Готовый перевод Terry Pratchett The Science of Discworld I / Терри Пратчетт Наука Плоского Мира I: SIXTEEN EARTH AND FIRE

МЫ НЕ ЗНАЕМ, ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ ЗЕМЛЯ ТИПИЧНОЙ ПЛАНЕТОЙ.

Мы не знаем, насколько обычны "аква" планеты с океанами, континентами и атмосферой.

В нашей солнечной системе Земля одна такая.

И нам следует быть острожными с фразами вроде "планета земного типа", поскольку примерно половину истории Земли, она не была знакомой нам зелёно-голубой планетой, которую можно увидеть на фото со спутниках, её атмосферой из кислорода, белыми облаками и всем остальным к чему мы привыкли.

Для того, чтобы получить планету земного типа, в сегодняшнем понимании, вам следует начать с планеты не земного типа и подождать несколько миллионов лет.

И то, что у вас получится, будет довольно сильно отличатся от того, как мы представляли Землю всего несколько десятков лет. Мы полагали, что это было довольно надёжное место - что если, бы вы переместились во времени к тому моменту, когда впервые разделились океаны и континенты, они оказались бы на тех же самых местах, что и сейчас.

А ещё мы полагали, что внутреннее строение земли было довольно простым.

Мы ошибались.

Мы знаем многое о поверхности Земли, но до сих пор знаем гораздо меньшее о том, что находится внутри неё.

Мы может изучить поверхность, отправившись туда, куда отправится довольно легко, ну до тех пор, пока мы захотим осмотреться с вершины Эвереста.

Так же мы можем проникать в океанские глубины используя машины, способные защитить людей от огромного давления морских глубин, и мы можем бурить туннели в земле и отправлять туда людей тоже.

Мы можем получить новую информацию о нескольких верхних миль земной коры путём бурения, но честно говоря, это только тонкая кожица.

Мы можем сделать выводы о том, что находится глубже, опираясь на косвенные наблюдения, наиболее важными из которых являются волны землетрясений, лабораторные эксперименты и теория.

Поверхность нашей планеты кажется довольно спокойной - исключая погодные и сезонные изменения, но огромное количество вулканов и землетрясений напоминают, что не так уж всё под нашими ногами так гостеприимно.

Вулканы образуются там, где расплавленные породы внутри Земли поднимаются на поверхность, часто сопровождаемые массивными облаками газа и пепла, всё это происходит под большим давлением.

В 1980 году гора Св. Хелены в штате Вашингтон, США, взорвалась как скороварка, чья крышка была закрыта, и около половины огромной горы просто исчезла.

Землетрясения происходят, когда породы земной коры скользят друг за другом вдоль глубоких трещин.

Позже, мы увидим к чему могут привести эти две вещи, но сначала необходимо рассмотреть их в перспективе: несмотря на случайные бедствия, поверхность Земли достаточна пригодна для жизни, развивающейся и существующей уже несколько миллионов лет.

Земля примерно сферическая, с диаметром экватора в 7 928 миль (12 756 км) , и только в 7 902 мили (12 714 км) от полюса до полюса.

Небольшой расширение на экваторе - это результат центробежной силы вращения Земли, и первоначально возникло, когда планета была расплавленной.

Планета Земля самая плотная из планет солнечной системы, и средняя её плотность в 5,5

раз больше плотности воды.

Когда Земля образовалась из первобытного пылевого облака, химические элементы и соединения что формировали её, разделились на несколько слоёв: самые плотные опустились к центру Земли, а самые лёгкие поднялись наверх, как слой лёгкого масла, который плавает на поверхности более плотной воды.

В 1952 году, американский геофизик Фрэнсис Бирч дал описание общей структуры нашей планеты, которая впоследствии была модифицирована лишь в незначительной степени.

Внутри Земли жарко, но и давление так же велико: самые экстремальные условия возникли в центре, где температура составляет около 6 000 °C и давление в три миллиона раз больше атмосферного.

Жаркие условия приводят к тому, что породы и металлы плавятся, но давление стремится их укрепить, так что комбинация этих двух противоречивых факторов и определяет в твёрдом или жидком состоянии находится вещество.

Центр Земли это довольно комковатое сферическое ядро, в основном состоящее из железа с радиусом примерно в 2 220 миль (3 500 км).

Глубочайшие области ядра, около 600 миль (1000 км ) в радиусе находятся в твёрдом состоянии, а внешние слои - в расплавленном.

Самые верхние слои Земли формируют тонкую кожицу - земную кору, толщиной всего в несколько миль.

Между земной корой и ядром лежит мантия, в расплавленном состоянии, образованная множеством силикатных горных пород.

Мантия так же подразделяется на внешние и внутренние слои, граница между которыми проходит в радиусе примерно 3 600 миль ( 5 800 км).

Над этой "переходной зоной" основные породы оливин, пироксены и гранаты; ниже их кристаллические структуры становятся более тесно размещённой, образуя такие минералы как перовскит.

Внешние части мантии и самые глубокие участки земной коры находятся в расплавленном состоянии.

Земная кора толщиной в среднем от 3 до 5 миль (от 5 до 20 км) и в ней много чего происходит.

Те части земной коры, что образуют массы материков в основном состоят из гранита.

Слой земной коры под океанами в основном состоит из базальтовых пород и этот базальтовый слой продолжается под слоем континентального гранита.

Так что континенты представляют собой обширные, тонкие пласты гранита поверх базальтовой коры.

На поверхности Земли самым очевидным проявлением гранитных слоёв являются горы.

Самые высокие кажутся для нас огромными, но они возвышаются не более чем 5 миль (9 км) над уровнем моря, что примерно около 7 % от радиуса Земли.

Самое глубокое место в океане, Мариинская Впадина в северо-западной части Тихого океана, в глубину составляет 7 миль (11 км) над уровнем моря.

Общее отклонение Земли от идеальной сферы (точнее, сфероида из-за сплющенных полюсов) около одно трети процента - примерно такие же хаотичные мелкие углубления на баскетбольном мяче, которые служат для удобства захвата.

Наша родная планета, за исключением приплюснутости - исключительно круглая и гладкая планета.

Гравитация создала это в таком виде, в таком же виде всё и сохраняется, кроме небольших, но довольно интересных движений в мантии и земной коре, добавивших несколько морщин.

Как мы узнали всё это? Главным образом из-за землетрясений.

Когда случается землетрясение, целая планета звенит как колокол, в который ударили молотком.

Ударные волны, вибрации испускаемые землетрясениями проходят сквозь Землю.

Они преломляются на границах переходных зон между разными видами материалами, как например между ядром и мантией, или между нижними и верхними слоями мантии.

Они отражаются от Земной коры и уходят обратно вниз.

Существуют различные виды волн и все они перемещаются с разной скоростью.

Так, короткий толчок землетрясения даёт очень сложную картину волн.

Когда волна ударяется о поверхность она может быть обнаружена и зафиксирована, и записи сделанные в разных местах можно сравнить.

Работая от этих записанных сигналов, возможно выяснить нечто о подземной географии нашей планеты.

***
Одно из следствий внутренней структуры Земли - это магнитное поле.

Стрелка компаса указывает приблизительно на север.

Стандартная сказка для детей: Земля это гигантский магнит.

Давайте рассмотрим следующий уровень объяснений.

Магнитное поле Земли долгое время было чем-то вроде загадки, поскольку магниты редко изготавливают из камней, но однажды вы осознаёте, что в центре Земли есть чудовищно огромная масса железа, то всё обретает некий смысл.

Железо не образует "постоянный" магнит, вроде тех, которых вы необъяснимо покупаете, чтобы закрепить пластиковых свинок и медвежат на двери холодильника; оно больше похоже на динамо.

Фактически, это называется геомагнетическим динамо.

Железо в ядре находится, как уже было сказано, в расплавленном состоянии, кроме круглой твёрдой массы в самом центре.

Жидкая часть продолжает нагреваться - старым объяснением этому было то, что радиоактивные элементы были плотнее остальных на Земле, и поэтому опустились ниже, где оказались в ловушке, и их радиоактивная энергия проявляется в виде тепла.

Современная теория совершенно отличается: жидкая часть ядра нагревается, потому что твёрдая часть охлаждается.

Жидкое железо, которое находится в соприкосновении с твёрдым, постепенно само твердеет, и когда это происходит, оно теряет тепло.

Это тепло не может куда-либо исчезнуть, и не может просто взвиться незамеченной как тёплый ветерок, поскольку всё происходит в тысячах миль под землей.

Так оно переходит в расплавленную части ядра и нагревает его.

Возможно вы удивитесь, как та часть, что находится в контакте с твердым ядром может одновременно остывать, в то время как твёрдые части могут нагреваться в результате затвердевания, но это происходит потому, что горячее железо поднимается наверх, стоит ему только нагреться.

Для примера, представим, горячий воздушный шар.

Когда вы подогреваете воздух, он взлетает: причиной этого является то, что когда воздух нагревается, он становится менее плотным, а менее плотные вещества всплывают поверх более плотных.

Воздушный шар удерживает теплый воздух в огромным мешке, обычно яркого цвета и с различными эмблемами банков и агентов по недвижимости, и взмывает верх вместе с воздухом.

Так и горячее железо всплывает, как горячий воздух, и это заставляет вновь нагретое железо отделятся от твёрдого ядра.

Оно движется вперёд, медленно остывая, и в какой-то момент становится довольно холодным (относительно говоря) и снова начинает погружаться вниз.

В результате этого ядро Земли движется вниз вверх по кругу, нагревая в середине, и остывая наверху.

Конечно, это происходит не одновременно, так некоторые области всплывают, а другие погружаются.

Такой вид теплового обращения называется конвекцией.

По мнению физиков, движущаяся жидкость может создать магнитное поле если будут соблюдены три условия.

Во-первых жидкость должны быть способна проводить электричество - с чем железо прекрасно справляется.

Во-вторых, по крайней мере небольшое магнитное поле должно присутствовать изначально - и вот отличная причина полагать, что у Земли изначально было немного личного магнетизма.

В третьих, что-то должно раскрутить жидкость, искажая изначальное магнитное поле - и для Земли это вращение происходит в силу сил Кориолиса, похожих на центробежную силу, но более утонченную, по причине вращения Земли вокруг своей оси.

Грубо говоря, углы наматывает изначальное, слабое магнитное поле как спагетти на вилку, тогда магнитные пузырьки поднимаются, захваченные восходящими потоками железа в ядре.

В результате этих движений, магнитное поле становится гораздо сильнее.

Так что да, Земля ведёт себя, как если бы у неё внутри был огромный магнитный стержень, но на самом деле не всё так просто.

Если просто изображать картину с большим числом подробностей, то по крайней мере существуют семь других факторов, что содействуют магнитному полю Земли.

Некоторые вещества в земной коре могут образовывать постоянные магниты.

Как и стрелка компаса, указывающая на север, эти вещества выстраивают своё поле вдоль более сильного поля геомагнитного динамо и усиливают его.

В верхних областях атмосферы находятся слои ионизированного газа - газа несущего электрический заряд

До того, как были изобретены спутники, эта "ионосфера" была ключевым фактором для радиосообщения, поскольку радио волны отражаются от заряженного газа вместо того, чтобы рассеиваться в космосе.

Ионосфера движется, а движущееся электричество создаёт магнитное поле.

На высоте около 15 000 мыль (24 000 км) находится кольцевой ток, область ионизированных частиц низкой плотности, образующий огромный тор.

Это несколько ослабляет силу магнитного поля.

Следующие два фактора, магнитопауза и магнитный хвост, образованные взаимодействием магнитного поля Земли и солнечного ветра - продолжительный потоком частиц связанных с нашим гиперактивным солнцем.

Магнитопауза это дугообразная волна магнитного поля Земли, проходящая сквозь солнечный ветер; магнитный хвост "пробуждается" на дальней стороне Земли, где потоки собственного поля Земли рассеиваются солнечным ветром.

Кроме того, солнечный ветер также тянется по направлению к орбите Земли, создавая ещё один вид движения линий магнитного поля известное как продольный ток.

Наконец, есть конвективные течения.

"Северные сияния", aurora borealis, впечатляющие, жуткие пласты света, что струится и мерцает в небе северного полюса: есть аналогичного явление около южного полюса - aurora australis.

Сияния возникают из-за двух слоев электрического тока, протекающего от магнитопаузы до магнитного хвоста; они образуют магнитные поля, западное и восточное авроральное течение.

Да, как стержневой магнит, в том смысле, что океан можно считать похожим на чашку с водой.

Магнитные вещества, найденные в древних породах, показывают, что время от времени, около одного раза в пол миллиона лет (но без определённой закономерности) - магнитное поле Земли меняет полярность, меняя местами южный и северный магнитный полюса.

Мы не уверены точно почему, но математические модели говорят о том, что магнитное поле может существовать в этих двух ориентациях, и ни в одной из них полностью стабильно.

Так, любое их них,в конечном итоге становится нестабильным и переходит в другое.

Переход всегда случается быстро, занимая около 5 тысяч лет; промежутки между сменой примерно в 100 раз дольше.

Большинство других планет имеют магнитные поля, и они могут быть гораздо сложнее и труднее в объяснении, чем магнитное поле Земли.

Нам ещё многое предстоит узнать о планетарном магнетизме.

Одна из самых впечатляющих особенностей нашей планеты было открыто в 1912 году, но не принималось наукой до 1960-ых годов, и некоторые из самых убедительных доказательств оставалась та самая смена магнитной полярности Земли.

Это идея о том, что материки не стоят на месте, а медленно бродят по поверхности нашей планеты.

По мнению Альфреда Вегенера, немца, впервые опубликовавшего эту идея, все современные отдельные континенты первоначально были частями единого супер-континента, названного Пангеей (Вся Земля).

Пангея существовала около 300 миллионов лет назад.

Вегенер конечно не был первым, кто рассуждал на эту тему, поскольку у него была мысль, в частности, по крайней мере, о забавном сходстве между формой береговых линий Африки и Южной Америки.

На карте сходство просто бросается в глаза.

Однако, это не было единственным источником вдохновения Вегенера.

Он не был геологом, а был метеорологом, специализирующимся на климатических условиях древних времён.

Почему, удивлялся он, мы находим в областях с холодным климатом горные породы, что очевидно лежали в областях с тёплым климатом? И почему, если уж на то пошло, мы находим в областях с тёплым климатом горные породы, что очевидно лежали в областях с холодным климатом? К примеру, остатки древних ледников возрастом в 420 миллионов лет можно увидеть в пустыне Сахара, а ископаемые папоротники находятся в Антарктике.

Довольно многие полагали, что просто изменился климат: Вегенер убедился что климат оставался прежним, не считая странностей ледникового периода, а континенты сдвинулись.

Возможно, они были сдвинуты конвекцией в мантии, мы не уверены.

Это сочли сумасшедшей идеей: она не была предложена геологом, игнорировала всякие неудобные доказательства, предполагаемое сходство между Южной Америкой и Африкой было не таким уж хорошим, ну и наконец - не было возможного механизма перемещения материков.

Определённо это была не конвекция, которая слишком слаба.

Великий А'Туин может и мог нести планету на своей спине, но это только фантазия: в реальном мире, это было бы совершенно немыслимым.

Мы используем слово "мыслимым" поскольку число очень выдающихся и уважаемых учёных усердно делают одну из субъективно худших и распространённых ошибок.

Они путают "Я не могу себе представить, как это может быть " и "Этого не может быть"

Один из них был математик, и талантливый математик, но когда вычисления поведали ему, что мантия Земли не способна иметь силы, достаточно мощные чтобы сдвинуть континенты, ему не пришло в голову, что теория на которой были основаны его вычисления могла быть ошибочна.

Его имя было Сэр Гарольд Джеффрис, и ему действительно стоило бы проявить побольше фантазии, поскольку форма материков это не единственное что совпало по обе стороны Атлантики.

Геологическая структура совпала тоже, как и окаменелости.

Это например, ископаемый зверь называемый Мезозавр.

Он жил 270 миллионов лет назад, и останки его можно найти только в Южной Америке и Африке.

Атлантики он переплыть не мог, но мог жить на Пангее и обитать на обоих континентах, то того как они разошлись.

В 1960-ых однако, идея Вегенера стала общепринятой и теория дрейфа материков окончательно утвердилась - хотя и древний супе-континент был переименован в Гондвану, поскольку некоторым образом отличался от концепции Пангеи Вегенера.

На встрече ведущих геологов,чем-то напоминающий Думминга Тупса, молодой человек по имени Эдвард Баллард с двумя колегами обратились за помощью к новому устройству называемому компьютером. Они поручили машине найти наилучшие соответствия между Африкой и Южной Америкой, Северной Америкой и Европой, с погрешностью конечно, но не слишком большой.

Вместо того, чтобы использовать современную береговую линию,(что по сути никогда не было разумной идеей, однако сделав, это возможно утверждать, что сходство на самом деле не такое хорошее), они использовали контур материков, соответствующей глубине в 3200 футов (1000 м) под водой, чья форма возможно меньше была подвержена эрозии.

Сходство было хорошим, и геологическое строение присоединённых частей оказалось удивительно похожим.

И хотя даже участники конференции разделились в своих мнениях, так или иначе, теория материкового дрейфа получила признание.

Сегодня у нас есть больше доказательств и чёткое представление о механизме дрейфа.

Глубоко по середине Атлантического Океана, а кроме того и в других океанах, проходит хребет - примерно с севера на юг, прямо посередине Южной Америки и Африки.

Вещества вулканического происхождения поднимаются вдоль этого хребта и расползаются в обе стороны.

Они расползаются уже 200 миллионов лет, процесс идёт до сих пор: мы может отправил глубоководные аппараты чтобы наблюдать.

Они не расползаются со скоростью которую мог бы заметить человек - Америка отодвигается от Африки на три-четверти дюйма (2 см) в год от Африки, с такой же скоростью растут ваши ногти на руках - но современное оборудование с легкостью измеряет даже такие изменения.

Самое убедительное доказательство дрейфа материков это магнитное поле: породы на каждой стороне несут забавный узор из магнитных полос, меняющих полярность севера на юг и обратно, и этот узор симметричен на обоих сторонах хребта - становится ясно, что полоски замёрзли на месте, когда породы остывали в магнитном поле Земли.

Каждый раз, когда Земное динамо изменяло полярность, что происходит время от времени, горные породы тот час же примыкали к линии хребта с обеих сторон, получая таким образом новую полярность.

Когда же породы разделялись, у них оставался одинаковый узор из полос.

Поверхность Земли не является твёрдой сферой.

Напротив, континенты и колыбели океанов плавают на вершине огромных, в основном твёрдых плит, и эти плиты могут двигаться из-за подъема магмы.

(О, но главным образом из-за конвекции в мантии.

Джерффрейс не знал того, что знаем мы о движениях мантии.)

Существуют около дюжины плит, начиная от 600 миль (1000 км) шириной и заканчивая 6000 миль (10 000 км) шириной, и все они крутятся и вертятся.

Там, где границы плит ударяются друг о друга, соприкасаясь и скользя, соприкасаясь и скользя, случаются землетрясения и возникают вулканы.

Особенно вдоль "Тихоокеанского огненного кольца", края Тихого океана вдоль западного побережья Чили, центральной Америки, США, проходит вдоль Японии и опоясывает Новую Зеландию, всё это находится на границах одной огромной плиты.

Когда границы плит сталкиваются, получаются горные хребты, одна плита наезжает на другую, поднимает её, разминая её края.

Когда-то Индия не была вобще частью Азиатского материка, но врезалась в него, создав самый высокий горный хребет в мире - Гималаи.

Но и сейчас Индия до сих пор полностью не остановилась, Гималаи под силой удара продолжают взмывать вверх.

.

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/26716/89153

Переводчики: Krevedko_boo