Teekond Maa keskpunkti, kaugemale kui universum

Pildikrediidid: Tohoku ülikool

"Päikese pinnatemperatuur on umbes 5778 Kelvinit"

Unustage universumi serva spekulatsioonid. Kas olete kunagi mõelnud, mis asub kogu planeedi keskmes, kus olete kogu oma elu veetnud? Kui olete keegi Scott Kelly sugune, kes arvab: "Noh, ma ei ole tehniliselt kogu oma aega siin veetnud", siis siin on kiire küsimus: mis on keerulisem? Kas minna kosmosesse või jõuda Maa keskpunkti? Kui palju me tegelikult teame kohta, mida nimetame koduks, meie universumi ainsaks teadaolevaks observatooriumiks?

Filmi plakat: Teekond Maa keskpunkti

Maa keskpunkti pärimus ja müüdid on olnud ilukirjanduses, teaduses ja mujalgi juba ammustest aegadest arutluse teemaks. Läheme tagasi 1692. aasta pKr. See oli täpselt 10 aastat pärast seda, kui salapärane tundmatu komeet välgatas üle taevalaotuse. Astronoom Edmond Halley pole selle komeediga seotud mustreid veel kindlaks teinud. Palju enne seda tegi ta ettepaneku, et “Maa on õõnes!” Aastate jooksul on tegelikult olnud palju neid, kes uskusid õõnesse maasse, sarnaselt tasapinnaliste maakeradega. Sellist mõistet on ulmes uuritud, nagu Jules Verne'i 1864. aasta romaan, mille pealkirjast olete ilmselt kuulnud. (Kas te ei klikkinud sellel põhjusel?) Üllataval kombel on olemas isegi sellele nõudele pühendatud veebisait https://www.ourhollowearth.com/

Täna teame kindlalt, et Maa pole õõnes. Seal on midagi sees, kohta, kuhu ükski mees pole veel jõudnud. Tehkem mõned sügavad kaevamised, et teada saada, mis see on.

Tehniliselt ei kavatse me teha seda, mida Elon Musk tegi, vaid kaevakem sügavuti senise teabe juurde. Lubage mul anda teile hoopis "huvitav ettevõte", kui loete seda ummikusse takerdunud või ootate midagi või kedagi.

Sügavustesse

Challengeri sügava asukoht

Alustame oma teekonda Maa pinna sügavaimas kohas, Mariana kraavis Vaikses ookeanis. On hämmastav, et inimkond on isegi selles kraavis jõudnud kõige sügavamasse kohta, nn Challengeri sügavaks, mis asub umbes 10900 meetri sügavusel maapinnast. Ligikaudu 1100 korda suurema rõhuga kui merepinnal, pimedas kohas, kuhu isegi päikesevalgus ei jõua, on teadlased üllatavalt tuvastanud ookeanide põhjas asuva elu.

Kuid ma pean oma varasemat lauset ümber sõnastama. 'Challenger Deep' pole Maa sügavaim punkt, nagu paljud võisid arvata.

See viib meid Venemaal inimeste poolt puuritud auku, mis läheb veelgi sügavamale. Pole sellest kunagi kuulnud? See kannab nime “Kola ülimagav puurauk”. Inimesed on selle sõna otseses mõttes kaevanud 19 aasta jooksul kuni 12262 meetri sügavuseni, muutes selle Maa senimaani sügavaimaks punktiks. Nad ei saanud kaugemale kaevata lihtsalt seetõttu, et tingimused olid lihtsalt liiga karmid, kuna temperatuur põhjas ulatus umbes 180 kraadini! See on üli kuum. Üks on kindel, süvenedes temperatuur tõuseb.

Nii et vasakpoolsel pildil näete väikest pitseeritud ringi. Kas te usuksite mind, kui ma ütleksin, et see avaneb Maa 12-kilomeetrises augus? See, mida te vaatate, on tegelikult Koolasügav puurauk, mis suleti augustis 2012. Kui mõtisklete selle üle, kui sügav see on, on see vaid umbes 0,192% kaugusest kesklinnast! See on maksimaalne, mille Kuu vallutanud jõudis siia Maale. Kõik, mis on allpool seda taset, on seletatav ainult mitmesuguste teooriate ja hüpoteeside kaudu, mis põhinevad meile kättesaadavatel teaduslikel andmetel.

Maa-aluse ookeani jõudmine

Kui oleksime kaevamist jätkanud, satuksime tehniliselt tohutusse maa-alusesse ookeani, kus on vett kuni 3 korda rohkem kui kõigi pinnal olevate ookeanide kogu vett kokku! Usu mind, see pole võetud ühestki ulmeromaanist.

Kuidas me seda teame? Enne kui ma vastuse paljastan, on küsimus. Kust te arvate, kust kogu meie planeedi vesi tuli?

Loodeülikooli ja Mehhiko ülikooli tehtud uuringud näitavad kindlaid tõendeid 660 km sügavusest maa-aluse veeallika kohta. Seda illustreerib ka see Cath Leveti kaunis graafika.

Ringwoodite olemasolu on selle mõistatuse võti. See materjal moodustub sügaval all ainult kõrgrõhu ja karmide tingimuste korral. Arvake, selles on vett hüdroksüülioonidena!

Asume 660 km merepinnast allpool ja meil on veel vaja läbida 5711 km. Veel kooli ajal oleksime teada saanud, et Maal on koorik, vahevöö ja tuum; kuid see pole veel kõik, mis seal on. Kui te poleks seda veel mõistnud, oleme juba sügaval vahevöös ületanud Mohorovičići katkendlikkuse. (Lühendatult Moho (vähemalt nüüd oskan seda sõna kirjutada) tähistab see üleminekut koorikust vahevöösse ja eksisteerib umbes 7–35 km sügavusel)

Vahevöö: koht, mis moodustab 84% Maa ruumalast

Mantl jaguneb 4 erinevaks kihiks;

  1. Ülemine vahevöö, mis hõlmab litosfääri ja astenosfääri
  2. Üleminekuala (660 km tähis, kus eeldatakse, et maa-alused veevarud on olemas)
  3. Alumine vahevöö (sügavus kuni 2891 km)
  4. Saladuslik tuum-vahevöö piir

Madalama vahevöö lõpu poole kohtame midagi üsna segavat. Enne kui edasi jõuame, on mõned asjad öelda:

Võib-olla olete juba varem ksenomorfist kuulnud, kuid kas olete kunagi kohanud ksenoliit? Lihtsamalt öeldes on see teist tüüpi kivim erinevat tüüpi kivim. Need spetsiaalsed kivimid annavad meile ülevaate vahevöö struktuurist. Enam kui sageli pärinevad need kivimites leiduvad ligipääsetavad ksenoliidid sügavalt Maa sisemusest ja on selle pinnale viinud. Nende koostist analüüsides saame aru tingimustest, mis eksisteerivad sügaval allpool.

Mõned seismilised analüüsid

Alumise vahevöö põhjas jõuame südamiku-vahevööndi piirini (2981 km kaugusel). Eriliseks teeb selle asjaolu, et see toimib piirina tahke vahevöö ja vedela välimise südamiku vahel. Ma kordan, välimine südamik on vedel!

Sukeldunud vedelasse metallilisse välimisse südamikku, umbes 2100 km kaugusel, jõuame punkti, mida nimetatakse Gutenbergi katkendlikkuseks. On aeg teadlase režiim sisse lülitada! Selle olulisuse mõistmiseks peame kõigepealt teadma seismiliste lainete kohta, keha lained olema konkreetsed.

Seismilised lained on lihtsalt "energia" lained ja neid saab üldiselt jagada pinnalaineteks (need, mis liiguvad Maa pinnal) ja kehalaineteks (need, mis liiguvad läbi Maa pinna).

Kehalained liigitatakse lisaks primaarlainetesse (või P-lainetesse) ja sekundaarlainetesse (või S-lainetesse). Seismomeeter on spetsiaalne tundlik instrument, mis suudab neid seismilisi laineid tuvastada ja registreerida. Neid vahendeid kasutades saab analüüsida mitmeid asju. Laineid tekitavad vibratsioonid, tõmblused või mingid häired Maa pinnal. Nüüd teame, et P-lained on oma olemuselt pikisuunalised, see tähendab, et laine levik toimub samas suunas, kus liikumiskeskkonna nihe (või vibratsioon) kulgeb läbi selle. S-lained on oma olemuselt põiksuunalised, st laine levik on risti keskkonna nihke suunaga. Ristlained võivad levida vaid läbi jäiga keskkonna, mis suudab risti asetsevaid nihkeid kinni hoida.

Pikisuunalised lainedRistlained (pildi viisakus: acs.psu.edu)

Niisiis, kogu selle analüüsi järeldus? Ristlained (aka S-lained) ei saa vedelike kaudu liikuda. Kuid oodake, kas ma mainisin just seda, et meie väline tuum on oma olemuselt vedel? Teadlased said sellest väitest kohe aru ja lihtsalt seismilisi laineid analüüsides mõistsid välja Gutenbergi katkendlikkuse olulisuse. Sisuliselt tähistab see piiri, kus S-lained kaovad täielikult (kuna need ei saa sellest kaugemale liikuda), osutades välimise südamiku vedelale sula olemusele ja näitab meile ka, et P-lainete kiirus väheneb. Nii saime kaardistada Maa sisestruktuuri nii suurtel sügavustel.

Lõpliku piirini jõudmine: sisemine tuum

Läbi välimise südamiku jõudes jõuame kohta, mida nimetatakse Bulleni katkematuks, kus kohtame taas silmapaistvat vahet - kindlat sisemist südamikku. Jep! Maa keskel asub tahke metalliline sisemine südamik läbimõõduga umbes 1220 km. Sellel sügavusel on rõhk nii suur, et tuumas sisalduv raud ja nikkel võivad hoolimata kõrgest temperatuurist esineda tahkes olekus. Kui kõrge on temperatuur muide?

On - oodake seda - ilmatu 5700 Kelvinit! Selle artikli esimene rida, mis võis arvata, et oli juhuslik, on nüüd mõtet mõistlik (kerige üles ja kontrollige, kas olete sellest mööda saanud!). Sügaval jalge all peitub kuum metsik metallkuul, mis konkureerib Päikese omaga! Kui kohutav see on! Need tähelepanekud aitavad meil mõista ka planeetide moodustumise protsessi.

Kuid oodake, meie teekond pole veel alles läbi. Meil on nüüd hea ettekujutus kõigest, mis eksisteerib kuni maa keskpunktini, kuid midagi on valesti. Ükski arutelu tuuma üle pole täielik, ilma et mainitaks Maa magnetvälja. Enne kui seda teeme, on siin mõned mõtisklevad küsimused.

Küsimine, mis võib tunduda väga triviaalne tähelepanek, võib mõnikord viia revolutsiooniliste avastusteni.

Kas olete kunagi mõelnud, miks Maa pöörleb ümber oma telje? Miks planeedid pöörlevad? Huvitavam küsimus oleks, miks kõik planeedid pöörlevad oma telje suhtes läänest itta, kuid Veenus ja Uraan pöörlevad idast läände?

Rääkides pöörlemisest, kas ma mainisin, et ka meie sisemine tuum pöörleb tegelikult idast läände, ka kiirusega, mis on kiirem kui Maa pöörlemine? Samuti pöörleb välimine vedela südamik vastupidises suunas (läänest itta). Lihtsalt korraks ette kujutada neid pöördeid ja kui keeruline on kogu süsteem. Need pöörded omistatakse Maa magnetväljale.

Kust see magnetväli tuleb? Meie parim teooria pärineb põhiosast, kuid siin on eksiarvamus. Materjali äärmisel kuumutamisel võib sellele olla huvitavaid tagajärgi. On aeg tutvustada mõnda nimega Curie Point, mis on sisuliselt maksimaalne temperatuur, milleni teatud materjal suudab säilitada oma püsivad magnetilised omadused. Curie punkti kohal kaotaks materjal kogu oma magnetilisuse. Raua Curie punkt on umbes 1043 Kelvinit. Kas temperatuur tuumas pole sellest palju kõrgem?

On selge, et tahke sisemine raudsüdamik pole magnetvälja põhjus. Magnetvälja päritolu selgitatakse keerukama dünamoteooria abil. See, mis sõna otseses mõttes juhtub, on konvektsioon, millele järgneb Ampere'i seadus toimimisel välimises vedelas tuumas. Kui olete keskkooli füüsika unustanud, on siin lühike kokkuvõte: vooluahel võib tekitada magnetvälja ja muutuv magnetväli võib vastutasuks tekitada elektrivoolu. Need väljad avaldavad Lorentzi jõudu laetud osakestele. Las ma lõpetan selle tehnilise põngerja-lõksu ja jõuan otse asja juurde.

Maa magnetvälja arvutisimulatsioon (vaadake ainult, kui keeruline see on)

Kui arvate, et meil on see kõik hästi välja mõeldud, siis eksite absoluutselt. Olen just jäämäe tipu pinna kriimustanud. Me ei tea sõna otseses mõttes midagi, vaid teeskleme, nagu teeksime! Nüüd pommitan teid lihtsalt mõne huvitava küsimusega. Kas teadsite, et meie magnetväli pöörab selle suuna iga paarisaja tuhande aasta tagant? Marsil pole isegi magnetvälja (niipalju kui me teame). Kuidas oleks? Kas teate Päikese T Tauri faasist, mida oleks võinud Maa magnetvälja tekitamisel tugevalt mõjutada? Arutada on liiga palju ja kui jätkan, muutub see artikkel sõna otseses mõttes õpikuks!

Mõni lõik varem, kui mainisin, et meie teekond pole veel lõppenud, pidasin tegelikult silmas midagi muud, veidramat.

Sisestame sisemine sisemine tuum:

Suhteliselt värsked uuringud näitavad, et sisemisel tuumal endal on veel üks kiht, mida nimetatakse sisemiseks sisemiseks südamikuks! Paistab, et teadlased on väsinud kõiki neid kihte lõpuks nimetamast.

PÕHINE PÕHJUSTAMINE: Maa sisemise südamiku kõige sisemises osas (punane) olev raud on orienteeritud ülejäänud sisemise südamikuga (oranž) võrreldes täiesti erineva nurga all (sinised jooned). Uued uuringud näitavad, et sisemine sisemine tuum moodustus tegelikult miljardeid aastaid varem, kui seni arvati, vahetult pärast planeedi moodustumist. (FOTOTÖÖTLUS: LACHINA AVALDAMISE TEENUSED)

Üllatav fakt selle piirkonna kohta on see, et siin asuvad raudkristallid asuvad ida-lääne teljel, erinevalt teistest osadest, kus nad on orienteeritud põhja-lõuna teljele, ja me lihtsalt ei tea, miks.

Võib-olla võime lõpuks järeldada, et oleme praktiliselt jõudnud Maa tõelisse keskpunkti.

Üks, milles võime kindlad olla, on see, et kõige keskmes asub meie planeedi kõige iidsem punkt, koht, mis sümboliseerib elava planeedi südant. Võib-olla me ei jõua selleni kunagi. Võib isegi parem olla, kui me ei prooviks. Midagi uurida ilma tagajärgedest selget ettekujutust omamata on risk. Kuid kas lõpetame jälitamise enne, kui on liiga hilja?

Võib olla. Võibolla mitte.

Siin on mõned lingid uurimise jätkamiseks;

  1. Dünamoteooria: Planeedi magnetvälja päritolu
  2. Miks Veenus ja Uraan keerlevad vales suunas?
  3. Kus on Marsi magnetväli?
  4. Mis on T-Tauri täht?
  5. Huvitav artikkel geomagnetilise pöördumise kohta

Trivia artikli pealkirja taga: Neile, kes pole seda veel mõistnud, on pealkiri tuletatud Jules Verne'i kuulsa romaani (Teekond Maa keskusesse) ja vähem tuntud Jaapani sarja sarjast nimi, "Aeg kaugemal kui universum", mis järgneb Antarktikasse ekspeditsioonile mineva noorte seltskonna lugu. Võib küsida, kuidas pealkiri võib olla eksitav, kuid minu arvates tähendab see tervikuna tõsiasja, et võib-olla uurime tähti ja kunagi hiljem, kuid iroonilisel kombel ei pruugi me kunagi Maa keskpunkti jõuda. See on tõesti nagu koht kaugemal kui universum ise. Kui me selleni jõuame, on see tõenäoliselt inimkonna lõpp.