Океанское дно считается одной из наименее исследованных частей нашей планеты. Труднодоступность, давления и полная темнота делают его табу даже для самых мощных аппаратов. Однако люди давно разгадали тайну того, что скрывается на глубине почти 3000 километров — земное ядро. Как удалось докопаться до этих фактов, если до сих пор самые глубокие скважины, которые удавалось бурить людям, не превышали 12 километров?
Древние цивилизации представляли подземный мир как царство богов, демонов или гигантских черепах. Даже в эпоху Просвещения учёные спорили о том, полая Земля или заполнена расплавленной лавой. Лишь в XX веке появились доказательства: под тонкой корой скрывается мантия, а в самом центре — раскалённое металлическое ядро.
Землетрясения как рентген планеты
16 октября 1906 года британский геолог Ричард Диксон Олдхэм записал странные данные сейсмографов после землетрясения в Колумбии. Волны от подземных толчков вели себя необъяснимо: одни прибывали на станции быстрее расчетного времени, другие исчезали. Олдхэм предположил — волны натыкаются на границу между жидкой и твердой средой. Так родилась гипотеза о земном ядре.
Сейсмические волны — ключ к разгадке. Они бывают двух типов: продольные (P-волны) и поперечные (S-волны). Первые сжимают породу, вторые колеблют ее перпендикулярно направлению движения. Жидкость не передает эти волны — они просто исчезают.
Наблюдая за землетрясениями, ученые заметили, что на определенной глубине S-волны перестают фиксироваться. Значит, на пути встречается жидкий слой. Так вычисляют границу между мантией и внешним ядром — 2900 км под поверхностью.
В 1936 году датский сейсмолог Инге Леманн изучил данные землетрясения в Новой Зеландии. P-волны, которые должны были полностью поглотиться жидким ядром, все же достигли противоположной стороны планеты. Леманн выдвинул революционную идею: внутри жидкого внешнего ядра существует еще и твердое — внутреннее ядро. Расчеты показали, что его радиус должен составлять 1220 км, а температура — 5400°C, как на поверхности Солнца.
Метеориты рассказали историю Земли
В 1953 году геохимик Клэр Паттерсон вычислил возраст Земли — 4,55 млрд лет. Помогли метеориты. Оказалось, большинство из них имеют тот же состав, что и протопланетный диск, из которого формировалась Солнечная система. Железные метеориты — обломки ядер древних планет, разрушенных в космических катаклизмах. Если у малых тел есть металлические ядра, значит, и у Земли оно должно быть согласно всем известным законам физики.
Дополнительные доказательства нашли в геохимии. В земной коре мало золота, платины, иридия — элементов, легко связывающихся с железом. Ученые предположили, что эти металлы «утонули» в ядре в первые миллионы лет существования планеты. Так химический состав поверхности стал уликой против невидимого центра.
Эксперименты под давлением
Как проверить гипотезы без бурения? Физики создали миниатюрные модели ядра. В 2017 году группа ученых из Токийского университета поместила образцы железа между алмазными наковальнями, разогрев лазером до 4000°C и сжав давлением в 3,6 млн атмосфер — условия, близкие к границе внутреннего ядра. Железо кристаллизовалось в особую кубическую решетку, которая объясняет аномальную скорость сейсмических волн.
Магнитный щит Земли
В 1600 году Уильям Гильберт опубликовал трактат «О магните», где назвал Землю гигантским магнитом. Три века спустя появилась динамо-теория: магнитное поле генерирует движение жидкого железа во внешнем ядре. Компьютерные модели показали — конвекционные потоки проводящей жидкости, вращение планеты и тепло от внутреннего ядра создают сложную систему токов. Именно они защищают атмосферу от солнечного ветра и позволяют компасным стрелкам указывать на север.
Почему ядро не остывает?
Каждый миллиард лет ядро теряет 100°C. Но процессы радиоактивного распада калия, урана и тория в мантии продолжают подогревать его. Тепло поддерживает конвекцию во внешнем ядре, не давая замерзнуть. Если бы ядро остыло, Земля потеряла бы магнитное поле, а атмосфера улетучилась в космос, как на Марсе.
Post Scriptum
Человек не способен заглянуть вглубь планеты, но наука превратила землетрясения в инструменты сканирования, метеориты — в учебники истории, а алмазы — в микроскопы. Ядро Земли остается гипотезой, но гипотезой с миллионами доказательств. Возможно, через сто лет люди будут смеяться над нашими представлениями, как мы смеемся над черепахой, держащей мир. Но сегодня именно эти методы позволяют строить города, предсказывать извержения и планировать полеты к другим планетам. Пока ядро бьется, как металлическое сердце, Земля живет.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости