США собираются открыть новое окно в загадочные внутренности Земли

ТЕМПЕ, Аризона – В лаборатории, окутанной тяжелыми черными занавесками, увешанными знаками опасности, ученые воссоздают условия палящего жара и высокого давления внутри планет.

Для начала они сжимают крошечные кусочки планетарных строительных блоков между кончиками двух алмазов. Затем они стреляют лазерами в драгоценные камни, чтобы нагреть их. Образцы размером с точку могут достигать давления, в несколько миллионов раз превышающего то, что чувствуют люди на Земле, и они могут быть такими же горячими, как поверхность Солнца.

Добро пожаловать в деликатный, специализированный и порой взрывоопасный мир напряженных исследований.

Дробление и взрывные работы образцов в лаборатории помогают ученым заглянуть внутрь себя, воссоздавая условия недоступных иначе глубоких частей планеты. Эта работа является ключом к исследованию некоторых из самых глубоких вопросов нашего существования: что делает Землю пригодной для жизни? Как возникла жизнь? И как геологические процессы, которые мы до сих пор до конца не понимаем, поддерживают жизнь сегодня?

В последние годы фокус этой области также сместился вовне, в сторону тысяч планет, которые, как известно, вращаются вокруг других звезд. Астрономы показали нам, что наша галактика усеяна зверинцем водных миров, суперземлей, горячих Юпитеров и субнептунов, некоторые из которых намекают на то, что они могут поддерживать жизнь. Поскольку мы не можем посещать эти планеты, а тем более исследовать их глубокие недра, самое лучшее — попытаться создать их в лаборатории.

«До сих пор нашей основной целью в сообществе наук о Земле было объяснение нашего существования», — сказал Дэн Шим, минералог из Университета штата Аризона, чья лаборатория работает над созданием планетарных внутренностей в миниатюре. «Но теперь, с [открытием] экзопланет, у нас возникли новые вопросы».

Чтобы поддержать эти исследования, Соединенные Штаты собираются получить свой первый по-настоящему «большой пресс» — двухэтажную дробилку, о которой ученые мечтали уже десять лет, с приводом от гидравлического тарана, способного развивать силу в 6000 тонн. . Инструмент, получивший прозвище Ичибан, позволит ученым сжимать значительно большие образцы, улучшая наше понимание того, что происходит с материалами в экстремальных условиях.

Это часть финансируемого государством объекта FORCE стоимостью 13,7 миллиона долларов, в котором будет размещен набор инструментов с новыми возможностями сдавливания, сжатия и скручивания.

«Мы переживаем захватывающее время. Наше невежество все еще настолько глубоко, что мы задаем действительно простые вопросы», — сказал Джозеф О'Рурк, планетолог из АГУ.

О'Рурк не проводит эксперименты с высоким давлением, но он берет результаты и интегрирует их в модели, чтобы лучше понять, как формировались и развивались планеты. Иногда эти модели открывают необычайные возможности. Он вспомнил недавний семинар, на котором коллега представил модель экзотического интерьера планеты, состоящую из миль и миль алмазов.

«Вы можете создать все эти модели, и эти вещи технически осуществимы с точки зрения физики и химии», — сказал О'Рурк. «Нам предстоит проделать огромную работу по сбору данных, чтобы узнать, являются ли наши истории научной фантастикой или научным фактом».

На хрестоматийных иллюстрациях внутренняя жизнь планет предстает аккуратной и простой. Слои Земли — твердое внутреннее ядро, расплавленное внешнее ядро, мантия, кора — выглядят концентрическими, имеют цветовую маркировку и симметричны, как леденец-сюрприз.

Но на самом деле все гораздо сложнее.

Измеряя, как сейсмические волны от землетрясений движутся по планете, геологи составили карту температуры, давления и свойств горных пород или жидкости внутри, что позволило им расшифровать структурные особенности недр планеты, как врач читает ультразвук. Эти карты все чаще показывают, что вложенные слои планеты неравномерны, иногда гористы и очень динамичны.

«В основании мантии, там, где мантия и ядро ​​соединяются вместе, есть намек на что-то действительно интригующее, происходящее там», — сказал Дэвид Ламберт, сотрудник программы Национального научного фонда.