Самая глубокая дырка на свете
На Кольском полуострове, за полярным кругом, есть ржавая железная крышка размером с крышку от кастрюли. Под ней — скважина глубиной 12 262 метра. Люди сверлили её больше двадцати лет и бросили: на глубине стало слишком горячо, около 180 градусов, а порода поползла, как пластилин, и всё время затягивала дыру обратно.
Это самая глубокая скважина в истории человечества.
А до центра Земли — 6371 километр.
Получается, мы проковыряли планету на одну пятисотую часть пути. Это как если бы ты собирался пройти пешком от Москвы до Санкт-Петербурга, а прошёл полтора километра — и всё.
И тем не менее учёные довольно уверенно рассказывают, что творится в самом центре: там железный шар с температурой около шести тысяч градусов. Откуда они это взяли, если никто там не был и никогда не будет?
Самый простой аргумент: планета слишком тяжёлая
Первая подсказка вообще не требует лезть под землю. Достаточно взвесить Землю целиком — а это можно сделать, наблюдая, как она притягивает другие тела.
Учёные знали массу Земли и знали её размер. Разделили одно на другое и получили: в среднем кубический метр Земли весит около 5,5 тонны.
А потом взяли обычный камень с поверхности — гранит, базальт — и взвесили. Кубический метр гранита весит примерно 2,7 тонны. В два раза меньше!
Вывод неизбежен: снаружи планета сделана из лёгкого камня, значит, внутри должно быть что-то гораздо более тяжёлое. Настолько тяжёлое, чтобы вытянуть средний вес до 5,5 тонны. Из известных распространённых веществ на эту роль подходит железо.
Как звук землетрясения рисует карту
Главный инструмент появился в конце XIX века, и это было гениально просто.
Когда где-то случается сильное землетрясение, по планете во все стороны расходятся волны — как круги по воде, только не по поверхности, а сквозь всю толщу. На другом конце мира стоят приборы-сейсмографы, которые ловят эти волны и записывают, когда именно они пришли.
А дальше — то же, что с эхом. Волны ведут себя по-разному в разных веществах: в плотном камне идут быстрее, в рыхлом медленнее, а на границе между слоями преломляются — заворачивают, как луч света на границе воздуха и воды. Ты видел это, когда опускал ложку в стакан: ложка кажется сломанной.
Учёные собрали записи с сотен станций по всему миру и стали смотреть, где волны пришли раньше, где позже, а куда вообще не добрались. Из этих расхождений и собралась картина внутренностей планеты.
Одна находка была особенно красивой. Оказалось, что есть «теневая зона» — целый пояс на другой стороне Земли, куда часть волн от землетрясения вообще не приходит. Дело в том, что волны бывают двух видов: одни — как сжатие пружины, они идут и через твёрдое, и через жидкое; другие — как колебание натянутой верёвки вбок, и эти сквозь жидкость пройти не могут вовсе.
Вторые исчезали. Значит, глубоко внутри что-то жидкое. Так в 1906 году нашли расплавленное ядро.
А в 1936 году датчанка Инге Леманн заметила: в самой середине волны почему-то ускоряются и отражаются. Она объяснила это тем, что внутри жидкого ядра спрятан ещё один шарик — твёрдый. Ей долго не верили. Оказалось, права.
Что получилось в итоге
Теперь можно разрезать планету и посмотреть, что внутри. Слоёв четыре.
Кора — то, по чему мы ходим. Под материками её в среднем 35 километров, под океанами — всего 7. Звучит солидно, но по сравнению с целой планетой это ничто.
Сравнение с яблоком тут почти точное: кожура яблока — примерно такая же доля от его радиуса, как кора от радиуса Земли. Всё, что построили люди, все шахты, корни деревьев и самая глубокая скважина умещаются в этой кожуре.
Мантия — главный по объёму слой, почти 2900 километров горячего камня. Тут нужно сразу поправить распространённую ошибку: мантия не жидкая. Она твёрдая. Просто за тысячи лет она очень медленно течёт, как холодный мёд или как ледник, который выглядит камнем, но ползёт вниз по долине. Скорость этого течения — несколько сантиметров в год. Именно это медленное перемешивание двигает материки, поднимает горы и трясёт землю.
Внешнее ядро — вот оно по-настоящему жидкое. Расплавленное железо с никелем, толщина слоя 2200 километров.
Внутреннее ядро — шар из железа радиусом около 1200 километров: это примерно размер Плутона и две трети Луны. Температура там примерно как на поверхности Солнца — около 5500 градусов. При такой жаре железо давно должно было бы расплавиться, но его так сильно сдавливает вся тяжесть планеты сверху, что оно остаётся твёрдым. Давление в центре Земли в три с половиной миллиона раз больше того, что давит на тебя сейчас.
Зачем нам это железо
Может показаться, что ядро — это просто далёкая горячая штука, которая нас не касается. Нет.
Жидкое железо во внешнем ядре всё время перемешивается: снизу его подогревает ядро внутреннее, сверху оно остывает, и получаются медленные вихри. А движущийся металл, как ты знаешь из школьного опыта с катушкой, порождает магнитное поле.
Так у Земли появляется магнитное поле. Оно поворачивает стрелку компаса — и оно же работает щитом: отбрасывает поток заряженных частиц, который непрерывно летит от Солнца. Без этого щита солнечный ветер за миллионы лет содрал бы с планеты атмосферу и высушил бы океаны.
Похоже, именно это и случилось с Марсом. Он меньше Земли и остыл внутри быстрее, его ядро успокоилось, магнитное поле почти исчезло — и Марс превратился в холодную пустыню с очень разреженным воздухом.
А на Земле частицы солнечного ветра, соскальзывая по магнитным линиям к полюсам, врезаются в верхние слои атмосферы и заставляют её светиться. Это северное сияние. Получается, зелёные всполохи над Мурманском — это привет от расплавленного железа за три тысячи километров под ногами.
Главное в трёх строчках
- Внутрь Земли никто не заглядывал: самая глубокая скважина прошла лишь пятисотую долю пути до центра.
- Строение планеты выяснили косвенно — по её общему весу и по тому, как сквозь неё проходят волны землетрясений.
- Под тонкой корой лежит медленно текущая твёрдая мантия, под ней жидкое железное ядро, которое создаёт магнитное поле, а в самом центре — твёрдый железный шар.