почему нельзя докопать до ядра земли
Почему ещё никто не додумался выкопать яму до ядра Земли? в закладки 4
На сегодняшний день самая глубокая естественная впадина в мире — Бездна Челленджера в Марианской впадине. Ее глубина составляет приблизительно 11 километров. Практически такую же глубину имеет желоб Тонга, хотя он и менее известен.
Самая глубокая естественная впадина — Кольская сверхглубокая скважина. На сегодня она простирается в глубину на 12 километров 262 метров — глубже Марианской впадины. Однако если вы представляете себе эту скважину как колонну, в которую можно спуститься на лифте, это не так. На сегодня диаметр самой широкой части Кольской скважины составляет менее 40 сантиметров, так что пролезть туда ну никак не получится. При бурении на такие глубины возникает множество проблем с оборудованием и движением вглубь. Так как горные породы имеют разную плотность, бур время от времени отклоняется в сторону, чтобы обойти плотный участок скальной породы.
Бурили скважину с научными целями начиная с 1970-х годов. Такой большой глубины исследователям удалось достичь, используя самое современное на тот момент буровое оборудование. Это был достаточно трудоемкий процесс. За 4 часа установка проходила 7-10 метров, после чего ее нужно было доставать, перебирать и опускать заново. Это также занимало огромное количество времени. Причем чем глубже пробирались специалисты, тем сложнее становился процесс. Так, на переход с семи километров до 12 у них ушло десять лет работы. Пробраться глубже 12 262 метров специалистам не удалось из-з двух аварий, которые случились после достижения 12-ти километров. Буры застревали в породах и вытащить их было невозможно. После второго такого раза, ставшего рекордным, в 1994 году работы на скважине были закрыты. Теперь место, где бурили Кольскую сверхглубокую заброшено, все бараки и научные здания разрушены.
Так что, можете судить сами: добраться до ядра Земли учеыне пытаются уже довольно давно, однако сделать этого пока не получается из-за недостаточно совершенного оборудования.
Откуда мы знаем, что находится в ядре Земли?
Люди заполнили Землю. Мы завоевывали земли, летали по воздуху, ныряли в глубины океана. Мы даже побывали на Луне. Но мы никогда не были в ядре планеты. Мы даже и близко к нему не подобрались. Центральная точка Земли находится в 6000 километрах внизу, и даже самая дальняя часть ядра находится в 3000 километрах под нашими ногами. Самая глубокая дыра, которую мы сделали на поверхности — это Кольская сверхглубокая скважина в России, да и то она уходит вглубь земли на жалкие 12,3 километра.
Все известные события на Земле происходят близко к поверхности. Лава, которая извергается из вулканов, сначала плавится на глубине нескольких сотен километров. Даже бриллианты, которым необходимо чрезвычайное тепло и давление для образования, рождаются в породах на глубине не более 500 километров.
Все, что ниже, окутано тайной. Кажется недостижимым. И все же мы знаем довольно много интересного о нашем ядре. У нас даже есть некоторое представление о том, как оно сформировалось миллиарды лет назад — и все без единого физического образца. Как же нам удалось узнать так много о ядре Земли?
Для начала нужно хорошо подумать о массе Земли, говорит Саймон Редферн из Кембриджского университета в Великобритании. Мы можем оценить массу Земли, наблюдая за эффектом гравитации планеты, который она оказывает на объекты на поверхности. Выяснилось, что масса Земли составляет 5,9 секстиллиона тонн: это 59 с двадцатью нулями.
Но на поверхности нет признаков такой массы.
«Плотность материала на поверхности Земли намного ниже, чем средняя плотность всей Земли, что говорит нам о том, что есть что-то более плотное, — говорит Редферн. — Это первое».
По существу, большая часть земной массы должна быть расположена по направлению к центру планеты. Следующим шагом будет выяснить, из каких тяжелых материалов состоит ядро. И оно состоит почти полностью из железа. 80% ядра — это железо, однако точную цифру еще придется выяснить.
Главным доказательством этого является огромное количество железа во Вселенной вокруг нас. Это один из десяти самых распространенных элементов в нашей галактике, который также часто встречается в метеоритах. При всем этом на поверхности Земли намного меньше железа, чем можно было бы ожидать. Согласно теории, когда Земли образовалась 4,5 миллиарда лет назад, много железа утекло вниз к ядру.
Там сосредоточена большая часть массы, а значит, и железо должно там быть. Железо также относительно плотный элемент при нормальных условиях, а под сильным давлением в ядре Земли оно будет еще плотнее. Железное ядро могло бы объяснить всю недостающую массу.
Но погодите. Как железо вообще там оказалось? Железо должно было каким-то образом притянуться — в буквальном смысле — к центру Земли. Но сейчас этого не происходит.
Большая часть остальной Земли состоит из горных пород — силикатов — и расплавленное железо с трудом через них проходит. Подобно тому, как вода на жирной поверхности образует капли, железо собирается в небольших резервуарах, отказываясь растекаться и разливаться.
Возможное решение было обнаружено в 2013 году Венди Мао из Стэнфордского университета и ее коллегами. Они задались вопросом, что происходит, когда железо и силикат подвергаются сильному давлению глубоко в земле.
Плотно сжимая оба вещества при помощи алмазов, ученым удалось протолкнуть расплавленное железо через силикат. «Это давление существенно изменяет свойства взаимодействия железа с силикатами, — говорит Мао. — При высоком давлении образуется «сеть плавления».
В этот момент вы можете спросить: откуда мы, собственно, знаем размер ядра? Почему ученые считают, что оно начинается в 3000 километрах? Ответ один: сейсмология.
Когда происходит землетрясение, оно посылает ударные волны по всей планете. Сейсмологи записывают эти колебания. Будто бы мы бьем по одной стороне планеты гигантским молотом и прислушиваемся к шуму на другой стороне.
«В 1960-х годах произошло землетрясение в Чили, которое дало нам огромное количество данных, — говорит Редферн. — Все сейсмические станции по всей Земле записывали толчки этого землетрясения».
В зависимости от маршрута этих колебаний, они проходят через разные участки Земли, и это влияет на то, какой «звук» они издают на другом конце.
В начале истории сейсмологии стало очевидно, что некоторые колебания пропали без вести. Эти «S-волны» ожидали увидеть на другом конце Земли после происхождения на одном, но не увидели. Причина этому простая. S-волны реверберируют через твердый материал и не могут проходить через жидкость.
Должно быть, они столкнулись с чем-то расплавленным в центре Земли. Составив карту путей S-волн, ученые пришли к выводу, что на глубине примерно 3000 километров породы становятся жидкими. Это также говорит о том, что все ядро расплавленное. Но у сейсмологов был и другой сюрприз в этой истории.
Идея Леман была подтверждена в 1970 году, когда более чувствительные сейсмографы показали, что P-волны действительно проходят через ядро и, в некоторых случаях, отражаются от него под некоторыми углами. Неудивительно, что в конце концов они оказываются на другой стороне планеты.
Конкурирующие страны узнавали о ядерном потенциале друг друга и параллельно с этим мы узнавали все больше и больше о ядре Земли. Сейсмология до сих пор используется для обнаружения ядерных взрывов сегодня.
Вопросов от этого не становится меньше, особенно на тему внутреннего ядра. К примеру, насколько оно горячее? Выяснить это оказалось не так-то просто, и ученые долгое время ломали голову, говорит Лидунка Вокадло из Университетского колледжа Лондона в Великобритании. Мы не можем засунуть туда термометр, поэтому единственный возможный вариант — это создать нужное давление в лабораторных условиях.
В 2013 году группа французских ученых произвели лучшую оценку на сегодняшний день. Они подвергли чистое железо давлению в половину того, что имеется в ядре, и отталкивались уже от этого. Температура плавления чистого железа в ядре составляет примерно 6230 градусов. Присутствие других материалов может немного снизить точку плавления, до 6000 градусов. Но это все равно горячее, чем на поверхности Солнца.
Будучи своего рода поджаренной картошкой в мундире, ядро Земли остается горячим, благодаря теплу, оставшемуся от образования планеты. Оно также извлекает тепло из трения, возникающего по мере движения плотных материалов, а также распада радиоактивных элементов. Остывает оно примерно на 100 градусов по Цельсию каждый миллиард лет.
Знать эту температуру полезно, поскольку она влияет на скорость прохождения колебаний через ядро. И это удобно, потому что в этих вибрациях есть что-то странное. P-волны проходят неожиданно медленно через внутреннее ядро — медленнее, чем если бы оно состояло из чистого железа.
«Скорости волн, которые сейсмологи измерили в землетрясениях, значительно ниже, чем показывает эксперимент или компьютерный расчет, — говорит Вокадло. — Никто пока не знает, почему так».
Очевидно, к железу примешивается другой материал. Возможно, никель. Но ученые посчитали, как сейсмические волны должны проходить через железо-никелевый сплав, и не смогли подогнать расчеты под наблюдения.
Вокадло и ее коллеги в настоящее время рассматривают возможность присутствия в ядре других элементов, например, серы и кремния. Пока никто не смог придумать теорию состава внутреннего ядра, которая удовлетворила бы всех. Проблема Золушки: туфелька никому не подходит. Вокадло пытается экспериментировать с материалами внутреннего ядра на компьютере. Она надеется найти комбинацию материалов, температур и давления, которые будут замедлять сейсмические волны на правильную величину.
«Если этот эффект реален, мы могли бы примирить результаты минеральной физики с результатами сейсмологии, — говорит Вокадло. — Люди пока не могут этого сделать».
Существует еще много загадок, связаных с ядром Земли, которые еще предстоит решить. Но не имея возможности погрузиться на эти невообразимые глубины, ученые совершают подвиг, выясняя, что находится в тысячах километров под нами. Скрытые процессы недр Земли чрезвычайно важно изучать. У Земли есть мощное магнитное поле, которое генерируется благодаря частично расплавленному ядру. Постоянное движение расплавленного ядра порождает электрический ток внутри планеты, и он, в свою очередь, генерирует магнитное поле, которое уходит далеко в космос.
Это магнитное поле защищает нас от вредного солнечного излучения. Не будь ядро Земли таким, каким оно является, не было бы магнитного поля, а мы бы серьезно от этого страдали. Вряд ли кто-нибудь из нас сможет увидеть ядро своими глазами, но хорошо просто знать, что оно там есть.
Что с вами случится, если вы попадёте в центр Земли
Добраться до центра Земли и выжить при этом невозможно: температура ядра Земли составляет почти 5 тыс °С, что сравнимо с температурой на поверхности Солнца, кроме того, давление на такой глубине примерно в три млн раз выше, чем на поверхности Земли. Но это ещё не всё — физика в центре планеты намного интереснее.
Гравитация, или сила притяжения, будет иметь в этом случае решающее значение. Сила притяжения определяется массой объектов и расстоянием между ними — чем больше они весят и чем ближе друг к другу находятся, тем выше сила притяжения. Именно поэтому мы не можем оторваться от поверхности Земли.
В центре планеты ситуация будет несколько иной. Форма Земли близка к сферической, поэтому в центре гравитационные силы под воздействием всей её массы будут противодействовать друг другу. Таким образом, в центре Земли вас будет равномерно «тянуть» во все стороны одновременно, и, как ни странно, это было бы аналогично условиям в невесомости.
Но что произойдет, если вы попытаетесь покинуть центр Земли, скажем, поднимаясь по очень длинной лестнице, которая заканчивается в Лос-Анджелесе? Для простоты давайте предположим, что плотность Земли от центра до поверхности везде одинакова.
Итак, из-за гравитации ваши ноги будет тянуть к Индийскому океану, а голову одновременно с этим — к Лос-Анджелесу. После преодоления нескольких ступеней вас по-прежнему будет тянуть в сторону Индийского океана, и вы продолжите чувствовать себя почти невесомым. Но по мере того, как вы будете подниматься, масса над вами будет всё меньше и меньше, а под вашими ногами, напротив, больше, поэтому притяжение ядра Земли будет ощущаться сильнее, и вы будете постепенно терять ощущение невесомости, пока на поверхности оно не исчезнет окончательно.
uCrazy.ru
