Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

На мелководье и в глубине

Не только космические лучи, Солнце и ядерные реакции могут мешать измерению сигналов от геонейтрино. Чтобы составить подробную карту того, что происходит в мантии Земли, нам также необходимо исключить нейтрино, приходящие из земной коры и из земного ядра. Хотя толщина коры невелика по сравнению с размерами мантии, из-за ее близости к подземным детекторам трудно определить среди суммарного количества геонейтрино те из них, что приходят именно от мантии.

Чтобы уменьшить воздействие этого шума, канадские исследователи решили проанализировать геологические формации коры вплоть до границы мантии в районе эксперимента SNO+. Цель состояла в том, чтобы оценить содержание урана и тория в данной области и примерное количество нейтрино, которое возникнет в результате распадов этих веществ.

А как отсеять нейтрино из ядра? Ведь они тоже генерируют шум? Еще не так давно геофизики всерьез полагали, что в ядре содержится достаточно много урана и оно может превратиться в гигантский ядерный реактор. Но моделирование показало, что при высоких температурах и давлениях, которые существовали в океанах магмы на юной Земле, уран явно предпочитает соседство элементов, содержащихся в мантийных породах, и избегает железо и никель – элементы, из которых преимущественно состоит ядро.

Сердце планеты

Измерения сейсмических волн, компьютерные модели и лабораторные эксперименты, которые имитируют экстремальные условия, существующие в ядре, дают достаточно надежную картину процессов, происходящих в самых глубоких слоях Земли.

Из анализа сейсмических явлений мы знаем, что ядро начинается на глубине 2890 километров, а его радиус составляет 3470 километров. Оно состоит из двух слоев: внешнего ядра, содержащего расплавленное железо, и внутреннего ядра из никеля и железа в твердом состоянии. Внутреннее ядро по своим размерам вполне может соперничать с Луной.

Но так было не всегда. В начале времен наша планета представляла собой хаос, в котором не было никакой явной структуры. Затем самые тяжелые элементы – в основном железо, но попадался и никель, – устремились к центру планеты. Точные выводы о том, когда и как это произошло, еще предстоит сделать. Некоторые считают, что ядро образовалось внезапно, когда тяжелые вещества стремительно двигались вглубь Земли. Другие полагают, что железо медленно просачивалось в ядро.

Благодаря анализу распада радиоактивных изотопов, содержащихся в вулканических породах, которые образовались глубоко внутри Земли, было установлено, что ядро сформировалось, когда возраст планеты составлял 30–100 миллионов лет. Вихревые движения в жидком железном ядре запустили 3,5 миллиарда лет назад магнитное поле. Затем, в промежутке между 1,5 и 1 миллиардом лет назад, температура в центре ядра понизилась достаточно, чтобы в ядре произошла кристаллизация и образовалось твердое внутреннее ядро.