Перевод осуществлен проектом Newочём
Если бы вам удалось прокопать тоннель прямо сквозь Землю, то теоретически, в результате свободного падения, вы смогли бы достичь центра планеты всего за 18 минут. Естественно, это невозможно: подобный тоннель должен был бы выдерживать такие же высокие температуры, как на поверхности Солнца, и давление в 3,5 миллиона раз выше, чем на поверхности Земли. Ни один из существующих на данный момент материалов не способен противостоять столь агрессивной среде. На сегодняшний день мы смогли уйти вглубь всего на 12 километров. Но просто предположите, что бы вы нашли, пробурив тоннель до самого центра Земли? Многое из того, что мы знаем о внутреннем устройстве нашего мира, в особенности о самых потаенных его местах, было открыто совсем недавно. Итак, отважный путешественник, вот с чем ты столкнешься на своем воображаемом пути.
Кора
Полет сквозь земную кору — самый дальний от центра каменный панцирь — занял бы всего одну минуту. Толщина внешней оболочки нашей планеты составляет лишь 35 км и 1% от всей массы Земли. Существует два вида коры. Континентальная кора состоит из самых легких горных пород, вроде гранита, и образует материки, лежащие на более твердых породах. Самые древние породы, найденные на поверхности, достигают возраста 4,4 млрд лет — это так называемые «псевдоамфиболиты», обнаруженные в Канаде, на берегах Гудзовова залива. Они затвердели вскоре после формирования Луны, и если бы вам удалось попасть в то время, вы смогли бы понаблюдать за действующими вулканами на поверхности Луны. Исследования самых древних пород показали, что молодая Земля недолго оставалась похожей на ад; она быстро остыла и почти с самого начала существования была покрыта огромными океанами. Все, что когда-либо создавало человечество, сделано из добытых в коре металлов и минералов. Исключение составляют алмазы — они доходят до нас с гораздо большей глубины.
Так называемая океаническая кора, будучи гораздо моложе континентальной, постоянно образуется у срединно-океанических хребтов, один из которых делит пополам Атлантический океан, откуда разносится большими пластами базальта. Они — движущая сила перемещений материков. На этих плитах часто образуется толстый слой осадочных пород. Но их жизнь на поверхности Земли довольно коротка — не более 200 млн лет, отжив которые, эти базальтовые пласты вновь станут расплавленным камнем., Такие океанические плиты тяжелее континентальной коры, они вдавливаются обратно в глубь Земли, под континенты, принося туда холод, осадочные породы и значительные изменения, что называется субдукцией.
Мантия
Вместе с вами базальтовая плита преодолевает земную кору и попадает в мантию — самую большую часть нашей планеты, составляющую около 82% объема и 65% ее массы. Именно в мантии — вся археология нашей планеты, там же протекают недавно открытые процессы и располагаются структуры, которые могут быть необходимы для существования жизни на Земле. В действительности, ученые только начинают понимать, что условия для образования жизни созданы не только Солнцем высоко в небе, но и тем, что происходит в глубине планеты.
По мере того как плита опускается, давление возрастает; она становится ломкой, так как порода вокруг горячее. Вследствие этого плита трескается и сдвигается, что влечет за собой мощнейшие землетрясения. Япония — самое сейсмоопасное государство — находится как раз над тем местом, где происходит процесс субдукции Тихоокеанской плиты с континентом. Когда порода опускается еще глубже, температура и давление поднимаются до отметки, которую камень уже не выдерживает. Он нагревается так сильно, что плавится, будто пластик. Это значит, что на глубине нескольких сотен километров землетрясения прекращаются. Содержащие воду минералы разрушаются, высвобождая жидкость. Вода, испаряясь, поднимается вверх и достигает мантийных пород. Это приводит к понижению их температуры плавления — в некоторых случаях почти на 400°. Став менее вязкой, порода пробивается к поверхности. Вот почему на расстоянии около ста километров от зоны субдукции расположено множество молодых вулканов.
Мантия, как правило — и это в целом верно для всей Земли — состоит из четырех элементов: кислорода, кремния, магния и железа. Их атомы формируют решетчатые структуры, образующие под действием давления еще более плотные соединения. Многие годы интерес представлял только верхний слой мантии, так как считалось, что ниже давление и жар сжимали породу так сильно, что разрушали любые структуры. Результатом подобного процесса стала бы однородная каменная масса, которая опускалась бы вниз до тех пор, пока не достигла границы внешней части ядра.
Сейчас нам известно, что мантия гораздо активнее, чем мы думали. Несмотря на то, что она состоит из твердых пород, она медленно перемещается вместе с опускающейся и поднимающейся породой. Некоторые ученые верят, что существуют так называемые мантийные плюмы, которые пробиваются к поверхности планеты, и что каждые несколько сотен миллионов лет на Землю извергается огромное количество лавы, уничтожающее все живое на своем пути.
Тузо и Джейсон
С помощью сложных анализов рожденных землетрясениями ударных волн, рассеивающихся в глубине Земли, ученым удалось обнаружить в основании мантии четыре гигантских образования. Две области, выглядящие опускающимися и относительно прохладными, расположены под западной частью Америки и югом Евразии. Другие две — большие и таинственные, с высокой средней плотностью — расположились под Африкой и Тихим океаном. Африканский регион возвышается над границей между ядром и мантией более чем на тысячу километров, а Тихоокеанская часть лишь немного ему уступает. Вдвоем они охватывают половину планеты. Им даже дали имена в честь геологов-первопроходцев У. Джейсона Моргана и Тузо Вилсона. Некоторые ученые считают, что эти поистине гигантские образования, каждое из которых достигает 15 тыс. км в диаметре, являются подземными материками нашей планеты. Проведенные исследования позволяют предположить, что они довольно древние и сформировались 4,4 млрд лет назад, в самом начале зарождения Земли. Последние данные свидетельствуют о том, что края Тузо и Джейсона оказались острыми, и ученые выстраивают предположения, что они смещают породу вверх, так что то, что когда-то опустилось к нижней мантии, может снова подняться на поверхность миллиарды лет спустя.
Жидкий металл
На пути к центру Земли вы дойдете до границы нижней мантии примерно через 8 минут. А затем приготовьтесь к самому невероятному моменту за все путешествие. Больше нигде вы не увидите настолько резкую смену «декораций». На глубине 2890 км, прорвавшись через твердую часть нашей планеты, вы внезапно обнаружите целое море жидкого металла температурой в 5000°C. Это — внешняя часть ядра, она составляет примерно 10% объема Земли и 27% ее массы. Размеры ее можно сопоставить с размерами Марса.
Представьте, что наша капсула как будто зависла прямо над самой границей раскаленной добела нижней мантии, а затем, пролетев еще буквально пару десятков метров, погружается в расплавленный металл внешней части ядра. Как будто сделав шаг от чуть-чуть неровного склона горы, тут же ныряешь в океан. Вы миновали твердую часть нашей планеты и теперь следующие 2 тыс. км вы будете погружаться в жидкий металл — мрачное море с неспешными течениями, штормами и вихрями, раздираемое магнитными и электрическими полями.
Если бы вы надели немыслимо прочные защитные перчатки, вы бы смогли зачерпнуть горсть, и металл бы просочился между пальцами как вода. Влияние этой части планеты распространяется и за ее пределы: из-за перемещения потоков возникает магнитное поле Земли — наш величайший защитник. Без него жизнь на Земле была бы невозможна, ведь магнитное поле ограждает нас и от губительного солнечного ветра, и от частиц из глубокого космоса. У Марса нет подобной защиты и из-за этого планета потеряла большую часть своей атмосферы.
Время от времени с потоками внешней поверхности ядра что-то происходит. Их движение, кажется, становится хаотичным, и они больше не способны создавать столь сильное магнитное поле. На поверхности его сила уменьшается на 10% от изначальных показателей.
Требуются десятки тысяч лет, чтобы движение потоков пришло в норму, а прежняя сила магнитного поля восстановилась. Но к тому времени происходит смена магнитных полей: север становится югом и наоборот. Такое уже много раз происходило и жизнь на планете сохранилась. Сейчас ничто не указывает на подобные процессы, но когда-нибудь человечеству обязательно придется с этим столкнуться.
Кристаллизованное ядро
Еще через восемь минут падения вы достигнете величайшей тайны нашей планеты — суперплотного шара из железа и никеля, раскаленного до температуры поверхности Солнца. Его высокая плотность обосновывается тем, что давление в центре планеты в миллион раз выше, чем на поверхности. Перед вами кристаллизованное ядро, составляющее всего 0,5% от объема нашей планеты, что сравнимо с размерами Луны, и почти 2% от ее массы, а также являющееся самым странным объектом, с которым когда-либо сталкивалась наука.
Представьте себе объем воды во всех мировых океанах, затем умножьте это на пять, и вы получите объем внутреннего ядра Земли. Собирать информацию о нем довольно сложно, но именно это является маленькой целью ученых-сейсмологов. Сложность заключается в том, что лишь малая часть сейсмических волн достигает ядра, и это уже не говоря о том, что лишь некоторые из них возвращаются на поверхность, чтобы показать, через что они прошли. Разрабатываются новые методы для обнаружения слабых и незаметных волн, проходящих сквозь внутреннее ядро. При правильной обработке станет возможным идентифицировать исходящие от ядра слабые сейсмические волны, однако чем больше мы их изучаем, тем с большим количеством вопросов сталкиваемся.
Этот железный мир просто плавает в металлическом море и абсолютно точно ни с чем больше не связан. Есть даже признаки, указывающие на то, что скорость его вращения несколько отличается от скорости вращения Земли, а само ядро на многие километры смещено от ее центра.
Одни считают, что граница между внутренним и внешним ядром волнообразная и мягкая, с растущими в древовидной форме железными кристаллами, и похожа на огромное железное дерево, раскинувшее ветки с подобием железной кашицы между ними. Другие полагают, что лишь несколько сотен километров внутреннего ядра состоят из маленьких кристаллов железа, в то время как внутри него они могут сливаться в огромные кристаллы, совмещенные с общим магнитным полем Земли.
Эти кристаллы — феномен, невидимые чудеса Солнечной системы. Проплыви вы мимо них, своим строением они бы напомнили вам базальтовые колонны Мостовой гигантов из расположенного в Северной Ирландии графства Антрим, только в тысячи раз длиннее и шире. Один такой кристалл по ширине был бы сравним с городом, а по длине — с расстоянием между Лондоном и Бирмингемом!
Но самая большая загадка в том, что внутреннее ядро здесь новичок: последние расчеты показывают, что оно образовалось всего 500-1000 млн лет назад и выросло из маленького кристалла железа. Оно продолжает расти со скоростью в 0,5 мм в год и через миллиард лет сможет отключить магнитное поле Земли.
Мы никогда не достигнем центра Земли. Условия настолько суровы — 6000 градусов по Цельсию и давление в 3,5 миллионов атмосфер, — что не будут предприняты даже попытки это сделать. Возможно, это навсегда останется загадкой. Ученый, принимающий участие в исследованиях внутреннего ядра Земли, сказал мне: «Чем больше данных мы получаем, тем запутаннее все становится. Мы сталкиваемся все с большим количеством трудностей, и чем больше мы делаем для их решения, тем меньше мы понимаем».
