В Глухов - На суше и на море

Поперечные волны, исчезнувшие на границе мантии и внешнего ядра, вновь появляются во внутреннем ядре Земли: скорость же продольных волн в нем поднимается. Это говорит о том, что центральная часть нашей планеты твердая.

Возможно ли, чтобы наружное ядро было жидким, а внутреннее — твердым?

Температура в ядре благодаря высокой теплопроводности вещества везде более или менее одинакова. Но в наружной части ядра давление меньше, чем во внутренней, поэтому вещество там расплавилось. Во внутреннем же ядре — при той же температуре — давление выше, и это более высокое давление мешает переходу вещества в жидкое состояние.

С помощью советских космических ракет удалось установить, что источники мировых магнитных аномалий расположены не в земной коре, а в более глубоких слоях, скорее всего в ядре. Информация, полученная от ракет, показала также, что у Луны нет магнитного поля. Смотрите, какая интересная зависимость: у Земли есть и ядро, и магнитное поле; у Луны нет ни ядра, ни магнитного поля. Значит, постоянное магнитное поле нашей планеты связано с существованием земного ядра. Но чтобы объяснить возникновение этого магнитного поля, придется признать, что ядро нашей планеты жидкое. И вот почему.

Давно известно, что земной шар обладает свойствами магнита. Силовые линии магнитного поля Земли, будучи продолжены в ее недра, сходятся близ центра планеты. Постоянное магнитное поле Земли медленно меняется. Эти изменения нельзя объяснить ни геологическими процессами, ни температурными явлениями в земной коре, так как и те и другие заметно меняются лишь за миллионы и десятки миллионов лет, а изменение магнитного поля Земли происходит за сотни лет. Значит, источник магнетизма приходится искать в земном ядре. Как же можно, объяснить происхождение этого магнетизма?

В результате выделения тепла при радиоактивном распаде на границе мантии и ядра возникает разница температур. Это вызывает течения в жидком веществе. «Поскольку в нем всегда присутствуют слабые магнитные поля, — пишет советский геофизик В. А. Магницкий, — возникает механизм, подобный динамомашине, работающей на самовозбуждении. Конвекционные течения металлического вещества представляют проводники, движущиеся в слабых магнитных полях; в результате в проводниках возникают индукционные токи, которые создают свои магнитные поля, усиливающие процесс. В итоге каждая конвенктивная ячейка создает свое довольно сильное магнитное поле. Эти поля имеют разные знаки и, суммируясь, дают в результате не очень сильное поле Земли». Течения в жидком ядре меняют направление, что и вызывает смещение магнитного поля.

Исследования лауреата Ленинской премии М. С. Молоденского колебаний полюсов и приливов в теле Земли показали, что твердость внешней части ядра в десятки и даже сотни раз меньше, чем мантии, то есть ядро нашей планеты жидкое.

Итак, все: и распространение сейсмических волн, и изучение магнитного поля Земли, и исследования приливов — говорит о том, что ядро земного шара, во всяком случае внешнее, находится в расплавленном состоянии. Если это так, то должна существовать дополнительная нутация — колебательное движение, нечто вроде «болтанки» земной оси, вызываемой перемещениями вещества во внешнем ядре. Недавно эту нутацию удалось обнаружить: оказалось, что ее период на семь минут короче суток. Это — убедительное доказательство в пользу существования жидкого ядра: если бы оно было твердым, то такой «болтанки» земной оси не было бы.

В настоящее время большинство советских и зарубежных ученых считают внешнее ядро Земли жидким. «Конечно, — пишет В. В. Белоусов, — оно далеко не такое жидкое, как вода; это очень густое вещество, близкое к твердому состоянию, но все же более текучее, чем вещество мантии».

Ядро интересно не только тем, что вещество в нем находится в жидком состоянии, а движение заряженных частиц служит причиной возникновения магнитного поля Земли; ядро привлекает внимание ученых также поразительно большой плотностью и высокой электропроводностью.

Средняя плотность Земли высчитана с большой точностью. Разделив вес земного шара на его массу, узнали, что кубический сантиметр условного, если так можно сказать, «среднего» вещества нашей планеты весит 5,52 грамма. Но это именно средняя цифра для земного шара в целом. Поверхностные слои Земли сложены легкими породами; исследования показали, что их плотность всего лишь 2,7–2,8 г/см 3. Раз наружные слои нашей планеты сложены столь легкими породами, значит, плотность вещества на больших глубинах должна быть значительно более высокой; иначе не получится средняя плотность 5,52 г/см 3. Путем сложных расчетов ученые пришли к заключению, что в земной коре и мантии — по мере приближения к центру планеты — плотность неуклонно увеличивается, достигая на границе с ядром почти 6 г/см 3.

И вот, все на той же глубине, 2900 километров, плотность вещества вдруг скачком возрастает до 9,5 г/см 3. Затем плотность вновь увеличивается постепенно, превышая в центре планеты 12,5 г/см 3, а по мнению некоторых ученых, достигает даже 16–18 г/см 3.

Как же объяснить этот скачок плотности на границе мантии и ядра?

Химический состав мантии плохо известен; возможно, что с глубиной доля тяжелых элементов, прежде всего железа, возрастает. Исходя из этого, в XIX веке высокую плотность ядра стали объяснять тем, что оно состоит из металлов. В то время в науке о происхождении планет Солнечной системы господствовала гипотеза Канта — Лапласа, согласно которой Земля была вначале огненно-жидкой, а потом постепенно остыла. Казалось вполне естественным, что в жидкой Земле тяжелые элементы «стекли» к центру, а более легкие были вытеснены к поверхности. В пользу существования железо-никелевого ядра говорит как будто бы и магнитное поле Земли, связываемое с намагниченностью металлического ядра.

В 1839 году русский минералог Д. Соколов писал: «…Земля наша представляет шарообразное тело, состоящее из твердой скорлупы и огненно-жидкого ядра… в расплавленной внутренности земного шара минералы расположены по относительному весу так, что в самой внутренности его заключаются металлы, а вокруг них камни… в ярусе металлов главную роль играет железо… Внутренность земного шара представляет по этим соображениям как бы горн плавильной печи, в котором нижнюю часть занимают всегда металлы, а верхнюю шлаки».

Когда в науке возобладала гипотеза о происхождении Земли из холодной газо-пылевой туманности с последующим разогревом, то образование ядра стали объяснять разделением вещества по тяжести: сильно нагретое вещество со временем приобрело свойство пластичности, тяжелые глыбы стали опускаться к центру и образовали металлическое ядро; вокруг расположились легкие массы, из которых сложились мантия и земная кора.