Ядро Землі З чого складається внутрішня частина нашої планети DER SPIEGEL
Як ви дізнаєтесь, з чого складається ядро землі? "Якщо хтось просто спуститься вниз і подивиться", у вас виникає спокуса відповісти. Зрештою, мова йде про побудову власної планети, а не про зірки чи екзопланети за трильйон кілометрів від нас.
Насправді це питання не отримало остаточної відповіді протягом десятиліть. Відомо, що на 90 відсотків земного ядра складаються елементи заліза та нікелю. Але як щодо решти десяти відсотків? Земля зберігає цю таємницю для себе донині, але дослідники переслідують цей третій елемент.
Геофізика, атомна бомба, потім знову геофізика
Пошуки розпочалися 65 років тому, в 1952 році, в Гарвардському університеті в США. Під час Другої світової війни американський геофізик Френсіс Бірч тим часом допоміг побудувати атомну бомбу. Тепер, після війни, Береза повернулася до вивчення землі.
Вже тоді було відомо, що в їх серцевині приховано залізо і, можливо, нікель. Але коли Береза порівнює експериментальні дані та теоретичні прогнози, він виявляє, що ці два не поєднуються.
У своєму нарисі він тверезо зазначив: "Здається, можливо щільність шару E. можливо, на 10 - 20 відсотків нижча за щільність заліза або нікелю-заліза за тих самих умов ". Шар E., це серцевина землі.
Розшукується: третій елемент
Це простою мовою означає: якби серцевина складалася виключно із заліза та нікелю, вона насправді мала б бути набагато щільнішою, ніж свідчать дані вимірювань Берези. Отже, третій, легкий елемент повинен ховатися між важкими вагами заліза та нікелю - так що серцевина в цілому стає більш пухнастою.
Сам Береза пропонує вуглець або кремній як третій елемент. Але сірка, кисень і водень також можливі в принципі, як пише дослідник Томас Даффі в статті.
Тож кандидатів вистачає. Але земля не так легко розкриває свою найглибшу таємницю. Цьому є дві причини: відстань від земної поверхні до ядра велика, а умови всередині екстремальні.
Висвердлити до глибини землі і взяти проби - "спустися і подивись" - неможливо. Найглибша свердловина у світі глибиною дванадцять кілометрів - щоб дістатися до ядра Землі, вам доведеться пробурити майже 3000 кілометрів углиб, як показано на графіку:
Фото: SPIEGEL ONLINE
Для вивчення глибинних шарів Землі геофізики придумали щось інше. Ви слухаєте "землетрусний концерт".
Це працює приблизно так: сейсмографи розповсюджуються по поверхні землі, як слухачі в концертному залі. Якщо в будь-якій точці світу стався землетрус, хвилі поширюються по землі, починаючи з епіцентру. Чим ближче сейсмограф до епіцентру, тим раніше там можна виміряти хвилі. Якщо об'єднати кілька вимірювальних станцій, можна охарактеризувати хвилі.
Основна подія: проходячи крізь землю, хвилі перетинають різні шари або відбиваються на них - і тому несуть інформацію про шари всередині них, коли вони досягають сейсмографа.
З цих експериментів ми знаємо, що земля має кору, мантію та серцевину (див. Графік вище). Ядро в свою чергу складається з двох частин: твердої кулі всередині і рідкої частини зовні.
Спробуй, спробуй, спробуй
Однак одного лише цього методу недостатньо для з'ясування ідентичності третього елемента. Дослідники не знають, як поводяться можливі матеріали в екстремальних умовах в ядрі Землі. Тиск там у три мільйони разів перевищує поверхню землі. Температура становить від 3700 до 6200 градусів Цельсія.
Дослідникам не залишається іншого вибору, як випробувати всі можливі комбінації та побачити, які найбільш відповідають результатам сейсмографів.
Ознаки вказують на кремній
Лише за останні кілька років дослідникам вдалося досягти високого тиску та температури в лабораторії і одночасно виміряти швидкість хвиль у матеріалах. "Це дуже складні експерименти", - говорить геофізик Девід Рубі з Баварського геоінституту в Байройті. Зразки затиснуті між двома шліфованими діамантами - лише вони витримують експеримент.
Зараз японські дослідники використовували цей метод для випробування кремнію і впевнені, що знайшли третій елемент. "Ми вважаємо, що кремній є важливою частиною", - сказав Ейджі Отані з Університету Тохоку BBC.
"Результати узгоджуються з нашими власними розрахунками", - говорить Девід Рубі, який не брав участі в японському дослідженні. Порівняння вимірювань у метеоритах і в мантії Землі також підтверджує гіпотезу кремнію.
Геофізики більше не вважають, що вуглець, водень або сірка відіграють важливу роль. За словами Рубі, залишився лише один кандидат: кисень. Французькі дослідники опублікували відповідні результати у 2013 році.
Потрібні подальші експерименти, щоб розвіяти ці останні сумніви щодо кремнієвої гіпотези. Тому цілком можливо, що загадка Френсіса Берча за п’ять років відсвяткує своє 70-річчя.