Двигатель внутри Земли

Двигатель внутри Земли

Неужели мы опять надумали преобразовывать природу?!!

Пока учёные спорят, чем вызвано потепление климата на Земле, австралийские исследователи уже предлагают, как нам избавиться от т.н. «парникового эффекта». Они уверены, что виной всему огромная концентрация углекислого газа, который просто нужно куда-нибудь… упрятать.

Закачать под землю и – баста!

О необычной инициативе австралийских учёных стало известно 19 февраля 2003г, когда информационное агентство CNN сообщило из Сид-нея, что правительство страны не пожалело на эти исследования 22 мил-лиона австралийских долларов (эквивалент 13 миллионов долларов США). Прямо скажем, - не дёшево обходятся гениальные мысли!

А суть затеи состоит в том, чтобы закачать под землю порядка од-ного миллиона метрических тонн (1,1млн тонн) диоксида углерода и, тем самым, покончить с проблемой раз и навсегда.

Углекислый газ, как известно, выделяется в огромных количествах при сжигании традиционных видов топлива. По этой (и не только) при-чине многие государства подписали так называемое Киотское соглаше-ние, обязывающее следить за технологиями и не вредить родной планете, а также помогать тем странам, где на природоохранные мероприятия де-нег не хватает. Канберра, вторя Вашингтону, сказала, что подписание та-кого соглашения причинило бы вред экономике страны, за что отступни-ков резко осудили «зелёные» и прочие борцы с загрязнением родной ат-мосферы. А тут вдруг – такой решительный шаг! Всему миру можно до-казать, что не так страшен чёрт, как его малюют. Если, конечно, на чёрта найти управу.

Этим как раз и занимается в Австралии Объединённый исследова-тельский центр по изучению технологий, создающих парниковый эффект. Более того, как говорит директор Центра Питер Кук, через три-пять лет учёные готовы поставить эксперимент, который доказал бы всё это на деле.

«У Австралии есть колоссальные подземные ёмкости, которых хва-тило бы, чтобы хранить все выбросы газа в течение следующих двух ты-сяч лет, - решительно заявил Питер Кук. - Надо лишь убедиться, что это безопасно, надёжно, практично и экономически выгодно».

Выяснить эту «малость» не так-то просто, а потому предполагается вовлечь в это дело партнёров из США, Европы и Японии. Вместе изучить технологии и определить энергетические мощности, которые потребуют-ся для того, чтобы собирать газ от тепловых электростанций и заводов, а потом хранить его «под замком».

Как это – практически – предполагается делать? Как закачивать и куда?

Энди Ригг, менеджер организации GEODISC (что расшифровыва-ется как «Избавление от двуокиси углерода геологическими методами») поясняет, что нужно наладить процесс отделения углекислого газа от других газов, а потом закачивать его под землю на глубину одного кило-метра. Для этого можно использовать бывшие соляные копи, стыки угольных пластов, заброшенные нефтяные и газовые скважины. Теорети-чески СО2 должен вести себя смирно и не причинять никакого вреда – по тому же принципу, что и природный газ, существующий под землёй на протяжении тысячелетий.

Идея, согласитесь, не слишком оригинальная: чего только мы уже под землю ни прятали! Вплоть до ядерных отходов. И последствия иной раз бывали просто плачевными. А тут как-то вроде забывается, что уже при концентрации 2,5 – 5% СО2 токсичен, и возможны тяжёлые отравле-ния.

Но дело не только в этом. Откуда, простите, такая уверенность, что парниковый («оранжерейный») эффект создаётся исключительно нагре-вом внутренних слоёв атмосферы за счёт промышленных выбросов? С этим ведь согласны далеко не все исследователи. А может, СО2 как раз таки частично защищает нас от солнечного перегрева, поглощая излуче-ние светила наряду с молекулами Н2О, О3 и т.д.? И потом, мы явно недо-оценивали способность неба самоочищаться.

Известно, что гидроксил, т.е. ОН, химически реагирует на газы, за-грязняющие атмосферу, в том числе, - угарный газ СО, метан и др., уда-ляя их из атмосферы. Но (с лёгкой руки одного американского исследо-вателя) мы считали, что с 1990-х годов содержание гидроксила в атмо-сфере резко снизилось, т.е. его почти и не осталось. Однако 8 января 2003г информационное агентство «Associated Press» сообщило о новых научных расчётах европейских учёных. Статья опубликована в журнале «Nature». И там доказано, что гидроксил никуда не девался. Он присутст-вует в воздухе либо в неизменном, либо даже в возрастающем количест-ве. Так что зря паниковали. Небо всё ещё способно «постоять за себя», т.е. очищаться без нашей помощи. Ну, хотя бы частично.

Но помогать ему, конечно, надо.

Выбросить вверх! Или не трогать?

Да, никто не спорит, что за последние десятилетия мы «подбросили в топку» немало ископаемого и ядерного топлива. И никто не отрицает также, что атмосфера стала менее прозрачной, что средняя температура на Земле и в самом деле повысилась – на один или, максимум, полтора градуса. При этом, увы, никто толком не знает, к чему может привести перегрев планеты, но все согласны, что это плохо. И, видимо, что-то надо делать, чтобы Землю остудить. Но обязательно ли закачивать продукты нашей жизнедеятельности себе под ноги?

У нас в России есть сторонники противоположной точки зрения, и об этом пишут наши журналы (в частности, «Знак вопроса», «ЧиП» и др.): надо выбрасывать тепло вверх, в космическое пространство! На-пример, Александр Крузе считает, что следует создать в горных районах нагреваемые поверхности – на высоте 5-6км, плюс приладить два змееви-ка – нижний и верхний. В нижнем теплоноситель подогревается за счёт окружающей среды (раскалённый воздух пустынь, горячий грунт на глу-бине, вулканы, гйзеры и т.п.), а в верхнем – охлаждается, отдавая тепло радиатору (металлическому или даже пластиковому листу), к которому прикреплён верхний змеевик. Автор, кстати, предлагает и другие, «более элегантные» технические решения, но в любом случае речь идёт об ин-фракрасных излучателях и выбросе излишков тепла вверх, в космос.

Есть и третья точка зрения. Физик Владимир Алаев считает, что экологи преувеличивают влияние вредных выбросов техногенного харак-тера на температуру атмосферы. Если, как считают метеорологи, темпера-тура за столетие и вырастет на 5-6 градусов, то из них на долю парнико-вого эффекта придётся максимум 1-2 градуса. А остальные 4-5? Алаев считает, что виноват космический «гость» из соседней солнечной систе-мы, который известен среди астрономов как Бернар-1. Он подходил к нам предельно близко в 2001г, из-за него-то и начались неприятности. Уйдёт куда подальше Бернар-1 – уйдут и гравитационные аномалии, а с ними и перегрев воды, земли, воздуха. Значит, незачем и «огород горо-дить», - ни на горе, ни, тем более, - под землёй.

Другие учёные поглядывают на другие небесные тела или на наше собственное Солнце, которое, по слухам, стало меняться – к худшему. А уж от него-то никуда не денешься. Но в любом случае речь здесь идёт о нагреве земли извне. Так что же? Зонтик для планеты сооружать? Отра-жатели гигантские ставить? Дорого, сложно, непредсказуемо по послед-ствиям. Хотя, в принципе, и возможно, если очень захотеть.

Есть и ещё одна «нестыковочка» в этих «парниковых» версиях. Нам всё время твердили, что фреон и прочие производимые нами пакости разрушают озон, а он-то и защищает нас от перегрева. Но, спрашивается, почему, в таком случае, озоновые дыры образуются не над густонаселён-ными промышленными районами планеты, а, что называется, над глухо-манью типа Антарктиды? Или над Перуанскими Андами? Над Гималаями? И даже в открытом океане! Какое такое промышленное производство вы там найдёте?

Эти выкладки ещё в 2001г сделал (по материалам Центральной аэро-логической обсерватории России) Павел Беспрозванный. И он считает, что озоновые дыры возникают над зонами нынешней (или прошлой) вы-сокой тектонической активности, где из недр Земли поднимаются лету-чие вещества. Они-то и «пожирают» озон. А наш углекислый газ, фреон и пр. играют в этом процессе либо нулевую, либо ничтожно малую роль. Автор этой гипотезы, в частности, пишет, что «озоновые дыры создают-ся и в незапамятные времена создавались благодаря тектоническим под-вижкам в земных недрах».

Стоп! А вот это для нас принципиально важно – «в земных недрах». Ибо есть и другие учёные, которые считают, что все техногенные воздей-ствия, вместе взятые, влияют на атмосферу «в ничтожной степени», а ос-новная-то причина температурных изменений лежит где-то внутри Земли, так что тут уж ничего не попишешь. И, похоже, лишь этим можно объяс-нить тот факт, что к 2002 году Бернар-1 стал уже удаляться от Земли, а негативные изменения продолжались. Это, кстати, признал и Алаев. В ян-варе 2002г вдруг снова подскочила гравитационная активность воды, февраль выдался небывало тёплым, да к тому же в конце февраля магнит-ная ось вдруг передвинулась рывком на 50км! Простите, но как-то трудно поверить, что в этом виноваты наши аэрозоли или фреоновые холодильники.

Так вот. Некоторые учёные полагают, что внутри Земли действует своего рода двигатель. И не исключено, что именно он-то, этот невиди-мый двигатель, набирает сейчас обороты и именно потому Земля стано-вится похожей на тыкву, расширяясь по экватору и сжимаясь с полюсов. Журнал «Science» писал не так давно, что сотрудники НАСА объясняют это таянием приполярных льдов. А льды, может, тают по причине пере-мещения больших масс тёплой воды к полюсам. Но почему вода пошла вдруг к полюсам? Да, ледники потекли, но что здесь является причиной, а что – следствием? Что раскручивает Землю?

Учёные рассчитывают получить ответ на эти вопросы сверху, из космоса, с помощью спутника «Грэйс». Но, может, искать надо не ввер-ху, а внизу, у себя под ногами?

На чём стоим?

Когда мы стоим на земной тверди, нам кажется, что Земля стабиль-на и неподвижна, как скала. Однако на самом-то деле поверхность плане-ты постоянно меняется и перемещается. Её приводят в движение мощные силы, находящиеся глубоко внутри. Именно им мы обязаны такими явле-ниями, как возникновение гор и впадин, извержение вулканов, землетря-сения. Эти же силы движут целыми континентами. Как это происходит? Что за «бетономешалка» работает внутри земного шара?

Попытку понять это сделали двое канадцев. Один из них – Джерри Митровика из университета в Торонто, второй – Алессандро Форте из Университета Западного Онтарио. Они предлагают свою гипотезу под-земных процессов. И занимались они этим в течение всего последнего десятилетия, исследуя структуру вещества внутри Земли, природу кон-векционного потока, который выносит тепло на поверхность, откуда оно излучается потом в атмосферу и определяет многие геологические собы-тия, а также – частично – наш климат.

Предложенная учёными картина предполагает, что Землёю движет внутренний «тепловой двигатель» с двумя мощными холодными плитами вещества, уходящими глубоко внутрь за пределы Тихого океана, в то время как две равновеликие массы горячего вещества в виде вытянутых «шлейфов» под Африкой и Тихим океаном поднимаются к поверхности подобно шарам, наполненным горячим воздухом. В прессе этот процесс стали сравнивать с четырёхцилиндровым двигателем.

Учёные не могут видеть внутренние структуры Земли напрямую. Однако они много чего узнали по тем картинкам, которые наблюдаются во время распространения сейсмических волн. Это подобно тому, как врач сканирует организм пациента.

Когда края плит (гигантские массы коры) смещаются и сталкивают-ся, реагируя на гравитационные силы Земли, отдельные довольно плот-ные твёрдые «ломти» отрываются, погружаются в мантию и уходят глу-боко вниз. По мере того, как материал опускается всё дальше вглубь и приближается к раскалённому огненному ядру, он становится всё более вязким, подобно плавящейся смоле, и вытягивается в «горячие шлейфы», которые поднимаются к поверхности. О существовании такой динамики учёные догадывались и раньше, но не представляли, что эти процессы за-трагивают такие глубинные слои мантии.

Неизвестного происхождения «мегашарики» размером с континент и, с другой стороны, гигантские «горячие шлейфы» постоянно взаимо-действуют, вызывая приливы и отливы земной тверди. Несмотря на ши-рокий диапазон, эта модель «достаточно проста и симметрична, - считает Форте. – Она и в самом деле будит воображение, заставляя осознать, ка-ким образом меняется ситуация где-то на сотни километров внизу под нашими ногами, и как эти изменения связаны с величественными чертами земной поверхности».

Да, ситуация всё время меняется. Но вот за счёт чего? Где находит-ся эта подогревающая «печка»? Не от неё ли зависит температура около-земных слоёв атмосферы?

Учёным хочется заглянуть ещё глубже внутрь планеты, где нахо-дится таинственный «двигатель».

Это сделали два исследователя из Гарварда – один профессор и один аспирант.

Ядро в ядре

В середине октября 2002г двое энтузиастов из Гарварда сообщили, что внутри земного ядра обнаружена не известная прежде сфера диамет-ром около 580км. Для такого открытия потребовалась долгая и кропот-ливая работа. Пришлось терпеливо анализировать сотни тысяч волн тех землетрясений, что прошли через центр планеты за последние 30 лет. Именно таким образом учёные и вычислили наличие в земле довольно странного и не известного ранее ядра.

«Может, это самый древний ископаемый остаток процесса форми-рования Земли, - говорит профессор Адам Дзевонски. – Происхождение ядра остаётся неизвестным, однако его наличие может изменить самую суть наших представлений о происхождении и истории планеты». И, по-жалуй, он прав.

Как мы представляли себе структуру Земли раньше?

Центр Земли находится под нашими ногами где-то на глубине более шести тысяч километров. Континенты и океаны – это лишь тоненькая ко-рочка в несколько десятков километров. Ниже лежит мантия – мощный слой, уходящий в глубину чуть ли не на три тысячи километров. Мантия обнимает собою ядро радиусом около 3400км, раскалённое образование, состоящее преимущественно из железа. Внешняя часть ядра – жидкая, внутренняя – твёрдая.

Именно таким вот образом всё описано в учебниках и справочни-ках. И это представление оставалось неизменным в течение последних 66 лет.

Однако работы Адама Дзевонски и его аспиранта Миаки Ишии по-казывают, что привычная картинка не соответствует реальности. Внутри ядра есть ещё одно ядрышко – ну, словно косточка в персике. И это внутреннее ядрышко диаметром более полутысячи километров составляет приблизительно одну десятитысячную объёма Земли.

Кто-то скажет, что этого просто быть не может. Но вспомним: сравнительно недавно, до 1936г, мы ничего о ядре не знали, - даже не знали, что оно вообще существует. Прошло ещё 35 лет, и мы услышали (кстати, от Адама Дзевонски и геофизика Фримана Гилберта), что ядро – это твёрдое тело, окружённое жидкостью. И это твёрдое тело не размяг-чается благодаря гигантскому давлению. Теперь ещё более тщательное изучение земного «нутра» показало, что изменение скорости, с какой распространяются сейсмические волны, не случайно: самая центральная часть земного ядра отличается от остальных его частей. И нутро ядра вращается с другой скоростью, нежели остальная часть Земли! Как это выяснили?

Поскольку волна землетрясений неизбежно проходит через кору, мантию, внешнюю часть ядра и далее к центру и от него к обратной сто-роне планеты, то путь такой волны оказывается чрезвычайно непростым. «Внутреннее ядро казалось своего рода контейнером, в котором собрано всё наше невежество в отношении строения остальной части Земли», - говорит Дзевонски.

Уж очень хотелось проникнуть в этот самый «контейнер» и по-смотреть, что же там внутри. За 30 лет накопилось несколько миллионов записей о том, как проходили через Землю сейсмические волны. Из них около 325 тысяч прошло через внутреннее ядро. Сначала учёные не заме-чали ничего особенного, и им казалось, что ядро одинаково сверху дони-зу. Но, взглянув повнимательнее, они обнаружили, что более трёх тысяч волн прошло очень близко к самому центру Земли. В анизотропии, т.е. в соотношении скорости этих волн и их направления, обнаружились стран-ные отклонения. И эти «аномалии» происходили на самом дне «преис-подней», т.е. внутри объёма, составляющего в диаметре примерно 360 миль. Оказалось, что в самом центре Земли волны идут медленнее всего под углом 45 градусов к земной оси.

Но как объяснить такую «странность»?

Дзевонски полагает, что, может, это ядрышко осталось ещё с тех древних времён, когда Земля формировалась. Оно-то и служило основой, вокруг которой складывались и разделялись потом, где-то примерно 4,6 миллиардов лет назад, остальные составляющие планеты – кора, мантия, ядро. В последующие годы бомбардировка метеоров и геологические по-трясения меняли внешний облик планеты, однако самая сердцевина оста-лась неизменной. Если это действительно так, то мы имеем дело с самой древней и самой неизменной частью своей планеты.

Существуют, конечно, и другие варианты толкований, хотя они и не столь романтичны. Но, каким бы ни было объяснение, Дзевонски и Ишии ожидают массу возражений и нападок со стороны своих коллег. Новым представлениям нелегко пробиться сквозь консерватизм и упорство ор-тодоксальных учёных. И это при том, что никто не может указать на ка-кую-либо конкретную ошибку в расчётах.

Из чего сердцевина?

Большинство учёных полагает, что внутреннее ядро постепенно разрастается и уплотняется за счёт внешнего. Твёрдая его сердцевина на-ходится на пути всех перемещений вещества, происходящих во внешней части ядра. Она подобна гигантской скале, стоящей внутри бурного по-тока. Когда внутреннее ядро достигло своего нынешнего диаметра, на-правление потоков стало меняться, кристаллы железа откладывались на поверхности внутреннего ядра в самых разных местах, создавая и раз-личные типы анизотропии, т.е. качественных и количественных различий.

Другое предположение, - что возле внутреннего ядра давление и температура значительно выше, вот почему кристаллы железа и «упако-вываются» по-иному. Это и меняет скорость и направление проходящих волн, то ускоряя, то замедляя их.

Проверить бы всё это, но долго и дорого, - никто пока не берётся. Ведь надо, например, в лабораторных условиях подвергать породу с большим содержанием железа (а может, и не железа?) воздействию высо-кого давления и очень высоких температур – таких, какие существуют внутри Земли. Мощные рентген-лучи могли бы зафиксировать те измене-ния, какие происходят при этом со структурой образца.

Можно бы провести опыты и замеры и с новыми, более совершен-ными сейсмографами. Точнее – с их сетью. Ныне существующие сейсми-ческие станции во многом устарели, да и расположены они на планете слишком неравномерно. Самописцы надо бы установить и на дне океа-нов. Ведь пока мы не проникнем в «контейнер невежества» и не узнаем, почему там меняется температура, - мы не поймём и того, какое будущее ждёт нашу Землю. И нас с вами.

Да, пробраться в самое ядро мы не можем. Нам удалось прорыть в земле дырку глубиной всего лишь около 12км. А остальные тысячи ки-лометров? Никем не поднятая целина. И всё же мы можем туда проник-нуть – силой ума, логического мышления.

Это сделали геофизик Дж. Марвин Герндон из Сан-Диего (Калифо-ния) и ядерщик Даниэл Холленбах из Национальной лаборатории в Оук Ридж (Теннеси). И они выдвинули очень смелую идею. Внутри земли действительно работает двигатель, но не такой, каким его представляют Дзевонски и Мишии, их четырёхцилиндровая конструкция – лишь след-ствие. А там, в «ядрышке», - самый настоящий ядерный реактор!

Несколько месяцев назад Герндон и Холленбах выступили с докла-дом на собрании Американского геофизического объединения. Они сде-лали вычисления, доказывающие наличие больших масс урана в центре планеты. И никакое там не кристаллизованное железо, как нас всю жизнь учили, а силицид никеля. По сути, учёные ещё раз высказали вслух идею, с которой они носятся лет, наверно, десять. По их убеждению, внутрен-нее ядро Земли – это шар из урана, работающий подобно гигантскому ядерному реактору. Он-то и питает магнитное поле планеты. Но не толь-ко. Поставляемая им тепловая энергия приводит в движение ту самую «бетономешалку» в мантии, т.е. холодные глыбы и горячие плюмы. Ядерная цепная реакция деления сопровождается колоссальным высво-бождением энергии, даже, очевидно, и в виде таких плазмоидов, какой наделал беды в 1908г и стал известен как «тунгусский метеорит». Выброс может быть больше или меньше – в зависимости от целого ряда причин. Сейчас он, похоже, нарастает…

Если допустить, что подобный ядерный реактор работает внутри каждой планеты, то становятся понятными многие «странности», кото-рые мы наблюдаем в поведении своих соседей по Солнечной системе. К примеру, Юпитер выделяет вдвое больше энергии, чем получает от Солнца. Сатурн и Нептун тоже показывают подобное «несоответствие» между «приходом и расходом». Да и Венера раскалена, как сущий ад.

Серебристо-белый радиоактивный металл уран просто-таки «обя-зан» был оказаться в самом центре формирующейся планеты, поскольку это – наиболее тяжёлый из природных химических элементов. А как только он соберётся в изрядном количестве, неизбежно должна начаться ядерная реакция. Пока топливо горит, оно даёт продукты распада. Отхо-ды скапливаются, из-за этого реактор периодически отключается. Но ко-гда эти ядерные отходы уйдут, «уплывут» прочь естественным путём, ре-актор вновь включится. Только там, где раньше был минус, теперь будет плюс. И наоборот. Это хорошая новость для науки и очень плохая – для всего живого на Земле.

Можно предположить, что в данный момент этот реактор работает в таком режиме, что Земля изнутри нагревается. Потому-то стали таять ледники, по той же причине возрастает и температура воды в океанах, на-чинают действовать давно «молчавшие» вулканы, а кора трясётся или даже раскалывается. И, конечно же, именно этим могут объясняться из-менения в магнитном поле Земли, смещение магнитных полюсов. По-следствия таких глобальных перемен предсказать, в принципе, можно, только трудно, да и как-то не хочется.

Увы, этот природный термоядерный реактор нам не подвластен. Он может периодически замедляться, ускоряться – сам по себе. Или даже отключаться. И вот тогда…

Но лучше об этом и не думать.

А вот о том, как преобразовывать природу и надо ли вообще это делать, - нам подумать следует. Мы ведь уже набили себе немало шишек на этом неблагодарном поприще. Земля – слишком сложная самооргани-зующаяся и саморегулирующаяся система, чтобы её проблемы можно было решить простыми методами, пусть даже и дорогостоящими – вроде закачки газа под землю. Не мешало бы сначала разобраться, что к чему. А уж потом прикинуть, можем ли мы тут сделать хоть что-нибудь…

Павел Волгин

На грани невозможного 9,2003