В прошлом вулканическая деятельность на Земле была энергичнее.

Приверженцы «солнечного» происхождения Земли доказывали свою мысль о высокой температуре планет в далеком прошлом так: Земля и все остальные планеты, отделяясь от Солнца, получили «в приданое» большое количество водорода и гелия и всех других газов. И Земля и Венера достаточно массивны, и их тяготение настолько велико, что они могли сохранить легкие газы в своих атмосферах. Марс мог бы иметь гораздо больше водяных паров, а Меркурий и Луна по своей массе тоже способны удерживать небольшие воздушные оболочки, состоящие из сравнительно тяжелых и медлительных молекул кислорода, азота, углекислого газа и атомов аргона.

Однако, на Земле крайне мало легких газов — водорода и гелия, в атмосфере Венеры нет никаких признаков водяных паров. Марс, как мы знаем, очень беден водой и кислородом, а на Меркурии и на Луне газовые оболочки ничтожно малы.

Все это потому, что Земля, Венера, Марс, Меркурий и Луна были в далеком прошлом маленькими звездочками.

Под действием высокой температуры Земля потеряла большую часть легких газов, Венера и Марс лишились их почти полностью, а Меркурий и Луна растеряли вообще все газы.

Зато планеты-великаны — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун настолько массивны, что даже в раскаленном состоянии удержали возле себя мощные атмосферы, состоящие преимущественно из водорода и водородных соединений — газов метана и аммиака.

Отсутствие газовой оболочки на маленьких планетах — Меркурии и Луне, крайняя бедность водородом Земли, Венеры и Марса, обилие водорода на больших планетах доказывает, что планеты были прежде сильно раскалены и состав их атмосфер будто бы изменился под влиянием высокой температуры.

Перед учеными встала задача проверить эти доказательства сторонников солнечного происхождения Земли и проследить судьбу водорода и гелия в атмосфере нашей планеты.

Общая масса воздушной оболочки земного шара равняется 5,3·10¹⁵ тонн, то есть атмосфера составляет только одну миллионную долю массы Земли. Для такой планеты, как наша, эта атмосфера немного маловата. Земля по своей силе тяготения может удерживать больше воздуха.

Атмосфера непрерывно питается притоком газов из недр. Много газов выбрасывают вулканы, грязевые сопки и гейзеры. Газы подымаются со дна морей, озер и болот. Растения снабжают атмосферу кислородом. Много газов дают природные месторождения. Эти месторождения широко используются в народном хозяйстве Советского Союза. В 1951 году в СССР было добыто почти 9 кубических километров природного газа.

Крупным поставщиком газов являются промышленность и транспорт. Любой металлургический завод по количеству выбрасываемых в атмосферу газов не уступит среднему вулкану.

Приток газов в атмосферу велик, но она почему-то до сих пор не увеличивается.

В одном из древнейших напластований земной коры геологи нашли любопытную окаменелость — кусок песчаника со следами дождевых капель.

Видимо, в этой местности 70 миллионов лет назад собирался дождь. Упали первые капли, они выбили в мелком песке характерные луночки-углубления, но ветер пронес тучу стороной, луночки, оставленные дождевыми каплями, подсохли, их затянуло пылью, сверху отложились наносные породы. Грунтовые воды пропитали песок минеральными веществами, он окаменел и пролежал в земных недрах до 1950 года, когда этот кусок песчаника откопали.

Геологи и геофизики измерили глубину и ширину луночек, сравнили их с теми луночками, какие получаются в таком же песке в наши дни, и убедились, что за 70 миллионов лет плотность нашей атмосферы существенным образом не изменилась, так как капли доисторического дождя по своим размерам ничем не отличаются от современных дождевых капель. Значит Земля всегда имела такую же атмосферу, как и сейчас.

Объяснить неполный объем воздушной оболочки горячим состоянием Земли не удается. За три-четыре миллиарда лет из недр планеты могло выделиться газов гораздо больше, чем нужно для пополнения атмосферы.

Не все поддается объяснению и в составе газов нашего воздуха. Воздух содержит 75,51 % азота, 23,01 % кислорода, 1,28 % аргона, 0,04 % углекислого газа, 0,0012 % неона, 0,0003 % криптона, а гелия только 0,00007 %. Кроме того в ничтожнейших количествах к воздуху примешаны ксенон, радон, аммиак, окиси азота, водород, пары ртути и йода. Странным кажется необычайная бедность атмосферы гелием.

Радиоактивные элементы: уран, радий, торий, актиний, присутствующие в земной коре, распадаясь, выделяют гелий. Каждый атом урана порождает 8 атомов гелия, а атом тория дает 7 атомов гелия. Гелий непрерывно поступает в атмосферу, он просачивается сквозь почву, выделяется при вулканических извержениях; казалось бы, гелий должен непрерывно накапливаться в атмосфере. Как показывают расчеты, в воздухе должно содержаться гелия раз в 12 больше, чем его имеется сейчас. Но он не накапливается, а куда-то исчезает, повидимому, гелий уходит из атмосферы в межпланетное пространство.

Чтобы покинуть земной шар и вылететь в межпланетное пространство, космическому кораблю или отдельному атому надо развить скорость не меньше, чем в 11 200 метров в секунду. Это так называемая «скорость ускользания». На высоте в 1000 километров скорость ускользания меньше, чем у поверхности Земли, там она составляет 8300 метров в секунду.

Атомы гелия при температуре в 15° движутся со скоростью в 1235 метров в секунду. Но это их средняя скорость. Отдельные атомы могут двигаться раз в 5 быстрее, то есть их скорость достигает 6200 метров в секунду. Но это все же меньше скорости ускользания. Значит атомы гелия сами по себе покидать Землю не могут. Их что-то похищает или им что-то помогает улетучиваться в межпланетное пространство.

Уже много лет подряд геофизики и метеорологи посылают разведчиков в верхние слои атмосферы. Для этой цели служат небольшие воздушные шары. Они подымают в заоблачную высь самопишущие приборы-автоматы или маленькие радиосигнальные станции, изобретенные советским метеорологом П. А. Молчановым. С помощью воздушных шаров ученые исследовали атмосферу до высоты в 40 километров. Выше эти шары подыматься не могут. Для разведки более высоких слоев применены ракеты. Они залетают почти на границу земной атмосферы.

О температуре воздуха на большой высоте приборы-разведчики принесли неожиданные сведения. Раньше думали, что чем дальше от поверхности, тем воздух холоднее. Оказалось не так: похолодание прекращается на высоте в 30–35 километров, затем начинается потепление. В 40 километрах над уровнем моря ультрафиолетовое излучение Солнца нагревает воздух до +30°, а на высоте в 50 километров — уже до +60°!

В еще более высоких и разреженных слоях температура воздуха, то есть, иначе говоря, скорость движения газовых молекул, еще выше. Там она уже превышает скорость ускользания. Молекулы и атомы газов, подгоняемые солнечными лучами, покидают Землю и пускаются в самостоятельное космическое путешествие.

Именно поэтому атмосфера Земли не так велика, как этого можно было бы ожидать. Высокая температура внешних слоев атмосферы не позволяет ей разрастаться сверх определенного предела. Вместе с частицами азота и кислорода и быстрее их улетучиваются легкие и подвижные атомы гелия. Вырвавшись из недр, они подымаются в заоблачную высь и навсегда расстаются с Землей.

Точно так же улетучивается и водород — его молекулы еще легче, еще подвижнее, чем атомы гелия.

Следовательно, нет нужды объяснять почти полное отсутствие водорода и гелия раскаленным состоянием Земли в далеком прошлом. Легкие газы — водород, гелий, азот, кислород, неон — и в наши дни уходят с «холодной» планеты.

Ученые, которые пытаются доказать, что планеты получили свои атмосферы «в приданое» от Солнца и что с тех пор, как Земля остыла, ее атмосфера не менялась, глубоко ошибаются. Они находятся во власти остатков того средневекового мировоззрения, которое господствовало в науке в XVIII веке.