По своим размерам Земля выглядит весьма скромно. Даже среди ближайших космических соседей по Солнечной системе по этому показателю она «середнячок», даже не вошедший в тройку «лидеров» — четвертая из восьми.
Однако уникальность нашей планеты отнюдь не в ее массе, и не в крайне высокой температуре ядра. Земля — до сих пор единственная известная нам экосистема, ставшая колыбелью цивилизации.
Строение Земли
По форме Земля близка к шару — экваториальный и полярный диаметры равны соответственно 12754 и 12711 километрам. Если мысленно сделать срез от ее поверхности до центра, то мы увидим настоящий «слоеный пирог» из трех основных слоев — земной коры (толщина до 75 км), мантии (примерно 2800 км) и ядра. В свою очередь земное ядро состоит из внешнего и внутреннего ядер толщиной соответственно 2300 и 1200 км.
Однако у «твердой» Земли есть продолжение, без которого она никогда бы не стала той Землей, что мы знаем — уходящая в небеса атмосфера.
Это тоже, по сути, «слоеный пирог», только уже небесный. Нижняя часть атмосферы (примерно до 20 км) — тропосфера. Выше (до 50 км) находится стратосфера. Поднявшись еще на 30 км, мы окажемся в мезосфере — «предбаннике» ближнего космоса. Ближний космос — термосфера простирается на высоте от 80 до 700 км. До границы земной атмосферы — экзосферы придется преодолеть 10000 км.
История открытия земного ядра
Самым интересным объектом научных исследований стало ядро Земли. Впервые гипотезу о его существовании высказал немецкий геофизик Эмиль Вихерт в 1897 году.
В ходе исследований он пришел к выводу, что Земля состоит из нескольких слоев, а разница между плотностью пород поверхностного слоя и средней плотностью Земли может означать лишь одно — наличие у нее в центре тяжелого железного ядра.
Спустя почти 30 лет, французский геофизик Бенуа де Либриз на основе измерений параметров землетрясений, зафиксированных в 800 км от эпицентра, заметил, что это расстояние сейсмические волны проходили через Землю несколько быстрее первоначальных предположений, из чего он сделал вывод — глубоко в недрах Земли находится слой, ускоряющий распространение волн.
Позже коллега Либриза британский геофизик Дэвид Пайпс открыл Z-волны, проходящие как через твердую, так и жидкую среды, включая ядро Земли.
Почему земное ядро твердое
В результате последующих исследований ученым удалось установить температуру ядра Земли — от 5427 до 5927 °C, что примерно соответствует средней температуре на поверхности Солнца (около 5500 °C) и даже чуть превышает ее. Причина такого «отставания» — в темных пятнах на Солнце, где температура плазмы «всего» 3727 °C.
Также стал известен и состав внутреннего ядра Земли, представляющий собой сплав железа и никеля. При этом оставалось загадкой, как при температурах — горячее Солнца — ядро остается твердым. Для справки: температура плавления железа 1538 и никеля 1453 °C.
Почему так происходит? Дело в том, что центр Земли — это уникальный природный реактор, где ее ядро находится под «спудом» гигантского, запредельного давления — 350 гигапаскалей или 3,5 млн. атмосфер. Именно оно стабилизирует кристаллическую решетку железоникелевого ядра и обеспечивает его твердость. В отличие от внутреннего, внешнее ядро Земли жидкое.
Почему ядро Земли горячее
Последние десятилетия физики-ядерщики бьются за доступ к управляемому термоядерному синтезу, а по сути — за создание земного Солнца. А между тем нерукотворный ядерный реактор буквально у нас под ногами на глубине примерно 7000 км.
Он был «запущен» примерно 4,5 млрд. лет назад, когда формировалась наша планета. Но даже столь длительная «эксплуатация» практически не повлияла на количество выделяемого ядром Земли тепла — ядерный распад внутри него до сих пор генерирует энергию мощностью до 20 тераватт или 20 млрд. кВт?ч.
И все же земной реактор понемногу остывает — примерно на 100 °C каждый миллиард лет. При этом утерю первичного тепла, хоть и не полностью, компенсирует энергия от трения и термоядерной реакции, тормозящая процессы естественного остывания.
В научном сообществе пока нет единого мнения о перспективах «рабочего ресурса» земного ядра. Однако, если теория о поддержании теплового баланса верна, то беспокоиться не о чем — в запасе у Земли, как минимум, несколько десятков миллиардов лет. Кстати, Солнце может погаснуть гораздо раньше.