все, что попадает выше него, превращается в граниты, все, что ниже, - в базальты. Поверхность Мохоровичича - граница преобразования базальтов в породы верхней мантии, и обратно.

     Отсюда следует, что расположение дренажной оболочки - выше, ниже - определяет мощность земной коры. Под материками земная кора толще, потому, что вода континентов, просачиваясь вниз в большом количестве и под большим давлением, охлаждает недра. Слои, где температура становится критической для воды, и ее растворов, под континентами залегают довольно глубоко. Скажем, на 40, 50 и даже 70 км. На такой же глубине проходит дренажная оболочка.

     Чем выше горные системы материков, тем выше напор уходящей вниз воды - тем толще земная кора.

     Если под влиянием эрозии высота гор снижается, дренажная оболочка поднимается ближе к поверхности. И совсем близко она подойдет к ней, когда в данное место придут из глубин горячие растворы.

     Нижняя граница дренажной оболочки под океанами поднимается до глубины 7 - 8 км, а верхняя попросту отсутствует. Отсутствует раздел Конрада, проходя через который вещество превращается в граниты или в базальты. Этим можно объяснить то, что гранитов почти нет в океанической коре.

     Подведем итог кора суши образовалась в результате взаимодействия литосферы с нисходящими растворами, кора океанов - с восходящими растворами.

     Дренажная оболочка, как видим, свободно перемещается вверх, и вниз в недрах Земли - ее положение зависит от распределения температуры на глубине. Работа этой оболочки в течение миллиардов лет сформировала ту земную кору, историю которой мы сегодня стараемся выяснить. Но началась работа не сразу - ранняя Земля, мне думается, была одета в кору одинаковой мощности.

     Предположим, что градиент температуры мало изменился за прошедшие миллиарды лет. Тогда в далекие времена до 450° С нагревались слои на глубине 16 км. Здесь пролегала граница Мохоровичича. 16 км - мощность той коры. Сейчас толщина коры в среднем 37 км на суше, 7 км - под океанами. Выходит, что за прошедшие миллионолетия кора под континентами опустилась примерно на 21 км. Это мощность охлажденных пород. Кора под океанами поднялась на 9 км - это нагретые породы. Их объемы соответственно равны 3 122 - 106 км3 и 3 249 - 106 км3, а массы - 8,65 - 1018 тонн, и 8,40 - 1018 тонн. Разница между ними - всего 3%.

     Совпадение не случайно - количество охлаждаемого вещества коры материков находится в равновесии с количеством нагреваемой коры океанов. Приведенный расчет - одно из многих подтверждений, убеждающих в существовании дренажной оболочки.

     О ДРЕЙФЕ КОНТИНЕНТОВ

     Из всех «больных» вопросов современной геологической науки этот самый наболевший. О нем много спорили на страницах специальных и научно-популярных журналов. Даже неспециалисты знакомы с гипотезой Вегенера, и ее современными толкованиями. Можно не приводить здесь все «за» и «против» мобилистов и фиксистов.

     На мой взгляд, наиболее трудно объяснить, как передвигаются континенты в жесткой земной коре.

     Возьмем пример с айсбергом, как он может двигаться, вмерзнув в ледяное поле величиной с океан? Только если превратится в ледокол.

     Континенты - это утолщения земной коры. Чтобы перемещаться, им необходимо обладать свойствами ледокола.

     Разрушать лед можно по-разному, например, нагревая его. Какой-нибудь фантастический теплый айсберг мог бы двигаться так вокруг него-тонкая прослойка воды, впереди лед тает, сзади, за кормой, намерзает новый.

     Материки окружены потоками горячих растворов. Вы помните, что они выжимают их к окраинам, в прибрежную часть. Континенты находятся, как бы в «мешке», скроенном из слоев, в которых горячие растворы взаимодействуют с окружающими породами.

     В этих «размягченных» слоях идет интенсивный обмен веществом. Океаническая кора возле континентов постоянно нагружается и прогибается - континенты наезжают на нее. Для их перемещения достаточно воздействия центробежных сил вращения Земли. Словом, материки могут путешествовать в океанической коре в оболочке из более мягких, податливых пород. Земная кора, как бы «тает» перед ними, как таял бы лед перед теплым айсбергом.

     Гораздо больше противодействует дрейфу верхняя мантия. Но, как раз этот вопрос сегодня разработан лучше других. Многие геологи считают, что кора материков может плавать на верхней мантии. Ее породы более пластичны благодаря высоким давлениям, и температурам.

     О ВУЛКАНАХ

     Вулканы - дети дренажной оболочки. Разлом может на, какое-то время связать дренажную оболочку с дневной поверхностью и превратиться в канал, по которому выплеснется наверх высокотемпературный пар, водные надкритические растворы. Ведь они находятся под высоким давлением.

     После выброса давление, и температура в дренажной оболочке уменьшаются, снижается растворимость, происходит выпадение веществ. В устье канала и в нем самом появляются густые, гелеобразные массы. При последующем выбросе они поднимаются наверх, и выпадают на поверхность в виде лавы, песка и пеплов.

     На суше насчитывается около 600 вулканов, проявляющих активность. 418 из них составляют «Огненное кольцо» - они расположены на берегах Тихого океана. Подводных вулканов несравненно больше. Геолог Г. Б. Удинцев пишет, что на дне Тихого океана их столько, сколько «можно отразить на карте в соответствии с ее масштабом»

     Это нетрудно объяснить, вспомнив, что материки выжимают под океаны горячие растворы. Подводные вулканы в, какой-то степени напоминают земные артезианские скважины. Когда давление достигает полтысячи - тысячи атмосфер, тонкая океаническая кора кое-где подается. По наиболее слабому месту ложится трещина - пары, и растворы вырываются наверх. Срабатывает своего рода предохранительный клапан. На дне вырастает вулканический конус.

     Район наибольшей активности дренажной оболочки - вблизи берегов. Видимо. «Огненное кольцо» появилось не случайно. Это целая «предохранительная» система.

     Вулканы могут затихать, потом пробуждаться, когда давление в дренажной оболочке поднимется. Новые порции пара и растворов прорываются через канал, закупоренный выпавшим в осадок веществом. Такое объяснение повторных извержений мне кажется довольно простым, и ясным.

     «Откуда берутся огромные количества воды, выходящей в виде паров во время извержений?..» (В. И. Вернадский). Этот вопрос и до сих пор не имеет ясного ответа. В самом деле, откуда взялось 1 000 км 3 воды, выброшенной вулканом Тамбора в 1815 году? Вулкан Шивелуч на Камчатке за последние 1700 лет поднял в атмосферу 4 500 км 3 воды. Такой расход в состоянии понести лишь дренажная оболочка. Она же поставляет на поверхность тот богатый набор химических элементов, которые находят в продуктах извержений. На другой такой же неисчерпаемый, и в то же время богатый источник не указывает пока ни одна гипотеза.

     Так Степан Макарович Григорьев с позиций своей гипотезы объясняет эти труднейшие вопросы.

     Энергетика недр, магнитное поле Земли, асимметрия земного шара и Луны, накопление на дно океанов железо-марганцевых конкреций, происхождение нефти, и многие другие проблемы тоже успешно объясняет эта гипотеза. Кроме того, в его монографии рассмотрены вопросы практического использования ресурсов дренажной оболочки. Это энергия горячих растворов, сырье для химической промышленности, для металлургии, сельского хозяйства. Кратчайший путь до дренажной оболочки - скважины, пробуренные на побережье морей и океанов.

№6, 1971