Наша Земля устроена как луковица – она состоит из множества слоев. Начиная сверху вниз: есть кора, которая включает в себя поверхность, по которой вы ходите; затем ниже мантия, в основном твердая порода; затем еще глубже — внешнее ядро из жидкого железа; и, наконец, внутреннее ядро, сделанное из твердого железа, с радиусом, равным 70% размера Луны. Чем глубже вы погружаетесь, тем жарче становится — части ядра такие же горячие, как поверхность Солнца.
Точно так же, как врачи могут использовать технику, называемую сонографией, для получения изображений структур внутри вашего тела с помощью ультразвуковых волн, ученые используют аналогичную технику для изображения внутренних структур Земли. Но вместо ультразвука геологи используют сейсмические волны — звуковые волны, создаваемые землетрясениями.
На поверхности земли вы видите грязь, песок, траву и, конечно же, тротуар. Сейсмические колебания показывают, что находится ниже: большие и маленькие камни. Все это часть земной коры, которая может опускаться на глубину до 30 километров — он плавает поверх слоя, называемого мантией. Верхняя часть мантии обычно перемещается вместе с земной корой. Вместе они называются литосферой, толщина которой в среднем составляет около 100 километров, хотя в некоторых местах она может быть толще.
Литосфера делится на несколько крупных блоков, называемых плитами. Например, Тихоокеанская плита находится под всем Тихим океаном, а Северо-Американская плита покрывает большую часть Северной Америки. Плиты похожи на кусочки головоломки, которые примерно совмещены друг с другом и покрывают поверхность Земли. Пластины не статичны. Они двигаются. Иногда это мельчайшие доли сантиметров за несколько лет. В других случаях движения больше, и они более внезапны. Именно такое движение вызывает землетрясения и извержения вулканов.
Более того, движение плит является критическим и, вероятно, существенным фактором, определяющим эволюцию жизни на Земле, потому что движущиеся плиты изменяют окружающую среду и заставляют жизнь приспосабливаться к новым условиям.
Для движения плит требуется горячая мантия. И действительно, по мере углубления в Землю температура увеличивается. В нижней части плит, на глубине около 100 километров, температура составляет около 1300 градусов по Цельсию. К тому времени, когда вы доберетесь до границы между мантией и внешним ядром, которая находится на глубине 2900 километров, температура составит почти 2700°C.
Затем на границе между внешним и внутренним ядрами температура удваивается почти до 6000 °C. Это та часть, которая такая же горячая, как поверхность Солнца. При такой температуре практически все — металлы, алмазы, люди — испаряется в газ. Но поскольку ядро находится под таким высоким давлением глубоко внутри планеты, железо, из которого оно состоит, остается жидким или твердым.
Откуда берется все это тепло? Хотя Солнце согревает нас и все растения и животных на поверхности Земли, солнечный свет не может проникнуть сквозь многие километры недр планеты. Вместо этого есть два источника. Одним из них является тепло, которое Земля унаследовала во время своего формирования 4,5 миллиарда лет назад. Земля была создана из солнечной туманности, гигантского газообразного облака, среди бесконечных столкновений и слияний кусков камня и обломков, называемых планетезималями. Этот процесс занял десятки миллионов лет.
Во время этих столкновений выделялось огромное количество тепла, достаточное, чтобы растопить всю Землю. Хотя часть этого тепла была потеряна в космосе, остальная часть была заперта внутри Земли, где большая ее часть остается даже сегодня.
Другой источник тепла: распад радиоактивных изотопов, распространенных повсюду на Земле. Чтобы понять это, сначала представьте элемент как семейство, членами которого являются изотопы. Каждый атом данного элемента имеет одинаковое количество протонов, но разные изотопы-двоюродные братья имеют разное количество нейтронов. Радиоактивные изотопы нестабильны. Они выделяют постоянный поток энергии, который преобразуется в тепло. Калий-40, торий-232, уран-235 и уран-238 — четыре радиоактивных изотопа, поддерживающих температуру недр Земли.
Некоторые из этих названий могут показаться вам знакомыми. Уран-235, например, используется в качестве топлива на атомных электростанциях. Земле не грозит исчерпание этих источников тепла: хотя большая часть первоначального урана-235 и калия-40 исчезла, тория-232 и урана-238 достаточно, чтобы продержаться еще миллиарды лет. Наряду с горячим ядром и мантией эти выделяющие энергию изотопы обеспечивают тепло для движения плит.
