Ещё в 18-м веке великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов сказал: «Нет сомнения, что чернозём не первообразная и не первозданная материя, а произошёл от согнития животных и растущих тел во времени».
Остывание земли. Действительно, не всегда земля наша была такой, какой мы её привыкли видеть, и не всегда на ней были почвы. Наукой точно установлено, что давно-давно, много миллионов лет тому назад, земля наша была огненным раскалённым шаром. Много таких раскалённых шаров мы и теперь видим на небе в ясную ночь и называем их звёздами. Ярко светящейся звездой была и наша земля. Вернее, она была не звездой, а маленькой звёздочкой, так как величина её в тысячи и миллионы раз меньше большинства из тех звёзд, которые мы видим на небе.
Земля носилась в холодном мировом пространстве, теряла своё тепло и остывала. Из раскалённого газа она превращалась в расплавленную жидкую массу и постепенно покрывалась застывшей, твёрдой корой, состоящей из разных минералов.
Остывание земли не закончилось и теперь. В этом нас убеждают наблюдения в шахтах для выработки каменного угля, золота и пр., а также в буровых скважинах для добычи нефти. Оказывается, что при погружении в землю, с некоторой глубины (в различных местах земного шара — от 1 до 40 метров) температура земных слоёв непрерывно повышается, примерно на 1 градус при опускании в землю на 33 метра. Это приводит к тому, что в глубоких шахтах из-за чрезмерной жары становится невозможной работа. По этой причине некоторые из подобных шахт заброшены, хотя в них ещё содержалось много полезных ископаемых. Так, в Северной Америке в Неваде пришлось прекратить работу в ряде шахт для добычи золота, так как на глубине около 2000 метров температура в них поднялась до 46 градусов по Цельсию.
Можно подсчитать, что в земных слоях на глубине 100 километров температура достигает 1400, а на глубине 500 километров — 1800 градусов. Это такая температура, когда плавятся все минералы. Поэтому под — твёрдою корой земли, толщина которой 100—150 километров, все ещё находится огненножидкая и газообразная масса.
Наряду с теплом, которое сохранилось в глубоких недрах земли со времён её образования из раскаленной звезды, часть тепла в земных слоях получается от трения различных земных оболочек одной о другую; при взаимодействии некоторых составных частей земли между собою (это химические реакции с выделением тепла), а также при распаде (разрушении) в толще земли таких веществ, как уран, торий и радий.
Вулканическая деятельность. Иногда расплавленная масса и раскалённые пары внутренних слоёв земли прорывают земную кору в наиболее тонких её местах или чаще там, где в коре есть трещины, и огненным жидким потоком, раскалённым дымом и пеплом выбрасываются на поверхность земли. Поверхность земли в месте извержения вулкана вспучивается. Здесь же вокруг отверстия, через которое прорвалась лава (это отверстие называется кратером вулкана), постепенно накапливается выброшенный из недр земли материал; образуются горы (вулканические горы). Таких гор и сейчас много на земле. Некоторые из них давно «погасли» и больше не выбрасывают лаву. Таковы, например, высочайшие горы Кавказа — Эльбрус, Казбек, а также Арарат, что на юге Армении. Другие и теперь постоянно дымятся и время от времени извергают из глубин своих раскалённые камни, пары и пепел. Одна из таких гор в Италии — Везувий. Это действующий вулкан. Сильнейшие извержения его отмечались в последнее время в 1906 и в 1944 годах.
В нашей стране в настоящее время вулканическая деятельность отмечается лишь на Дальнем Востоке: на полуострове Камчатка и на Курильских островах.
Сбросы, провалы, складчатость земной коры. Большинство гор на земле, однако, не вулканического происхождения. Они произошли от обвалов и сбросов земной коры, от сморщивания её. Причина этого — остывание внутренних слоёв земли и уменьшение их в объёме. Благодаря этому земная кора отставала от внутренних, разогретых её слоёв и местами повисала над ними как бы гигантской крышей. Под тяжестью слоёв эта «крыша» не выдерживала. Она опускалась, обрушивалась, давила на соседние участки земли, смещала их на десятки и сотни километров, сморщивала их, сжимала в складки, в горы. Эти горы, в отличие от вулканических, называются складчатыми, иногда сбросовыми, горами. Таковы наши Уральские, Крымские горы, большинство гор Кавказа, в Европе — Карпаты, Альпы и т. д.
Землетрясения. Сбросы и сжатие слоёв земли, а также вулканическая деятельность сопровождаются сотрясением земной коры, землетрясениями.
Обвалы земной коры, а вместе с тем и землетрясения вызываются иногда и деятельностью воды. Протекая в грунтах на большей или меньшей глубине, вода растворяет отдельные части земли, например известь, гипс. В силу этого в земной коре образуются пещеры. Потолок их под тяжестью слоёв может обрушиваться и сотрясать соседние места.
Изверженные горные породы. Мы уже говорили, что при остывании, земли и при деятельности вулканов образовывались различные породы, минералы. Эти породы, как изверженные из недр земли, и называются изверженными. Таковы гранит, из которого сложены горы в Финляндии, Карелии (он распространён и в других местах), сиенит, диорит, андезит, базальт и др. Некоторые горные породы состоят лишь из одного минерала, например, кварц, гипс; другие, как гранит, базальт, андезит, состоят из нескольких минералов. Так, например, в куске гранита (а он часто встречается в виде камней и глыб на полях и в лесах в средней и северной полосе европейской части СССР) легко различить три минерала: жёлтые, белые или мясокрасные крупинки — полевой шпат, стекловатые белые зёрнышки — кварц и тёмные пластинки — слюда.
Количество горных пород и минералов в земной коре велико. Нам интересно отметить здесь, что в этих минералах содержатся все те вещества, которые необходимы для питания растений. Таковы фосфор, калий, кальций, магний, марганец, сера, алюминий, железо, бор, медь, кремний. В минералах земной коры нет лишь одной составной части, абсолютно необходимой для питания и жизни растений, — это азота. Данное вещество в виде газа содержится в воздухе и отсюда поступает в почву, а затем через корни и в растение. Как это происходит, мы опишем ниже.
Выветривание (изменение) изверженных горных пород. Изверженные породы, оказавшиеся на поверхности земли, не оставались в покое. На них непрерывно действовали температура (тепло и холод), вода, ветер и изменяли их.
Влияние температуры. Из научного и жизненного опыта известно, что изменение температуры влечёт за собой изменение объёма тел. От нагревания огромное большинство тел расширяется, увеличивая свой объём; от холода тела сжимаются. Исключение представляют лишь немногие тела, например, вода. Вода сжимается от холода лишь до известного предела (до +4 градусов по Цельсию). Ниже этой температуры она снова расширяется. Особенно сильное расширение воды наблюдается при замерзании её. При этом замечено, что различные тела изменяют свой объём от колебаний температуры в разной степени: одни больше, другие меньше. Это свойственно и различным минералам.
Под влиянием колебаний температуры образовавшиеся горы, скалы дробились. Днём они нагревались солнцем с поверхности, расширялись. Расширившиеся слои отрывались от внутренних, более холодных. Ночью, наоборот, скалы остывали с поверхности и сжимались, а тёплые дневные волны уходили в глубину их. Внутренние слои расширялись и рвали внешнюю сжавшуюся оболочку камня. Скорее других разрушались породы, состоящие из нескольких различных минералов, например, гранит. Мы уже знаем, что он состоит в основном из трёх минералов: слюды, кварца и полевого шпата. Эти минералы в различной степени расширяются от тепла и сжимаются от холода. При колебаниях температуры они как бы разрываются в граните. Гранит начинает трескаться и рассыпаться. Так разрушались и другие породы.
Особенно сильно влияние температуры сказывается в тех местах, где часто и резко наблюдается переход от тепла к холоду: в каменистых открытых горах, в пустынях. Так, например, в пустыне Кара-Кум в летние дни песок и камни нагреваются до 83 градусов по Цельсию. Но в ясные, звёздные ночи земля и воздух настолько остывают, что пастуху, путешественнику или работающему в пустыне на открытом воздухе, приходится спать под ватным одеялом даже летом. Эта резкая смена температур и приводит к тому, что здесь, в пустынях, и при отсутствии воды рушатся горы, разваливаются каменные скалы.
Деятельность ветра. Сильнейшим разрушителем горных пород является и ветер, который дует по всей земле, но с особой силой проявляется в открытых местах, каковы в настоящее время степи, пустыни. Ветер отрывает куски потрескавшихся скал и камней, которые при падении и под влиянием температуры разрушаются, разбиваются в щебень, пыль, песок. Ветер подхватывает песок, гонит его по поверхности земли, трёт о камни и скалы, истирает в более мелкие частички — в пыль и глину, и в то же время песком, как тёркой, шлифует, истачивает камни и горы.
В ветреную погоду в пустыне, а иногда и в степи, тучи песка и пыли наполняют воздух, застилают солнце, переносятся с одного места на другое. Ветер нагромождает песок в холмы и бугры особой формы — дюны (по берегам морей и больших рек) или барханы (в пустынях) с острым гребнем и часто серповидной формы.
Разрушительная деятельность воды. Не менее сильно, чем ветер, разрушает горные породы и вода. Она образовалась из паров, окружавших землю и сгустившихся при остывании её. Проливные дожди выпадали на поверхность земли, размывая её. Потекли ручьи и реки, образовались моря и океаны. Ручьи и реки, сбегая с гор, долбили каменные глыбы, отрывали куски, дробили их и уносили с собой. Перетирались камни, получались галька, песок, пыль, глина. Гальку и песок можно встретить на дне и берегах любой речки. Они, как наиболее крупные и тяжёлые, легче осаждаются из воды. Мельчайшие же частички глины далеко уносятся водой, а часть их откладывается лишь на дне океана или моря, в которые впадает река. День за днём, годы, десятилетия работают дождевые струйки, ручейки и реки. Повседневно работа их не столь заметна, и, на первый взгляд, кажется, что внешность земли мало меняется. Однако пройдут годы, и будут размыты, изменены вершины и склоны гор, возвышенные равнины, а на дне морей и океанов, а также в понижениях на суше отложатся мощные пласты мелкозёма, принесённого водой.
Следует отметить еще, что вода разрушает горные породы не только силою своего падения, течения, но и растворяет их, как можно растворить, например, поваренную соль в стакане воды. Одни породы растворяются больше, другие меньше, но нет пород, которые бы совсем не растворялись в воде. В ней растворяются, правда, в ничтожных количествах, даже такие металлы, как серебро и золото.
В одном месте вода вымывает различные соли из земли; в другом при изменении температуры, давления и других условий она откладывает эти соли в виде более или менее мощных слоёв. Такие отложения есть у нас во многих местах, например, в Сталинградской области, у озёр Эльтон и Баскунчак, у Сиваша и в других местах.
Ручьи и реки несут свои воды в моря и океаны и на дне их откладывают песок и глину. Но и в морях вода редко остаётся спокойной. Подует ветер, и пойдут по морю могучие волны. Одна за другой с силой ударяют они в берег и разрушают его. Падают камни. Их подхватывают волны и с новой силой бросают на скалы, разбивают их в щебень, окатывают щебень в гальку, истирают его в песок. Рушится берег и отступает перед силою моря.
Породы, осевшие из воды и отложенные ветрами, в отличие от изверженных горных пород, называют осадочными горными породами.
Деятельность ледников. Вода и ветер, разрушая изверженные горные породы, откладывают переработанные остатки их с известной правильностью, как бы сортируя их по весу. Особенно тщательная сортировка производится водой. Водные отложения в большинстве случаев строго слоисты, и потому их легко узнать. Материал, отложенный ветром, также бывает слоистым, но слои здесь часто косые, наклонённые то в одну, то в другую сторону, в зависимости от того, на каком склоне бугра, дюны, бархана они в своё время откладывались.
Наряду с этими слоистыми материалами на поверхности земли часто встречаются области, где наблюдается полный беспорядок в отложении материала: глина сменяется песком и отчасти перемешана с ним. Песок пересыпан хрящом. Далее снова залегают глина или суглинок с песком; сверху разбросаны огромные гранитные глыбы и разной величины окатанные и щебневатые камни. Создаётся впечатление, будто кто-то нарочно перемешал все эти породы. Такие участки часто можно встретить в Финляндии, в северо-западной и западной частях СССР, на Кольском полуострове, на юге Карело-Финской ССР, Ленинградской области, в некоторых частях Вологодской, Калининской, Витебской и других. Здесь сказалась деятельность новой силы, именно ледников, и о них — то мы скажем несколько слов.
Высоко в горах, из-за низкой температуры, снег не тает даже в летнее время. Частью он сдувается ветрами в долины и обрушивается вниз в виде снежных обвалов.
Остальной же снег, частично растаивая от солнечных лучей и вновь замерзая при понижениях температуры, а также под влиянием собственной тяжести, постепенно уплотняется и превращается в лёд. В тех случаях, когда в горах имеются котловины, способствующие задержанию снега, льда накапливается большая масса, и он по ущельям и горным впадинам сплошной синей «рекой» сползает вниз.
Движется лёд медленно, от нескольких сантиметров до нескольких метров в сутки, но в десятки и сотни лет он проходит большие расстояния. В настоящее время ледники залегают главным образом в горных странах, например, у нас на Кавказе, в Тянь-Шане. Но было время, приблизительно 40—50 и более тысяч лет назад, когда ледники занимали гораздо большую поверхность земли. Тогда повсеместно было холоднее на земле, нежели сейчас, и лёд мог, не растаивая, спускаться с гор вниз и закрывать собою равнины. Больше половины европейской части СССР и часть Сибири были тогда подо льдом. Один ледник надвигался с Скандинавского полуострова; другой — меньший — спускался с Уральского хребта.
Двигаясь через Финляндские горы, скандинаво-русский ледник срывал выступы гранитных гор. Захваченными камнями и тяжестью льда он, как гигантский пахарь, выпахивал на своём пути массу углублений — ледниковых долин. Различные горные породы перемешивались им и перетаскивались с одного места на другое. А те из них, которые оставались на месте, шлифовались льдом, песком и камнями, вмёрзшими в ледник.
Проходили тысячелетия. Становилось теплее на земле. Огромными массами стал таять лёд, сковывавший и давивший землю. Выросли ручьи и реки, а местами сплошной массой двинулась на юг и запад вода, неся с собой материал, принесённый и отложенный ледником. На месте бывшего ледника появлялась растительность, размножались животные.
Менялся климат на земле. Несколько раз таял ледник и несколько раз снова наступал и сковывал землю, а когда растаял в последний раз, неизгладимый след остался на местах его залегания, в том числе и в русской равнине. В Норвегии — многочисленные долины (фиорды), по которым ледник спускался с Скандинавских гор. В Финляндии и на крайнем северо-западе европейской части СССР остались исцарапанные горы с сорванными вершинами и тысячи озёр в западинах, выпаханных ледником. Южнее и юго-восточнее, на огромном пространстве до самых степей, отложился многообразный материал, принесённый ледником (в том числе так называемые морены — каменистые гряды) и ледниковыми водами. Чем дальше на юг, тем меньше заметна деятельность собственно ледника и тем отчётливее становится работа ледниковых вод. Так в черноморских степях ими отложен лишь тонкозернистый материал, из которого слагается господствующая здесь горная порода — лёсс.
Так вода, лёд, ветер, температура изменяли лик земли, разрушая каменные горы, застывшие из расплавленной массы.
В настоящее время большая часть поверхности земли перекрыта осадочными породами.
Осадочные горные породы также не остаются без изменения. Они ещё легче, чем изверженные породы, размываются и растворяются водой, разносятся ветром.
Иногда осадочные и изверженные горные породы под влиянием повышенной температуры земли и от большого давления вышележащих пластов изменяются так сильно, что превращаются как бы в новую, состоящую из кристаллов с слоистым строением, породу. Примером такой слоисто-кристаллической породы могут быть глинистый и слюдяный сланец, гнейс и некоторые другие.
Образование различных горных пород идёт непрерывно и в настоящее время. И теперь бывают извержения вулканов. По-прежнему размывают землю ручьи и реки, бушуют моря и океаны, разрушая берега; переносит тучи песка и пыли ветер. Лик земли непрерывно меняется, происходит это ежечасно и незаметно.