XIX в.: «Весь земной шар наполнен бушующим морем огня»

В течение XIX в. господствующей идеей в представлениях о внутреннем строении Земли была идея о том, что весь земной шар наполнен бушующим морем огня, которое прикрывает лишь тонкая земная кора. Весь XIX в. выделен нами поэтому в особый период, несмотря на наличие других взглядов на строение Земли. Как мы видели, развитие представлений о внутреннем строении Земли шло с середины XVII в. таким образом: идея о пассивном центральном огне (до середины XVIII в.) и идея развития Земли как планеты и активного воздействия ее недр на поверхность Земли (вторая половина XVIII в.). Эти два направления как бы слились воедино в начале XIX в., когда господствующими стали представления об огненно-жидкой внутренности Земли, прикрытой тонкой земной корой, и об активном воздействии этого расплава на земную кору.

Вместе с тем в начале XIX в., несмотря на господство идеи об огненном состоянии внутренности Земли, в таком вопросе, как причины землетрясений, еще существовала гипотеза более раннего периода о каналах и пустотах внутри Земли и о действии сжатых паров и газов, вызывающих землетрясения. Лишь с начала XIX в. в соответствии с общими представлениями причиной землетрясений стали считать воздымающее действие огненного расплава. Наряду с этим в XIX в. существовали и вполне оформившиеся идеи о твердом и даже железном ядре Земли. Воззрения эти существовали одновременно с господствующей идеей и подготовляли тот период, когда, в свою очередь, сами стали господствующими. Развитие представлений о внутреннем строении Земли было тесно связано с общим развитием науки. Естествознание в XIX в. сделало значительный шаг вперед по сравнению с естествознанием XVIII в.; естествознание благодаря выявлению существующих в самой природе связей между различными областями исследования (механикой, физикой, химией, биологией и т. д.) превратилось из эмпирической науки в теоретическую, становясь при обобщении полученных результатов системой материалистического познания природы. Огромные открытия в области физики, химии, механики, геологии, географии и других наук, сделавшие в некоторых случаях полный переворот в соответствующей области знания, давали материал и для научного обоснования представлений о строении Земли. Непосредственные знания о Земле давали астрономия, геодезия, география и геология.

Как казалось, эти явления хорошо укладывались в схему строения Земли, вытекающую из гипотезы Канта-Лапласа: огненно-жидкий шар, прикрытый сверху тонкой земной корой. Эти представления несколько усложнились к концу рассматриваемого периода. Гипотеза огненно-жидкого состояния Земли, которую выдвигали главным образом геологи, получила название гипотезы флюидизма. Наряду с этим со второй четверти XIX в. на основании теоретических расчетов возможного изменения температуры с глубиной, явлений смещения земной оси (прецессии) и величины этого смещения (нутации) начала развиваться гипотеза ригидизма — твердого состояния недр Земли. Эта гипотеза, которую поддерживали главным образом физики и астрономы, была основана на изучении Земли преимущественно как отвлеченного физического тела, хотя исходной точкой для обеих идей были представления об остывании Земли из расплавленного состояния. Кроме этих двух основных гипотез, как сказано выше, в работах некоторых геологов и химиков постепенно возникали и развивались представления о химическом составе Земли, о железном ее ядре. Таким образом, в XIX в. постепенно наметились различные направления в изучении не только Земли в целом, но и ее внутреннего строения с точки зрения геологической, астрономо-физической и химической. Господствующей оказалась гипотеза флюидизма, выдвинутая геологами.

В ясной форме представление о раскаленно-жидком состоянии внутренности Земли, а также гипотеза поднятия была выражена в трудах крупнейшего геолога и путешественника Александра Гумбольдта. Существование огненно-жидкого расплава внутри Земли доказывалось, по мнению Гумбольдта, извержениями вулканов и истечением на поверхность расплава, расположенного на небольшой глубине. Именно поэтому наибольшее внимание А. Гумбольдта было обращено на вулканизм, на нем была основана его концепция, которая в то же время хорошо согласовывалась с гипотезой Канта-Лапласа. Во многих работах А. Гумбольдта подчеркивается, что вулканизм — это про явление дикой силы, заключенной в глубинах нашей планеты, воздействие внутренней огненно-жидкой внутренности Земли на охлажденную и затвердевшую земную кору, связь внутренних и внешних частей планеты. В ранней стадии существования планеты, как утверждал Гумбольдт, земная кора была тоньше. Ее прорывали более мощные, чем теперь, вулканические силы, и расплавленное вещество выливалось через трещины на поверхность. Это были эпохи великих переворотов, когда вдоль трещин коры вследствие воздействия расплавленной массы поднимались материки, горные цепи и отдельные горы, такие, как Гималаи, Анды, Кавказ, Гиндукуш, Персидское плоскогорье, плато Центральной Азии и др. В настоящее время земная кора вследствие охлаждения стала толще и действие вулканов значительно слабее. Вулканические силы сотрясают Землю по определенным направлениям или кругам одновременных колебаний, которые в течение многих веков остаются неизменными. Гумбольдт сделал интересную попытку определить химический состав расплавленного вещества, т. е. подошел по существу к вопросам геохимии. Новейшая химия, по его словам, утверждает, что в вулканах горят, т. е. находятся в расплавленном состоянии, металлы и металлоиды. Твердая, частично окисленная земная кора отделяет окружающий ее насыщенный кислородом воздух от горючего неокисленного материала внутри планеты. Сжатые пары выталкивают по трещинам окисляющуюся, расплавленную массу, поэтому вулканы, через которые она выливается, можно назвать внутренними источниками. Расплавленная масса, поднявшись до поверхности, изливается и, наконец, застывает.

Еще один любопытный вывод сделал Гумбольдт из своих представлений о внутреннем строении Земли. По его предположению внутреннее тепло Земли является возможной причиной удивительного явления: часто органические ископаемые остатки находятся в противоречии с существующим климатом. Так, например, в холодных северных странах находят погребенные остатки тропических животных и растений.

Для решения этой проблемы, по словам Гумбольдта, выдвигали много гипотез: приближение кометы, изменение наклона эклиптики, периодическое изменение интенсивности солнечного излучения. Однако ни одна из этих гипотез не удовлетворяла полностью астрономов, физиков и геологов. Гумбольдт выдвинул гипотезу для объяснения этого явления: причины изменения тепла связаны с процессами окисления при сообщении между внутренней и внешней частью Земли. Там, где в древности через глубокие трещины выделялось тепло из недр Земли, существовали растения и животные жаркого климата. Таким образом, А. Гумбольдт не только ясно сформулировал гипотезу вертикально направленного действия расплавленных недр Земли, но и попытался определить химизм этого процесса и связать с его влиянием изменение климата.

Работы Л. Буха и А. Гумбольдта в области разработки гипотезы поднятия считаются классическими. Представления о тонкой земной оболочке и снизу вверх направленных силах имели много последователей. В работе профессора минералогии Горного корпуса и Петербургского университета Д. И. Соколова несколько разделов посвящено происхождению и внутреннему строению Земли. В соответствие с известными в то время фактами, Соколов указывает, что Земля имеет форму шара, несколько сжатого у полюсов. Средний радиус Земли он полагает равным 6006 верстам, среднюю ее плотность около 5, а плотность земного черепа (т.е. — коры) — 2,5, соответственно удельному весу слагающих его минералов. Плотность Земли увеличивается к центру. Первоначальное состояние Земли соответственно математическим вычислениям (Соколов ссылается на работы французского астронома и физика Д.С. Араго), несомненно, было жидким. Из фактов геогностических и математических Соколов заключает, что Земля наша представляет шарообразное тело, состоящее из твердой скорлупы и огненно-жидкого ядра и внутренность земного шара представляет, по этим соображениям, как бы горн плавильной печи, в котором нижнюю часть занимают всегда металлы, а верхнюю шлаки. Следует особенно подчеркнуть, что важная мысль об аналогии недр Земли с металлургической печью была высказана почти столетие спустя немецким ученым В. М. Гольдшмидтом. В этой аналогии Гольдшмидт видел доказательство существования железного ядра Земли. У Д. И. Соколова нет прямых указаний на железное ядро, но отмечено, что металлы занимают нижнюю, т. е. центральную, часть Земли. По существу мысли Д. И. Соколова и В. М. Гольдшмидта очень близки.

Работы немецкого геофизика Вихерта с 1897 г. способствовали более или менее общему признанию представлений об оболочечном строении Земли. По концепции Вихерта, Земля состоит из тонкой коры, твердой каменной оболочки, мощность которой колеблется от 1200 до 1600 км и температура которой увеличивается с глубиной, и твердого металлического ядра, состоящего главным образом из железа; между корой и каменной оболочкой имеется тонкий пластичный, может быть местами расплавленный, слой, не оказывающий какого-либо значительного влияния на общее состояние Земли. На основании данных сейсмометрии Вихерт принимал мощность верхней земной оболочки (коры) 31,5 км.