Журнал «Вокруг Света» №11 за 2010 год

На помощь геологам пришли японские геофизики. Ёсио Фукао (Yoshio Fukao) с коллегами опубликовал в 1994 году в журнале национального геологического общества 14 карт, отражающих неоднородность внутреннего строения Земли в гигантском слое: от подошвы земной коры до границы «мантия — ядро». Карты были получены путем «просвечивания» Земли сейсмическими волнами — своеобразная томография планеты. И они показали, что классическая картина переходящих друг в друга сфер «ядро — мантия — кора» не соответствует реальности. Мантию пронизывают, как спицы, гигантские столбы расплавленного вещества (они получили название «плюмы»), «стоящие» на ядре и дотягивающиеся практически до са мой коры. Эти столбы не что иное, как восходящие горячие потоки (они обнаружены под Тихим океаном, Африкой и Срединно-Атлантическим хребтом) и нисходящие холодные (под Азией и Южной Америкой). Все это определенно свидетельствует о том, что между ядром и мантией идет интенсивный обмен веществом. Однако картина, нарисованная японцами, ничего не говорила о механизме, ответственном за дрейф материков. Связь огромных вертикальных перемещений вещества с горизонтальным движением твердых плит была отнюдь не очевидной. 

1. Вниз к ядру медленно опускается холодное вещество

2. С поверхности внешнего ядра через всю мантию поднимаются огромные плюмы, несущие разогретое вещество

3.Мантия Глубина 30–2890 км. Состав мантии неизвестен. О нем лишь косвенно можно судить, например, по алмазам, в которых обнаружены вкрапления глубинных минералов из нижней мантии

4. Ядро Глубина 5100–6378 км. Твердая часть с температурой в центре 5000 °С

5. Внешнее ядро Глубина 2890—5100 км. Жидкая оболочка из железоникелевого сплава

6. Земная кора Глубина 5–30 км. Бывает двух типов — континентальной и океанической

Когда начали бурить Кольскую сверхглубокую скважину в 1970 году, то рассчитывали дойти до мантии на глубине 12 километров, однако там никакой мантии не оказалось. Впоследствии теоретики отодвинули границу залегания мантии в этом районе до 30 километров

Диагноз на щепках

Доктор физико-математических наук Валерий Трубицын — ученый разносторонний. В первой половине 1970-х годов он напечатал несколько теоретических работ, которые значительно изменили представления физиков о свойствах твердого водорода. Впоследствии выводы Трубицына были полностью подтверждены экспериментально, но тогда они настолько взбудоражили научную общественность, что, по слухам, сам отец водородной бомбы Эдвард Теллер обратился к президенту США с просьбой выделить средства для проверки теории советского ученого. Спустя несколько лет Трубицын теоретически показал, что Юпитер представляет собой газовый шар, на 80% состоящий из водорода, что впоследствии было подтверждено измерениями, проведенными межпланетной станцией «Пионер». Конвекционными процессами внутри Земли Валерий Петрович занялся в середине 1990-х.

Начал с того, что вместе с соавтором Юрием Рыковым написал компьютерную программу для модельной ячейки с восходящим и нисходящим потоками и двумя плавающими по поверхности «щепочками», изображавшими континенты. Несмотря на относительную простоту модели, расчет оказался столь сложным, что западные коллеги до сих пор удивляются, как исследователям удалось провести его на 386-м компьютере. Но в те времена и такая машина была роскошью, поэтому ее от греха пришлось привинтить к столу стальной скобой с амбарным замком.  Результат превзошел все ожидания — даже при таком более чем приближенном моделировании программа выдавала картину, качественно почти полностью совпадающую с той, что была получена японцами, то есть отражающую реальную геологическую ситуацию. Однако самым важным результатом было даже не это — Трубицыну и Рыкову удалось доказать, что континенты, состоящие из относительно тонких литосферных плит (около 100 километров), определяют поведение всей мантии до глубины 2700 километров. Не будь на Земле континентов, не работал бы механизм конвекции, который активно перемешивает вещество внутри нашей планеты.

От Земли твердой к Земле бурлящей