Как выглядит пространство под землей, на которой мы стоим? В фильме «Путешествие к центру Земли» представлен интересный подход в интерпретации этого вопроса. Глубокий подземный мир изображен как загадочное место, где по долине бегают гигантские животные, океан наполняют голодные пираньи, а камни плавают в воздухе из-за сильного магнитного поля. Начнем наше путешествие к центру Земли, к неизведанному миру, где еще никому не удалось побывать.
Внутреннее строение земли, мир под нашими ногами
Самое дальнее расстояние, когда-либо преодолеваемое людьми, — это расстояние к Луне, которая находится в среднем за 384 400 км. от Земли. «Вояджер-1» преодолел 20 миллиардов километров от Земли и стал космическим зондом, находящимся на самом дальнем расстоянии в космосе среди созданных людьми объектов. В наше время, когда люди протягивают руки к космосу, глубина, пройденная нами к центру Земли с поверхности, составляет всего 13 км, что может казаться парадоксальным. Учитывая, что радиус Земли составляет около 6 400 км, мы даже не преодолели верхний слой Земли.
Из-за чрезвычайно высокого давления и температуры внутри Земли существует предел глубины досягаемости человека. Однако подобно тому, как внутреннюю часть человеческого тела можно увидеть с помощью рентгеновских лучей или ультразвуковых волн, внутреннюю структуру Земли можно увидеть, анализируя сейсмические волны, которые проходят через слои земли и являются результатом землетрясений, создающих вибрации.
Сейсмические волны разделяются на P-волны и S-волны, которые содержат информацию о недрах земли. S-волны могут проходить только через твердые материалы, тогда как P-волны могут проходить через почти любой материал. Во время передачи сейсмической волны скорость ее распространения внезапно изменяется на границе раздела, когда она попадает в слой с другим материалом. Благодаря таким характеристикам сейсмических волн стало известно из скольки слоев состоит Земля.
В 1909 году хорватский сейсмолог Андрия Мохоровичич обнаружил пятно, в котором скорость сейсмической волны резко увеличивалась на десятки километров ниже поверхности земли, а это означало, что внутренняя часть Земли состояла из разных материалов. Сегодня граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровича в честь ученого. В 1914 году Бено Гутенберг, немецко-американский сейсмолог, открыл границу между мантией и ядром. В 1936 году датский сейсмолог Инге Леманн обнаружила внутреннее ядро Земли.
Внутри Земли нет загадочного пространства, где обитают редкие животные, но было обнаружено, что внутренняя часть земли разделена на слои, как яйцо, состоящее из желтка, яичного белка и скорлупы. В центре Земли, похожем на желток, находится тяжелое ядро радиусом около 3500 км., которое разделено на твердое внутреннее ядро и жидкое внешнее ядро. Температура внутреннего ядра составляет выше 5000°C. Ядро окружено мантией толщиной 2900 км, словно желток окружен яичным белком. Относительно легкая кора плавает на поверхности земли, которая похожа на скорлупу. Есть два типа коры: континентальная кора со средней толщиной около 35 км и океаническая кора толщиной около 5 км.
Тектоника плит: земля пребывает в движении
Кажется, что земная поверхность вообще не движется, но на самом деле это не так, просто движение происходит очень медленно. Эти движения земли вызывают устрашающие землетрясения и извержения вулканов. Однако ученые, считавшие Землю неподвижным твердым телом, долгое время не могли дать правильного объяснения деформациям земной коры. Тектоника плит была предложена только в 1960-х годах. Это теория, которая гласит, что внешняя оболочка Земли состоит не из цельного куска, а из более чем десяти маленьких и больших частей, похожих на скользящие кусочки пазла. У людей сформировался новый взгляд на Землю.
Кусочки на поверхности земли называются «плитами» — жесткой литосферой, толщиной около 100 км., включающей земную кору и самый верхний слой мантии. Движущая сила этих огромных плит, — это мантия, которая течет глубоко под поверхностью земли. Под плитами находится астеносфера, часть мантии, которая, под действием тепла из недр, расплавилась и стала полужидкой, как липкое желе. Астеносфера перемещает плавающие плиты за счет конвекции.
Тектонические плиты перемещаются всего на несколько сантиметров в год — скорость, с которой у человека растут ногти. Однако в масштабе миллионов лет гигантские плиты движутся так, будто это конвейерная лента. Подобно тому, как каждый год у дерева добавляется годичное кольцо, мантия, похожая на голую кожу земли, выходит и образует новые плиты, а старые плиты, заталкиваясь вниз, плавятся и повторно используются в качестве мантии; таким образом происходит циркуляция пород. В месте, где плиты сталкиваются друг с другом образуются горные хребты, долины или океаны образуются там, где плиты дрейфуют друг от друга, а на границах плит иногда происходят землетрясения.
Другие планеты земной группы и Луна тоже подверглись изменениям с момента своего образования, но Землю можно назвать особенной живой планетой, поскольку она все еще меняется.
Внутренняя сила, поддерживающая Землю
Климатическая система Земли контролируется циркуляцией материи между атмосферой, гидросферой, биосферой и геосферой. Движение плит является важным компонентом системы контроля температуры Земли, поскольку оно производит циркуляцию углекислого газа, еще называемого парниковым газом. В результате извержения вулканов углерод из горных пород — основных резервуаров углерода, попадает в атмосферу Земли в виде углекислого газа, а углекислый газ в атмосфере растворяется в воде или превращается в осадочные породы на дне океана и возвращается обратно внутрь Земли.
Ученые предполагают, что магнитное поле Земли, будучи необходимой защитной пленкой и щитом для живых организмов, также создается внутри Земли: когда во внешнем ядре, жидком слое, состоящем в основном из железа и никеля, происходит конвекция она генерирует электрические токи, подобно генератору; и так же, как магнитное поле создается вокруг проводника с током, токи из внешнего ядра могут создавать магнитное поле Земли.
Минералы и энергетические ресурсы, необходимые для нашего существования, также существуют внутри Земли. Подземные ресурсы широко используются в нашей повседневной жизни и промышленности. Минеральные ресурсы стали частью нашей жизни. Большинство предметов первой необходимости, таких как мобильные телефоны, компьютеры, автомобили, самолеты, керамика, косметика и лекарства, содержат минералы. Место, в котором в земной коре сосредоточены полезные для жизни человека полезные ископаемые, называется «месторождением полезных ископаемых». Оно возникает в результате движения плит на границах, где они сталкиваются или разделяются. Благодаря вулканической деятельности, метаморфизму и магматизму, которые происходят на границах плит, материалы в коре образуют новые соединения, изменяются или производят различные виды минералов по мере обогащения определенных компонентов. Многие месторождения полезных ископаемых находятся в пределах плит, которые некоторые люди даже называют житницей минеральных ресурсов. Ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, образуются при воздействии высокого давления и тепла на остатки животных и растений, погребенных в земной коре в течение длительного времени.
Принесшее благо цивилизации человечества изобилие полезных ископаемых и энергетических ресурсов исходит из самой Земли. Хотя мы обычно не ощущаем внутренней силы Земли, на самом деле она контролирует человеческие общества.
Земля — это оживленное место, населенное живыми существами. Это единственная планета в Солнечной системе, на которой происходит движение плит. Земля — это не просто скопление минералов. Она постоянно движется, как живой организм. Поверхность Земли кажется твердой и неизменной, но она постоянно меняется, открывая и закрывая море и создавая горы.
Конвекция внутри Земли подобна сердцебиению. Она передает свою внутреннюю энергию наружу. Эта энергия — отправная точка, которая поддерживает жизнь и движение Земли. Еще один секрет, делающий Землю живой планетой, находится внутри Земли. Постоянное движение земли образует идеальную экосистему. Внутренний мир Земли пробудил воображение многих людей. Он действительно наполнен такой загадочной силой жизни.
『Так! у серебра есть источная жила, и у золота место, где его плавят. Железо получается из земли; из камня выплавляется медь. Человек полагает предел тьме и тщательно разыскивает камень во мраке и тени смертной. Вырывают рудокопный колодезь в местах, забытых ногою, спускаются вглубь, висят и зыблются вдали от людей. Земля, на которой вырастает хлеб, внутри изрыта как бы огнем.』 Иов 28:1-5
- Примечания
- Производственная группа EBS Science Revolution Milestone Production, Homo Science 1, канал Knowledge 2013 г.
- Пак Донггон, Пожалуйста, позаботьтесь о Земле (ориг. на корейском: 지구를 부탁해), Science Books, 2011 г.
- Джеффри О. Беннет и другие, Основные космические перспективы(ориг. на английском:The Essential Cosmic Perspective), седьмое издание, Пирсон, 2014 г.
- Джон П. Гротцингер и Томас Х. Джордан, Понимание Земли (ориг. на английском: Understanding Earth), седьмое издание, У. Х. Фриман, 2014 г.