земное ядро что такое
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Сокрушительное давление раскрывает правду о земном ядре
Основу ядра нашей планеты составляет железо. Но сейчас ученые все лучше понимают, что еще кружится в водовороте в центре Земли.
Сердцебиение нашей планеты остается загадкой для ученых, пытающихся узнать, как сформировалась Земля, и что пошло на ее создание. В ходе проведенного недавно исследования они сумели воссоздать мощное давление, действующее в центре нашей планеты, что позволило ученым бросить взгляд на ранний период ее существования и даже понять, как земное ядро может выглядеть сейчас.
О своем открытии они сообщили в последнем номере журнала Science. «Если мы выясним, какие элементы составляют ядро, мы сможем лучше понять условия, при которых сформировалась Земля, а это в свою очередь даст нам больше информации о ранней истории Солнечной системы», — говорит геохимик Анат Шахар (Anat Shahar), работающая в Вашингтоне в Институте науки Карнеги. Это также позволит ученым получить представление о том, как сформировались другие каменистые планеты в нашей Солнечной системе и за ее пределами.
Земля сформировалась примерно 4,6 миллиарда лет тому назад в результате бесчисленных столкновений твердых тел размером от Марса до мелкого астероида. По мере увеличения массы ранней Земли увеличивалось ее внутреннее давление и температура.
Это повлияло на то, как железо, составляющее большую часть земного ядра, вступало в химические реакции с более легкими элементами типа водорода, кислорода и углерода, а также с более тяжелыми металлами, отделившимися от мантии и попавшими во внутреннюю часть Земли. Мантия — это слой, находящийся непосредственно под земной корой, и перемещения расплавленной породы в этой области приводят в движение тектонические плиты.
Ученые уже давно поняли, что температурные изменения могут влиять на то, в какой степени изотоп такого элемента, как железо, становится частью ядра. Этот процесс носит название изотопное фракционирование.
Однако до сих пор давление не считалось критической переменной, влияющей на данный процесс. «В 60-е и 70-е годы проводились эксперименты в поисках последствий такого давления, но ученые ничего не нашли, — говорит Шахар. — Но сейчас мы знаем, что давление, при котором они проводили эксперименты (около двух гигапаскалей), было недостаточно мощным».
В 2009 году другой научный коллектив опубликовал работу, в которой высказал предположение, что давление могло повлиять на элементы, попавшие в земное ядро. Поэтому Шахар со своей командой решила вновь исследовать его воздействие, применив оборудование, создающее давление до 40 гигапаскалей. Это намного ближе к 60 гигапаскалям, которые ученые считают средним значением в ранний период формирования Земли.
В ходе экспериментов, проводившихся на усовершенствованном источнике фотонов в Институте Карнеги в Вашингтоне, ученые поместили между двумя алмазами небольшие образцы железа, смешанного с водородом, углеродом и кислородом. Затем плоскости этих алмазных тисков сдвинули вместе, создав колоссальное давление.
Впоследствии преобразованные образцы железа подвергли бомбардировке рентгеновскими лучами высокой энергии. «Мы используем рентгеновские лучи, чтобы испытать вибрационные свойства фаз железа», — сказала Шахар. Различные частоты вибрации указывают на то, какие изотопы железа находятся среди образцов.
Ученые выяснили, что такое мощное давление действительно влияет на изотопное фракционирование. В частности, исследовательский коллектив обнаружил, что реакция между железом и водородом или углеродом, которые должны присутствовать в ядре, должна оставлять после себя характерный след в породе мантии. Но найти такой след не удалось.
«Поэтому мы считаем, что водород и углерод — не главные легкие элементы в ядре», — заявила Шахар.
Контекст
Владимир Набоков, научный гений
Наука Китая продвинулась вперед
ФСБ будет проверять научные работы
Мультимедиа
Главные научные достижения 2015 года
20 лучших британских научно-фантастических фильмов
15 научных мифов в кино
Cracked.com 06.11.2013
А вот сочетание железа и кислорода не могло оставить следов в мантии, как показали эксперименты ученых. Поэтому возможно, что кислород мог стать одним из наиболее легких элементов в составе земного ядра.
Эти выводы подтверждают гипотезу о том, что кислород и кремний составляют основу легких элементов, растворенных в ядре Земли, говорит геофизик из Калифорнийского технологического института в Пасадене Джозеф О’Рурк (Joseph O’Rourke), не участвовавший в этом исследовании.
«Кислород и кремний в изобилии присутствуют в мантии, и нам известно, что при высокой температуре и под большим давлением они растворяются в железе, — сказал он. — Поскольку кислород и кремний гарантированно входят в состав ядра, у других кандидатов типа водорода и углерода шансов немного».
Шахар рассказала, что ее команда намерена повторить эксперимент с кремнием и серой, которые могут входить в состав ядра. Сейчас, когда им удалось показать, что давление способно влиять на фракционирование, этот коллектив хочет посмотреть на эффект от давления и температуры в их сочетании. Они полагают, что результаты могут отличаться от тех случаев, когда давление и температура используются поодиночке. «Свои эксперименты мы проводили на образцах твердого железа при комнатной температуре. Но при формировании ядра все было в расплавленном состоянии», — сказала Шахар.
Выводы из этих экспериментов могут иметь отношение к планетам, находящимся за пределами нашей Солнечной системы, говорят ученые. «Дело в том, что мы видим только поверхность или атмосферу экзопланет, — отметила Шахар. — Но как их внутренняя часть влияет на происходящее на поверхности? Ответ на этот вопрос повлияет на то, есть или нет жизнь на этой планете».
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Внутреннее и внешнее ядро Земли
Внешнее и внутреннее ядро Земли
Внутри каждого космического объекта, который смог приобрести шарообразную форму, находится ядро — причем иногда не простое, а многослойное. На громадной глубине даже самые привычные вещества вроде железа приобретают необычные свойства — разрастаются в гигантские кристаллы, становятся жидкими или начинают генерировать электрический ток. Внешнее и внутреннее ядро Земли прекрасно демонстрирует все эти аномалии — а еще оно стало первым в истории защитником жизни на планете.
Путь к ядру
Изучать ядро достаточно непросто — поверхность Земли и его верхнюю кромку разделяют 2900 километров. Непросто пробуриться на такие глубины — чем ниже опускаться под землю, тем выше растет температура. В Кольской скважине, которая пока остается самой глубокой, на глубине в 12 километров накал достигал 220°C! Уже при таких температурах сложно работать не только электронике, но и самой аппаратуре — ведь ее надо как-то опустить в скважину, а потом вынуть обратно.
Кольская сверхглубокая скважина
Однако в ученых остался метод, позволяющий достаточно точно рассчитать плотность и объем ядра Земли — сейсмография. Колебания, исходящие от поверхностных слоев планеты — вибрации землетрясений или импульсы ядерных взрывов — распространяются не только по поверхности Земли, но и уходят глубоко в недра. Там они преломляются, увеличивая свою скорость прохождения — как преломляются световые волны, проходя через стекло или воду. Именно по тому, как изменяется сейсмическая волна при прохождении через планету, ученые сумели получить точные физические параметры ядра.
Схема движения сейсмических волн в теле Земли
Помогают геологам также различные косвенные признаки. Например, наблюдение за магнитным полем Земли позволяет отслеживать динамику вращения ядра. Ценные подсказки порой дает даже то, что совсем не предназначено для исследования глубин. Был случай, когда сбои в работе орбитального телескопа «Хаббл» позволили выявить изменение направления потоков в жидком внешнем ядре Земли, служащих причиной сдвига магнитных полюсов.
Структура и характеристики ядра
Путь к знаниям долгий и тернистый, но плоды их сладки. На сегодняшний день достоверно известны следующие физические характеристики ядра Земли:
Классические основные сферы Земли
Кроме того, новейшие исследования говорят о том, что внутри внутреннего ядра Земли лежит еще одно — «самое» внутреннее ядро, которое вращается вообще по другой оси. Давайте рассмотрим его и другие составляющие земного ядра подробнее.
Внешнее ядро
Самый первый слой ядра, который непосредственно контактирует с мантией — это внешнее ядро. Его верхняя граница находится на глубине 2,3 тысячи километров под уровнем моря, а нижняя — на глубине 2900 километров. По составу оно ничем не отличается от нижележащих оболочек — давления гравитации попросту недостаточно для того, чтобы раскаленный металл затвердел. Зато его жидкое состояние является главным козырем Земли в сравнении с другими внутренними планетами Солнечной системы.
Как работает геодинамо
Дело в том, что именно жидкая часть ядра ответственна за возникновение магнитного поля Земли. Как наверняка известно читателю, магнитосфера служит щитом планеты против заряженных частиц открытого космоса и солнечного ветра. Они даже более опасны, чем излучение — частицы способны вывести из строя не только живые организмы, но и электронику. Биологи считают, что именно активное магнитное поле стало залогом выживания первобытных одноклеточных существ.
Как именно генерируется магнитное поле? Его порождает вращение жидкого железа и никеля в ядре. Магнитные свойства металлов тут ни при чем — это исключительно динамический эффект. А еще внешнее ядро подогревает мантию — причем в отдельных местах настолько сильно, что восходящие потоки магмы достигают даже поверхности, вызывая извержения вулканов.
Внутреннее ядро
Высокое давление в центре Земли заставляет металл затвердевать при температурах, превышающих точку его кипения. При этом формируются необычные кристаллы, которые отличаются устойчивостью даже в обычных условиях. Считается, что внутреннее ядро представляет собой лес из многокилометровых кристаллов железа и никеля, которые направлены с юга на север. Для того чтобы проверить эту теорию, японские ученые потратили десять лет на создание особой алмазной наковальни — только в ней можно добиться такого давления и температуры, как в центре нашей планеты.
«Внутреннее» внутреннее ядро, или гипотетическая матрешка
Еще во время начальных исследований ядра при помощи сейсмических волн, геологи заметили необычное отклонение колебаний внутри ядра по направлению с востока на запад. Так как из-за своего вращения Земля шире на экваторе, чем на полюсах, сперва на это не обратили внимание. Но последующее изучение выявило, что центральная часть ядра может быть всего лишь очередной оболочкой.
Что представляет собой «внутреннее» внутреннее ядро? Скорее всего, оно состоит из тех же металлических кристаллов — но направленных уже не на север, а на запад. Пока что неясно, что вызывает такое расслоение. Однако ориентация кристаллов указывает на то, что тут не обошлось без гравитационных взаимодействий с Солнцем или Луной.
«Внутреннее» внутреннее ядро в строении Земли
Механизм формирования ядра
Ядром обладают все планеты Солнечной системы, как и полноценные, так и карликовые — от величественного газового гиганта Юпитера до отдаленной и холодной Седны. Параметры ядра разнятся от объекта к объекту — так, у Меркурия ядро занимает 60% массы и 80% объема планеты, когда радиус ядра Луны составляет скромные 350 километров от 1735 километров общего радиуса спутника.
Тем не менее создание ядра любого космического тела, даже звезды, обязано одному интересному гравитационному явлению — дифференциации недр. Когда планеты только начинают формироваться из газовых туч вокруг молодой звезды, их вещество собирается вокруг первичных ядер: больших камней, сгустков льда или пыли. Когда молодая планета набирает достаточную массу, в действие вступает гравитация, втягивающая массивные элементы вроде железа к центру объекта — тем самым более легкие вещества, как вот кремний или кислород, выталкиваются на поверхность.
Земля во время активной аккреции в представлении художника
Во время этих перемещений выделяется громадное количество энергии, из-за которой планета расплавляется, а гравитация придает ей характерную сферическую форму. Тем самым процесс перемещения тяжелых веществ ускоряется. Астероиды, масса которых недостаточна для плавления, так и остались кучками пыли и камней, сбитыми вместе.
А все тяжелые элементы, которые ушли вглубь — в первую очередь железо и никель — сформировали центр планеты. Ядро Земли прошло весь долгий путь от пыли на орбите новорожденного Солнца до многослойного металлического шара — и сегодня оно греет и защищает нашу планету изнутри.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Ядро Земли
Ядро Земли представляет собой её центральную часть, которая является наиболее глубокой. Это своего рода геосфера, расположенная под мантией, включающая в состав сплав из железа, никеля, а также примеси других элементов в меньшей концентрации. В статье будут рассмотрены особенности этой части земного шара.
Описание и характеристики
Ядро Земли имеет следующие характеристики.
Информации, связанной с описанием ядра, известно немного, даже после проведения многочисленных наблюдений.
Структура Земли
Историческая справка
Ядро Земли было обнаружено Генри Кавендишем. Именно он предположил, что у планеты, вероятно, имеется область, где наблюдается повышенное значение плотности. Этот специалист также занялся работами по вычислению массы, средней плотности, которая оказалась намного выше, нежели у поверхности. Официальное подтверждение эта теория получила в 1897 году силами немецкого сейсмолога Э. Вихерта. Но тогда ничего не было известно о глубине залегания. Данные о ней появились только в 1910 г. с помощью американского геофизика Б. Гутенберга.
Аналогично никакой информации не было известно и доступно об образовании ядерной части планеты. Только в 1922 г. основоположником геохимии В. М. Гольдшмидтом было сделано открытие. Оно связано с тем, что образование ядра произошло вследствие гравитационной дифференциации первичной Земли на этапе её роста или позднее. Альтернативная версия была предложена в 1960-1970 гг. Её разработкой занимался Е. Орован, а также советский гений А. П. Виноградов. В итоге было получено заключение о том, что ядро появилось в протопланетном облаке.
В 2016 г. британские и американские учёные смогли создать условия, приближённые к ядру. Это позволило понять, что ядро и мантия обладают схожим химическим составом, а на их границе наблюдается серьёзный перепад давления и консистенции веществ. В 2015 г. были получены сведения о том, что в жидкой области присутствует третий слой.
Особенности состава ядерной части Земли
Ядро Земли, как и любой другой объект, имеет определённый состав, однако данных о нём немного. Об этом имеются лишь косвенные сведения, которые были получены различными путями. Вероятнее всего, наиболее близкий состав имеют метеориты из железа, это своего рода элементы астероидных ядер. Однако они не могут обеспечить детальное представление о веществе, из которого земное ядро состоит. Ведь образование их произошло в значительно меньших телах и иных условиях.
Наряду с этим ядро Земли, а точнее его состав, может быть оценён в соответствии с геохимическими и космохимическими предпосылками. Если бы была возможность определения первичного состава Земли и вычисления доли элементов, приходящихся на прочие геосферы, возникли бы шансы на построение схем состава ядра. Помощь и поддержку в этом направлении обеспечивают эксперименты, связанные с распределением элементов между железными материалами и фазами силикатов.
Магнитное поле планеты Земля
Ядро Земли тесно связано с её магнитным полем, которое формируется за счёт внутренних структур планеты. Среди учёных есть заблуждение, связанное с тем, что оно формируется вследствие активности материалов из внутреннего ядра по принципу магнита. Общепринятая версия получила название ГЕОДИНАМО. В соответствии с ней образование магнитного поля произошло вследствие движения электропроводящей среды в зоне внешнего ядра.
Земное ядро что такое
В марте 1997 года под конец рабочего дня пятницы инженеру NASA Кену Лабелу (Ken LaBel) позвонили из группы, занимающейся космическим телескопом «Хаббл». Возникла проблема с только что установленным на него оборудованием.
Когда «Хаббл» пролетал над побережьем Бразилии, в его электронике возникали опасные токи, грозившие необратимыми повреждениями. Как заметили инженеры NASA, на других участках орбиты телескопа проблем не было, они случались только над Южной Америкой. «В течение недели с этой ситуацией столкнулись дважды, и не хотелось, чтобы она повторилась цнова», — говорит Лабел.
Астронавты только что установили новое оборудование: спектрометр для измерения свойств приходящего света и инфракрасную камеру. Они предназначались для, важного эксперимента NASA, разработанного, чтобы проникнуть под завесу межзвездных облаков газа и пыли и попытаться раскрыть тайны первых дней нашей Вселенной, Оборудование стоило космическому агентству 136 млн. долларов.
 |
| ЗЕМНОЕ ЯДРО |
Для группы, которая создавала эти инструменты, на кону стояли несколько лет работы. «Беда была в том, что проблема могла оказаться гибельной для этих устройств; они просто вышли бы из строя», — рассказывает Лабел.
Разобраться в происходящем было жизненно важно. Но когда ответ нашелся, объяснение того, что случилось, оказалось связанным с удивительными изменениями, происходящими не в космосе, а глубоко внутри земного ядра. В результате группа не только спасла аппаратуру, но и раскрыла новые секреты ядра нашей планеты.
О других планетах Солнечной системы нам известно больше, чем о центре Земли. Из космоса наша планета может казаться безмятежным голубым шариком, и только вулканы и землетрясения напоминают людям о том, что под земной корой протекают турбулентные процессы колоссальной разрушительной силы. И этот скрытый мир сильнейшим образом влияет на нашу жизнь.
Ядро отвечает за генерацию земного магнитного поля, задающего положение северного и южного магнитных полюсов. Соединяющие их магнитные силовые линии помогают морякам и перелетным птицам пересекать океаны. Но роль магнитного поля далеко не ограничивается навигацией. Оно служит гигантским щитом нашей планеты, отклоняющим заряженные частицы, посылаемые Солнцем. Если бы не этот щит, мы подвергались бы куда более высокому уровню облучения, а наша атмосфера истончалась бы под воздействием солнечного ветра (см. врезку «Чем мы обязаны земному ядру»). Таким образом, сама жизнь на Земле зависит от магнитного поля, порождаемого ядром планеты.
Ученых давно волнуют загадки земного ядра, но его изучение сталкивается с одним очевидным и, по-видимому, непреодолимым препятствием; прямые его наблюдения невозможны. Огромная температура и давление не оставляют исследователям ни единого шанса на то, чтобы посмотреть на него вблизи (см. врезку «Сможем ли мы когда-нибудь добраться до земного ядра?»).
И тем не менее любопытные геофизики по всему миру стали проникать в тайны ядра благодаря новым технологиям и ряду многообещающих экспериментов. Кроме того, Земля предоставляет человечеству для изучения своих «внутренностей» полезный инструмент — землетрясения. «Сейсмология — фактически лучшее средство для изучения недр планет, — рассказывает сейсмолог, профессор Рик Эстер (Rick Aster) из Института горного дела и технологии в Соккоро, штат Нью-Мексико (США). — Это единственный метод, которым мы располагаем для изучения земных глубин в любых подробностях. Если бы не сейсмология, мы мало что могли бы сказать о внутреннем устройстве Земли».
 |
| Профессор Рик Эстер со своей группой изучает сейсмические волны для выяснения состава земного ядра. |
| ЗЕМНОЕ ЯДРО |
Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, бывают двух типов: поверхностные волны, бегущие вокруг планеты по ее коре, и объемные, проходящие прямо через центр Земли и выходящие на противоположную сторону. Именно объемные волны наиболее интересны тем, кто пытается изучать ядро Земли, и они тоже бывают разных видов. Первичные, или P-волны, распространяются быстро, сжимая и растягивая частицы горных пород в направлении своего движения. Медленнее движущиеся вторичные S-волны сдвигают частицы пород перпендикулярно направлению своего распространения.
Очень важно то, что в отличие от Р-волн S-волны могут проходить только по твердому веществу. Эти два вида волн, подобно свету, с разными скоростями распространяются сквозь вещество разной плотности. И так же, как свет, они могут отражаться от границ между разными материалами. «Самым быстрым волнам требуется всего 22 минуты, чтобы пересечь планету от полюса до полюса прямо через земное ядро, — отмечает Эстер. — Прохождение этих волн сквозь планету позволяет сейсмологам построить нечто наподобие рентгенограммы земных недр».
 |
| Исследование внутреннего строения нашей планеты Наш мир похож на луковицу, он состоит из множества слоев, которые образовались в основном на ранней стадии истории Земли, когда недра были достаточно горячими для плавления железа. Гравитация заставила большую часть железа вместе с другими тяжелыми элементами, такими как никель, погрузиться к центру планеты и сформировать ее ядро. КОРА ЛИТОСФЕРА АСТЕНОСФЕРА МАНТИЯ ВНУТРЕННЕЕ ЯДРО |
| СЛОИ ЗЕМЛИ |
Одно из наиболее загадочных для современной геофизики открытий состоит в том, что скорость объемных волн зависит от их направления. Как это ни странно, но с севера на юг они распространяются быстрее, чем с запада на восток. Если говорить еще точнее, измерения показывают, что скорость сейсмических волн в направлении от полюса к полюсу на 3% выше, чем поперек экватора.
Это наблюдение показывает, что ядро не просто металлическая сфера. Очевидно, что у него есть различия по направлениям, как в куске дерева. Иными словами, оно анизотропно. Так что ядро Земли и впрямь оказывается весьма странным местом.
Профессор Ки Хироси из Токийского технологического института (Япония) считает, что раз путешествие к центру Земли никак невозможно, то единственное и лучшее, что нам остается, — это попробовать выстроить его модель в более удобных для изучения условиях. Условно говоря, создать образ ядра прямо в научном институте. «Нам, конечно, не побывать в ядре Земли, но мы можем воспроизвести соответствующие условия в лаборатории, — говорит Хироси. — Поскольку в этом тоже есть что-то от путешествия к центру Земли, я бы хотел быть первопроходцем и постараться первым туда попасть».
Создание дубликата ядра было колоссальной проблемой. Хироси пришлось построить машину, которая поддерживала давление в три миллиона раз выше атмосферного при температуре, превосходящей 4700 °С. Он стремился получить железоникелевый образец с таким же химическим составом, как и в ядре, и внимательно изучить его изменения в экстремальных условиях.
 |
| Ядро Земли оказывает огромное влияние на нашу жизнь; без него и самой жизни бы не было. Кажется невероятным, что нечто, находящееся почти в 3000 км под ногами, влияет на многие стороны нашей жизни. Без ядра, однако, весьма сомнительно, чтобы мы, — а возможно, и любые живые существа, — вообще появились на Земле. Тепло внутреннего ядра в сочетании с вращением Земли порождает водовороты в океане жидкого металла, образующего внешнее ядро. Подобно динамо-машине оно генерирует мощное магнитное поле, которое защищает нашу планету от бомбардировки заряженными частицами солнечного ветра. Это поле также способствует удержанию атмосферы и помогает в навигации. Защитный пузырь магнитосферы, создаваемый земным магнитным полем, мешает непрекращающемуся потоку частиц, несущихся со стороны Солнца, постепенно сдувать и истончать нашу атмосферу. Без этой защиты быстрые заряженные частицы солнечного ветра беспрепятственно вышибали бы в космос частицы атмосферы. В итоге нам досталась бы тонкая газовая оболочка, куда менее пригодная для поддержания жизни. Если бы не было магнитного поля, не было бы и компасов. Характер магнитного поля примерно такой, как если бы в центре Земли находился намагниченный стержень, один конец которого смотрит примерно на север, а другой — на юг. Именно на это поле откликается стрелка компаса. Но «магнитный стержень» не выставлен строго по земной оси, а несколько наклонен к ней и смещен от центра. Предположительно в среднем каждые 300 тыс. лет северный и южный магнитные полюсы меняются местами, хотя последняя такая переполюсовка случилась примерно 800 тыс. лет назад. Это происходит из-за перемен в хаотических потоках горячего металла во внешнем ядре, и никто не знает, почему и когда случится очередной переворот магнита. Некоторые исследователи ядра, например профессор Дэн Лэтроп из Мэрилендского университета (США), считают, что этот процесс уже начался. В результате моделирования на суперкомпьютере, выполненного в Калифорнийском университете (США), обнаружилось, что при смене полярности новые магнитные полюсы могут появиться где угодно, вызывая хаос в навигации. Защита, которую обеспечивает нашей планете магнитное поле, тоже будет ослаблена. |
| ЧЕМ МЫ ОБЯЗАНЫ ЗЕМНОМУ ЯДРУ |
«Это было весьма непросто. Я бы назвал это сумасшедшей затеей, но она того стоила», — говорит Хироси. Он проводил свой эксперимент на синхротроне SPring-8 в японской префектуре Хиого, где имеется современное рентгеновское оборудование, позволяющее наблюдать любые изменения в кристаллической структуре металла.
Для получения давления он создал инструмент из самого твердого известного человеку природного материала — алмаза. Образец из железа и никеля помещался между двумя алмазными наковальнями и сжимался до тех пор, пока давление не становилось таким же большим, как и внутри земного ядра. Чтобы добиться такого состояния алмаза, требовалась очень осторожная кропотливая работа. Первое время у японских ученых было немало хлопот и откровенных неудач, когда торцы алмазов попросту разрушались.
 |
| Алмазные наковальни с лазерным подогревом используются профессором Ки Хироси для воссоздания условий, как в центре Земли |
| ЗЕМНОЕ ЯДРО |
Для воссоздания температуры ядра использовался лазер, нагревавший металл. Чтобы получить условия, аналогичные состоянию в ядре Земли, потребовалось больше 10 лет. Рассказывает Хироси: «Повышение температуры оказалось особенно сложным делом. Мы долго готовим образец, но самый интересный момент длится всего несколько минут».
Рентгеновские изображения, полученные за те недолгие минуты, на которые Хироси удавалось воспроизвести на своей установке условия земного ядра, демонстрировали удивительные изменения в кристаллической структуре металла. К примеру, в одном из экспериментов кристаллы выросли в размерах в 1000 раз. И, что не менее важно, они при этом сохраняли стабильность.
Это привело Хироси к поразительному выводу о строении ядра: «Существует внутреннее ядро, в котором имеется небольшое ч исло очень-очень больших кристаллов». Он считает, что размеры таких внутренних кристаллов в центре Земли могут достигать 10 км в длину и образовывать во внутреннем ядре планеты «похожую на лес структуру», вытянутую с севера на юг. «Это было просто потрясающе. Мы предприняли множество попыток, и все неудачные. Но наконец мы попробовали новую форму алмазов, и у нас всё получилось», — рассказывает Хироси.
Такая кристаллическая структура дает объяснение сейсмической аномалии, из-за которой колебания от землетрясений с севера на юг идут быстрее, чем поперек экватора. Обычно волны быстрее распространяются вдоль граней кристаллов, чем поперек них.
Это лишь начало работы Хироси. Со своими алмазными наковальнями он теперь может создавать практически любые материалы, встречающиеся вблизи центра Земли. Это настоящий прорыв в понимании мира, скрытого в глубинах нашей планеты.
В 11 тыс. км от Хироси другой ученый, профессор Дэн Лэтроп (Dan Lathrop), работает в своей лаборатории в Мэрилендском университете (США) над созданием модели земного ядра — хоть и не в натуральную величину, но внушительной трехметровой высоты и весом в 22 тонны. Он намерен использовать ее для изучения того, как ядро влияет на земное магнитное поле.
 |
| Профессор Дэн Лэтроп построил масштабную модель земного ядра для изучения свойств его магнитного поля. |
| ЗЕМНОЕ ЯДРО |
Исследователи связывают возникновение магнитного поля с миллионами тонн жидкого металла во внешнем ядре, движущимися над внутренним ядром и создающими динамо-эффект. Но порождаемое ими магнитное поле далеко не простое. «Люди думают, что магнитное поле — это просто север и юг, — говорит Лэтроп. — В действительности все очень запутанно. Имеется общая крупномасштабная структура. Но на нее наложены пятна слабого и сильного поля. И всё это сложным образом движется вокруг планеты, становясь в одних местах слабее, в других сильнее».
Изменения земного магнитного поля вызваны переменами в потоках жидкого металла вокруг внутреннего ядра, в тысячах километров под поверхностью (см. врезку «Слои Земли»),
Численную модель этих потоков во внешнем ядре не создать даже на суперкомпьютере. Приходится воспроизводить ее физически, и для этого Лэтроп разрабатывает свой аппарат. Это сфера, заполненная 12 тоннами жидкого натрия, которая вращается со скоростью 140 км/ч и демонстрирует сложные схемы течения жидкого металла и соответствующих изменений порождаемого им магнитного поля. Как сообщает сайт лаборатории, машина уже прошла проверку на воде, системы контроля натрия уже практически готовы. Скоро их заполнят жидким натрием, а позднее ожидается первая закрутка.
| ФАКТЫ О ЯДРЕ |
| 5500°С Температура внутр. ядра Земли, она почти так же высока, как на поверхности Солнца. 360 15% 7000 км |
| ФАКТЫ О ЯДРЕ |
«Изменения, которые мы видим в земном магнитном поле, указывают на бурную, турбулентную погоду внутри ядра, — рассказывает Лэтроп. — Когда я говорю об этом, то имею в виду более быстрые изменения, чем те, что обычно испытывает Земля».
Довольно жутко думать о том, что в тысячах километров под нами, в земном ядре, бушует колоссальное море жидкого металла. Это и есть те процессы, которые поставили под угрозу инфракрасную камеру телескопа «Хаббл» и подняли Лабела из-за рабочего стола в конце одной из пятниц 1997 года.
Команда «Хаббла» обнаружила, что всплески тока появляются в космосе над зоной, известной как Южно-Атлантическая аномалия. Она очень важна и хорошо известна всем, кто занимается космическими исследованиями. Эта область на высоте примерно 500 км простирается от берегов Южной Африки до дальней части Южной Америки. Ее сравнивают с Бермудским треугольником из-за некоторых странных явлений, но в отличие от последнего картина событий здесь не вызывает сомнений.