Юный техник, 2015 № 05

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ А что у Земли внутри?

Странное дело, о других планетах Солнечной системы нам известно больше, чем о центре Земли. Из космоса наша планета кажется порой безмятежным голубым шариком. Но время от времени извержения вулканов и землетрясения напоминают нам о том, что под земной корой протекают 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. Таким образом, сама жизнь на Земле зависит от магнитного поля, порождаемого ядром планеты.

Профессор Сяодун Сунн — один из тех, кто разработал новую модель земного ядра на основании полученных данных.

Земное ядро отныне будут считать трехслойным.

Именно потому такой живой интерес вызвало недавнее открытие исследователей из Университета Иллинойса (США) и китайских специалистов в Университете Нанкина (КНР). Они утверждают, что ухитрились «заглянуть» в центр Земли. При этом, как полагают ученые, они обнаружили, что в самом центре большого железного ядра находится еще одно ядро, которое значительно меньше по размеру и отличается от него по составу, хотя тоже состоит из кристаллов железа.

К такому выводу китайские и американские исследователи пришли на основе анализа эха землетрясений. Ученые давно обратили внимание, что сейсмические волны по-разному проходят через ядро, что позволяет предположить его неоднородность.

«Внутреннее ядро очень мало по своим размерам — оно меньше Луны, но при этом у него очень много интересных свойств, — рассказал журналистам профессор Сяодун Сунн, работающий ныне в Университете Иллинойса в американском городе Урбана. — Оно может поведать нам, как сформировалась Земля, рассказать о ее ранней истории и раскрыть суть многих других геологических процессов. Его открытия нам не хватало для того, чтобы лучше понимать то, что происходит в недрах планеты».

Теперь исследователи полагают, что ядро планеты, расположенное на глубине более 5 000 км, начало затвердевать примерно миллиард лет назад. Оно продолжает расти и сейчас, причем каждый год увеличивается в размерах почти… на полмиллиметра!

Все это ученые узнали, использовав сейсмические волны примерно так, как врачи в поликлиниках применяют ультразвук для изучения наших внутренностей. Однако есть здесь и свои особенности. Команда сейсмологов использовала технологию, которая собирает данные не от первого толчка, а от так называемых афтершоков — повторных толчков и сейсмического эха землетрясения.

В итоге специалисты обнаружили, что внешняя часть внутреннего ядра обладает теми классическими свойствами, которые приписывались всему металлическому ядру Земли — его кристаллы «повернуты» на север и на юг, вдоль магнитной оси планеты, а их химический состав соответствует тем данным, которые геологи получали в ходе предыдущих «прослушиваний».

Компьютерная модель переполюсовки магнитного поля Земли, которая может быть вызвана изменениями в ядре планеты.

Южно-Атлантическая аномалия вызывает отказы оборудования на спутниках.

Глубинные же слои внутреннего ядра устроены совершенно иначе. Его кристаллы повернуты на запад или на восток, и их структура, судя по необычному характеру взаимодействия с сейсмическими волнами, заметно отличается от устройства материи средних слоев ядра.

Как полагают эксперты, внутреннее ядро планеты пережило несколько этапов геологической эволюции, детали которой они попытаются прояснить в ходе последующих сейсмологических наблюдений.

На основании полученных данных ученые теперь надеются, что смогут лучше помогать и космическим инженерам, которым, как ни странно, тоже очень важно знать, что происходит внутри Земли. Так, например, несколько лет тому назад была обнаружена некая странная аномалия геомагнитного поля в Южной Атлантике.

Ее существование вызвало бы лишь научное любопытство, если бы не одно обстоятельство. Несколько спутников, пролетавших через аномалию, вышли из строя. Здесь же нарушалась работа компьютеров на космических челноках. А астронавты, пролетая через эту зону, сообщали, что видят падающие звезды даже с закрытыми глазами.

Более того, однажды вдруг забарахлил космический телескоп «Хаббл». Причем дистанционное обследование проведенное инженером NASA Кеном Лабелом и его группой, показало, что в причинах сбоя в работе электроники телескопа опять-таки виновна Южно-Атлантическая аномалия. Оказалось, что магнитное поле в ее зоне значительно слабее, чем в любом другом районе планеты. Это создает угрозу для электроники космических аппаратов, поскольку ослабленное геомагнитное поле позволяет разрушительным космическим излучениям глубже проникать в земную атмосферу.

Разобравшись в причинах сложившейся ситуации, специалисты NASA стали перед входом «Хаббла» в аномалию отключать некоторые приборы.

И это еще не все. Есть предположение, что процессы, происходящие внутри земного ядра, могут привести к переполюсовке планеты. То есть, говоря попросту, Южный и Северный магнитные полюса могут поменяться местами. Такой процесс приведет не только к тому, что все магнитные компасы станут функционировать «наоборот». В момент переполюсовки геомагнитное поле может как бы отключиться, что приведет к многочисленным сбоям многих электронных систем на планете, станет причиной множества аварий, а то и катастроф.

Многие, наверное, еще помнят фантастический голливудский фильм «Земное ядро», снятый в 2003 году. Экспедиция отважных исследователей отправляется в недра планеты, чтобы раскрутить останавливающееся земное ядро. В действительности, однако, подобная экскурсия, скорее всего, практически невозможна. Ведь любое проникновение в глубь Земли требует в миллиарды раз больше энергии, чем отправка ракеты в космос.

Впрочем, это обстоятельство не помешало профессору Дэвиду Стивенсону, планетологу из Калифорнийского технологического института (США), предложить идею отправить к земному ядру зонд размером с грейпфрут. Он должен был бы погрузиться в течение недели в глубь земной коры сквозь трещину, образованную ядерными зарядами, с помощью мощного потока расплавленного железа. Тогда сейсмологи смогли бы точнее прогнозировать землетрясения и прочие неприятности, происходящие в недрах Земли, подобно тому, как метеорологи уточняют свои прогнозы с помощью шаров-метеозондов.

Трудность этой затеи состоит в том, что не существует материала, способного выдержать температуру и давление, с которыми пришлось бы столкнуться такому зонду. Невероятным выглядит также сохранение трещины в пластичной мантии достаточно долгое время, не говоря уже об астрономической стоимости такого проекта и ущербе, который нанесут окружающей среде ядерные взрывы. А потому наши специалисты из Института физики Земли предлагают модифицировать этот проект. Зонд надо начинить радиоактивными отходами, спустить в пробуренную скважину, а дальше пусть он самостоятельно прокладывает себе путь, расплавляя породу за счет радиоактивных процессов.

Тем не менее, и в этом варианте технических сложностей предостаточно. Так что, скорее всего, в ближайшие десятилетия специалисты будут пользоваться в исследовании глубинных слоев планеты косвенными методами.

За последние годы мы значительно продвинулись в понимании ядра Земли и его влияния на нашу жизнь. Но предстоит еще долгий путь, и чем больше мы узнаем, тем яснее становится необходимость докопаться до сути процессов, протекающих в центре Земли.

Именно потому столь важно открытие ученых, позволивших узнать, что ядро нашей планеты не двухслойное, как думали раньше, а трехслойное.

Публикацию подготовил С. НИКОЛАЕВ