Путь к решетке
На чем же основывают свои выводы шведские ученые? Их внимание привлекли весьма необычные данные, собранные за несколько лет сейсмологами. Специалисты долго не могли понять, почему волны - отголоски землетрясений, случившихся, например, где-нибудь в Исландии, - доходят до противоположной точки планеты параллельно ее оси быстрее, нежели те, которые пересекают планету перпендикулярно оси. Ученые предположили, что разница в скорости волн может быть следствием какого-то особого строения земной тверди. Хотя, согласно общепринятому мнению, ядро нашей планеты по форме практически идеальная сфера.
В исследовании вместе со шведскими специалистами участвовали и двое наших соотечественников - физики Наталья Скородумова и Анатолий Белоношко. "Для решения проблемы - понимания вероятностного строения ядра - мы решили применить компьютерное моделирование, - рассказывает Анатолий Белоношко. - Дело в том, что экспериментально невозможно достичь давления и температур, которые есть в ядре. На его место мы поставили кристалл с гексагональной решеткой. Подобная структура, имеющая в своей основе правильные шестиугольники и напоминающая пчелиные соты, очень удобна, поскольку может объяснить поведение сейсмических волн". По мнению ученых, гексагональный кристалл - сама по себе необычная структура: если повернуть его определенным образом, то вдоль одних его граней сейсмические волны будут идти быстрее, а вдоль других - медленнее. Оставалось только понять: может ли существовать в природе подобный кристалл, и если может, то обладает ли он такими же свойствами?
В компьютерном эксперименте в итоге все совпало наилучшим образом. "Мы сформировали на экране компьютера кристалл, который потом искусственно возмущали, то есть пускали по нему волну, подобную сейсмической. По сути, мы моделировали распространение колебаний в кристалле, - рассказывает Наталья Скородумова. - Потом программа выдала данные о скорости волны при прохождении через решетку".
Как оказалось, в гексагональных решетках действительно вдоль граней направлены движения микрочастиц, но происходят они только при нормальных температурах. "При высоких температурах, в пекле ядра, гексагональная структура, то есть кристалл, в принципе не может выполнить возложенную на нее "миссию" - сформировать земное ядро, - поясняет Белоношко. - Но от "кристаллической версии" мы, тем не менее, не отказались".
А что, если ядро состоит не из гексагональных кристаллов, а объемно-центрированных - с кубической решеткой. И на этот раз все параметры компьютерного моделирования сошлись: ни запредельная температура, ни огромное давление не способны повлиять на свойства кубического кристалла. Он и в неимоверной жаре подземелья со всем упорством продолжает изменять скорости сотрясающих Землю волн. "Мы выяснили, что только одна-единственная структура может отвечать заданным условиям и имеющимся сейсмическим данным - объемно-центрированная, - уверенно говорит Наталья Скородумова. - Мы доказали, что только такая решетка подходит для нашей гипотезы".
Невозможное - возможно?
Впрочем, не все специалисты согласны с данной идеей. Доктор физико-математических наук Алексей Бялко, долгое время изучавший строение нашей планеты в Институте теоретической физики РАН, уверен, что к версии о кристаллической структуре ядра нужно относиться не как к установленному факту, а как к гипотезе. "Шведы увидели, что от твердого ядра сигнал отражается неравномерно во всех направлениях, - говорит ученый. - Принято считать, что ядро - это железный шар, а значит, звук от него должен по закону физики отражаться под углом, близким к углу падения. Независимо от того, на какой широте эта точка лежит. Сейсмические же данные показывают, что отражение волн происходит вовсе не так, как надо. Но в центре Земли выделенное направление существует независимо от того, кристалл это или нет. Все связано с тем, что в ядре рождается магнитное поле планеты. Оно как раз может влиять на волны и вызывать анизотропию, то есть неоднородность в пространстве. Вполне вероятно, что в этом-то все дело. Но в то же время нельзя отрицать гипотезу, что железо в центре Земли кристаллизовалось и имеет не совсем правильные, неоднородные по всем направлениям свойства".
Однако всю информацию о сердце нашей планеты можно получить лишь косвенными методами. Все упирается в проблему, одновременно простую и сложную: добраться до центра Земли и получить хоть какие-нибудь объективные данные о ядре планеты пока невозможно. И решается ли эта задача в принципе?
Попытки проникнуть в глубь Земли предпринимаются уже много лет. В основном нашими и американскими специалистами. Успехом, однако, не могут похвастаться пока ни те ни другие. "На Кольском полуострове удалось пробурить скважину глубиной 12 километров. Глубже не получилось, поскольку не позволило давление пород", - рассказывает Алексей Бялко. Специалисты, осознав всю бесперспективность бурения, решили пойти другим путем. Они решили, что коль уж Земля не пускает внутрь себя огромные сверла, то можно попробовать ее "проплавить". Есть даже и проектное предложение: взять шар, сделанный из тугоплавкого материала, например вольфрама, внедрить в него ядерное топливо и просто положить на поверхность Земли. Когда ядерные компоненты вступят в реакцию, температура шара резко поднимется, и он, расплавляя на своем пути все твердые породы, под воздействием сил гравитации начнет опускаться в глубину.
Одна из таких моделей под названием "Горячая капля" была разработана специалистами из Института физики Земли РАН. Ею занимался заведующий лабораторией происхождения и сравнительного изучения Земли и планет доктор физико-математических наук Олег Хаврошкин. Он рассказал "Итогам", что проект задумывался изначально как способ захоронения радиоактивных отходов атомных электростанций. Однако из-за проблем с финансированием от него отказались, но идею сразу подхватили другие исследователи, целью которых было именно пробиться к земному ядру и изучить его.
Олег Хаврошкин не отрицает возможности использования метода "Горячей капли" для проникновения в недра планеты: "Мы рассчитывали, что шар пройдет до глубины около 300-400 километров. Ну а уж если поставить перед собой задачу пробиться к ядру Земли, то можно пойти на какие-то ухищрения и достичь цели". Только вот Алексей Бялко снова сомневается, что таким образом получится добыть хоть какие-то данные о составе ядра. А все потому, что сигнал от спрятанного внутри шара датчика, призванного передать информацию, не сможет пройти обратно через толщу проплавленных пород. Ученый предупреждает и об опасности подобных экспериментов: "Шар может развалиться где-нибудь по пути. И тогда огромное количество радиоактивных материалов попадет в грунтовые воды. Будет настоящая катастрофа". Именно по этой причине заморозили свой проект и американцы.
Гипотеза исследователей из шведского университета интересна еще и по другой причине. Анатолий Белоношко объяснил, почему было бы хорошо, если бы глубоко под землей был спрятан именно кубический кристалл. "Дело в том, - говорит ученый, - что внутреннее ядро Земли - это фактически тепловой резервуар нашей планеты. Кубическая же решетка, как оказалось, обладает огромной теплоемкостью, и эта структура будет остывать намного дольше, чем те, которые нам предлагают классические теории". А в том, что ядро Земли, а вслед за ним и вся планета рано или поздно остынут, нет никаких сомнений. Ведь закон сохранения энергии пока никто не отменял. Алексей Бялко приводит в пример Луну. Спутник нашего "общего дома" тоже, вероятно, когда-то был теплым, но сейчас температура в его глубине и во внешних слоях практически одинакова. Такая же судьба рано или поздно ожидает и Землю. Так лучше поздно.
ВРЕЗ: ЕСТЬ МНЕНИЕ
Ядро-невидимка
Петр Мартышко, член-корреспондент РАН, директор Института геофизики УрО РАН доктор физико-математических наук:
- Гипотезы можно выдвигать любые, но до сих пор геофизические данные не могут подтвердить информацию о строении ядра Земли. Так что пока мы основываемся на классических представлениях о нем. Сейчас некоторые люди, особенно те, которые не имеют фундаментального образования в области точных наук, считают, что на компьютере можно что-то смоделировать, посчитать и все узнать. Но они делают расчеты в рамках уже какой-то выбранной модели. Ей были заданы граничные условия. А как правило, если задаешь условия, то автоматически закладываешь, что получишь в решении. Это одна из главных проблем в моделировании. Поэтому не нужно думать, что если вы что-то заложите в компьютер, то получите некую новую научную информацию. Вы просто можете подтвердить или опровергнуть свои представления, но они-то как раз и должны подвергаться серьезному сомнению.
Михаил Эпов, академик РАН, директор Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН доктор технических наук:
- Существует гипотеза о том, что ядро Земли является кристаллическим, и в России некоторые ученые также озвучивали ее. Но достоверных подтверждений пока нет, поэтому я бы не стал называть ее теорией. Разделение ядра на внешнее (жидкое) и внутреннее (твердое) тоже является гипотетическим. Есть даже такое мнение, что ядро расположено несимметрично относительно центра Земли. Сейчас можно только с определенной долей уверенности утверждать, что ядро жидкое, потому что некоторые сейсмические волны через него не проходят. А вот относительно существования твердого ядра тоже есть большие сомнения. Я считаю, что в ядре вещество находится в таком состоянии, которое мы не можем воспроизвести на поверхности Земли. Гигантское давление, огромная температура, неимоверные скорости - все это нам пока неподвластно. Вполне может быть, что вещество в центре планеты находится в виде какой-то кристаллической решетки, но это еще не значит, что ядро является кристаллом. Добраться до центра Земли пока невозможно: на сегодняшний момент человечество освоило глубину только в 12 километров - если сравнить это расстояние с радиусом Земли, получается, что мы работаем в тончайшей пленке. И я не думаю, что в обозримом будущем мы сможем физически проникнуть к центру. Дай бог нам хотя бы земную кору на полную глубину исследовать.
