Путешествие к центру Земли: что на самом деле находится в ядре нашей планеты

Представьте: под вашими ногами, на глубинах в тысячи километров, целая вселенная, о существовании которой мы догадываемся только по редким сейсмическим «эхо».

Там бурлят океаны жидкого железа, экзотические минералы, по ценности превосходящие алмазы. И крошечные формы жизни, которые никогда не видели света, а, тем не менее — живут и прекрасно себя чувствуют.

Давайте разберемся, что известно науке о том, что находится внутри Земли. Ну и, наконец, какие открытия мы можем совершить в ближайшем будущем и как это изменит нашу с вами жизнь.

Тонкая кожа планеты: земная кора

Итак, первый слой — земная кора, которая, как хрустящая корочка на пироге. Только не такая вкусная. Причем настолько, что этим даже пугают людей «Будешь у меня землю жрать».

Сильно на ней останавливаться не буду, думаю, вы и так про нее все прекрасно знаете. Земная кора изучена неплохо.

Толщина земной коры всего 5–70 километров. Пропорционально, это тоньше, чем кожура у апельсина по сравнению с его размером.

Собственно, всё, с чем мы имеем дело — ходим, строим города, выращиваем картошку и копаем метро — это земная кора.

Кора состоит в основном из базальта, гранита и разнообразных осадочных пород.

Жаркая шуба: мантия Земли

Под коркой начинается мантия земли — гигантский слой, толщиной почти 2900 километров. Это вовсе не море огня, как многие стереотипно думают. Скорее, это очень густая, вязкая каменная масса. И она медленно перетекает, как мёд зимой.

Температура мантии варьируется от 500 до 3500°C. Давление там такое, что даже самые прочные материалы превращаются в желе.

Основные минералы здесь — оливин, пироксены. А в глубине мантии — уже более экзотические перовскит и бриджманит.

Именно мантия двигает литосферные плиты. Из-за нее возникают землетрясения и рождаются вулканы. Континенты плавают на мантии, как листики лаврового листа по супу.

Ядро Земли

А теперь самое интересное — ядро земли. Если бы вы как-то оказались в центре Земли, увидели бы железо и никель в различных состояниях.

Схема внутреннего строения Земли

Внешнее ядро — это жидкий океан металла толщиной около 2200 км.

Температура здесь достигает 5000°C. Конвекционные потоки расплавленного железа играют огромную роль для всего живого. Ведь они создают магнитное поле Земли. А оно служит космическим щитом от разрушительного космического излучения. Без него живое сильно бы пострадало от радиации из космоса.

Внутреннее ядро — твёрдый шар радиусом примерно 1300 км. И температура здесь — как на поверхности Солнца: 6230°C. Давление превышает 3,7 миллиона атмосфер.

Недавно учёные обнаружили второе внутреннее ядро — крошечный шарик, скрытый в самом центре. Его структура отличается от остального ядра, и его происхождение пока остаётся загадкой.

Как бы выглядело реальное путешествие к центру Земли

Итак, вообразим, что у нас есть супербур и неограниченный бюджет. Проведем мысленный эксперимент. Как выглядело бы путешествие в недра? Первое, что нам нужно преодолеть — это литосферу.

Литосфера — это твёрдая наружная оболочка Земли, которая включат земную кору и верхнюю часть мантии. Задача литосферы для нашей жизни — защищать нас от экстремальных температур внутри планеты.

Кора (глубина 0–40 км)

Сначала мы пробурили бы земную оболочку — смесь гранита, базальта и осадочных пород. Температура медленно растёт — на 25–30°C на каждый километр глубины.

Мантия (40–2800 км)

Дальше начинаются настоящие сложности. Верхняя мантия похожа на густую кашу из кристаллов оливина. Переходная зона насыщена редкими минералами вроде рингвудита. В нижней мантии давление ломает даже атомные структуры.

Поэтому недостаточно будет просто иметь надежный корпус. Здесь нужны технологии, подобные советско-российскому токамаку в термоядерных электростанциях. А именно — электро-магнитные экраны, которые не допускают прямого контакта.

Внешнее ядро (2800–5000 км)

Здесь никакая буровая штанга уже не поможет. Вас окружает кипящий океан жидкого железа и никеля. Температура 5000°C, и без фантастических технологий вроде магнитных экранов и карбидов тантала-гафния долго здесь не прожить.

Внутреннее ядро (5000–6371 км)

Наконец, вы достигаете самого центра — твёрдого, кристаллического железного шара. Тут так жарко и так давит, что даже мысли о выживании становятся глупыми.

Глубина ядра земли в километрах — около 6371 км от поверхности до центра. И добраться туда на практике мы не сможем ещё очень-очень долго.

Почему внутри Земли горячо

Причин несколько. Первое, что задало импульс, так называемое первичное тепло. Вещество Земли при ее появлении около 4,5 миллиарда лет назад сильно разогрелось во время сжатия за счет действия гравитации.

Одного этого тепла, разумеется, недостаточно — Земля бы давно остыла. И тут включаются другие факторы:

Распад радиоактивных элементов. Ключевой источник тепла сейчас. Внутри Земли идет распад долгоживущих радиоактивных изотопов, таких как уран-238, торий-232 и калий-40. При распаде выделяется много энергии, что и дает высокую температуру.

Трение и движение вещества. Слои вещества движутся, создается трение. Это как если мы интенсивно поводим по шерсти — возникает тепло.

Какие тайны Земли нам ещё предстоит раскрыть

Вот что учёные надеются узнать в ближайшие десятилетия:

Охота за глубинными алмазами

Сегодня мы добываем алмазы из кимберлитовых трубок — они формируются в верхней мантии.

Но на самом деле внутри Земли их намного больше. Более того, они там гораздо более крупные.

В переходной зоне мантии, на глубинах 410–660 км, рождаются редкие, так называемые сверхглубинные алмазы, содержащие уникальные минералы вроде бриджманита.

И в будущем, используя плазменные буры и гиротронные установки, можно будет добираться до таких глубин и добывать эти высококачественные алмазы. Причем в огромных масштабах.

Скорее всего, найдем там и другие, пока еще неизвестные нам минералы с уникальными свойствами.

Новые слои и тайные зоны

Ещё совсем недавно мы думали, что внутреннее ядро земли — просто кусок твёрдого железа. А потом в 2025 году бац — открыли второе внутреннее ядро!

Оказалось, что в самом центре ядра есть крошечный шарик диаметром около 650 км с другой кристаллической структурой железа.

Что это значит? Что, возможно, внутри земного шара есть ещё более сложная архитектура — скрытые переходные зоны, особые слои и плотностные аномалии, о которых мы даже не догадывались.

Пока мы совсем не знаем из чего оно состоит.

Химия недр: найти пропавшие элементы

Пока что мы знаем, что ядро земли состоит в основном из железа и никеля. Но точный состав лёгких элементов остаётся загадкой. А ведь там немало серы, кислорода и кремния.

В будущем с помощью экспериментов с давлением и новыми методами спектроскопии можно будет, наконец, понять, почему ядро снаружи жидкое, внутри твердое и какую функции выполняет недавно открытое маленькое ядро.

Найти жизнь внутри мантии

Сейчас это звучит почти как научная фантастика. Разве могут микроорганизмы выживать при давлении в миллионы атмосфер и температуре за тысячу градусов.

В своей статье про Кольскую сверхглубокую скважину (пока самая глубокая скважина, созданная человечеством) я рассказывал, что ученые нашли жизнь на большой глубине. И она там кипит.

Это была земная кора, но, возможно, есть жизнь и на большей глубине. И такая жизнь может стать нам хорошим подспорьем для освоения новых планет. Ведь если выжили внутри Земли, то и на Марсе выживут и подавно.

Любопытно, что подземные микроорганизмы содержат от 30 до 50% неизученных генов, которых просто нет у наземных организмов. По сути, внутри нашей планеты развивается альтернативная биология! И ее точно стоит изучить.

Как учёные узнали, что находится внутри Земли

Изучать внутреннее строение Земли очень трудно. Гораздо больше мы знаем о космосе. С помощью телескопов мы можем отследить, из чего состоят далекие звезды, планеты и целые галактики (ведь каждое вещество оставляет свой волновой след, который мы можем узнать с помощью спектрального анализа).

Для внутреннего устройства Земли таких механизмов нет.

Учёные, в частности, изучают внутренние слои Земли с помощью сейсмических волн. Когда происходит землетрясение, волны проходят сквозь планету, отражаются, изгибаются и затухают по-разному. Это зависит от того вещества, сквозь которое волны проходят.

Благодаря этим волнам мы знаем, что Земля состоит из земной коры, мантии земли и ядра земли. Причём ядро, как выяснилось, делится на внешнее и внутреннее. И если внешнее жидкое, то внутреннее — твёрдое, как булыжник на морозе.

А ещё нам помогают данные о магнитном поле Земли, геохимические анализы и эксперименты с давлениями.

Поэтому, даже несмотря на то, что у нас нет таких удобных методов для изучения Земли, как для наблюдения за космосом, знаем мы о нашей планете уже немало.

Живая планета: и мы её пока едва знаем

Если представить, что наша планета — это сложный живой организм, то человечество пока только щекочет ей кожу.

Мы знаем внутреннее строение Земли в общих чертах, умеем строить схемы типа «из каких слоев состоит земля», можем объяснить, почему внутри земли горячо и как образовалось ядро земли, но реальных данных всё ещё катастрофически мало.

Наша литосфера с её земной корой и горами — это всего лишь тончайшая оболочка. Под ней — кипящий котёл мантии и загадочное ядро, без которого Земля не имела бы магнитного поля, атмосферы и жизни в привычной нам форме.

И да, если вас спросят, что находится в центре Земли, теперь у вас есть ответ: раскалённое железное сердце, которое держит на своих плечах всё наше существование.

Так что когда в следующий раз поскользнётесь на мокром асфальте, улыбнитесь: под вами — тысячи километров неведомого мира, о котором мы только начинаем узнавать.