Внутреннее тепло

Поскольку, похоже, что тела ощутимых размеров извне (даже Луна) серьезно не угрожают Земле, пока Солнце остается в главной последовательности, давайте на время отвлечемся от остальной части Вселенной (Нам придется время от времени возвращаться к ней в связи с небольшими телами) и сосредоточимся на планете Земля.

Может ли при отсутствии вторжения инородного тела иметь место катастрофа, которая коренится в самой Земле? Например, не может ли планета вдруг неожиданно взорваться? Или не может ли она расколоться надвое? Или, быть может, ее целостность окажется каким‑то образом настолько радикально ослаблена, что это приведет к катастрофе третьего класса, положив конец Земле как обитаемому миру? В конце концов, Земля очень горячее тело, только ее поверхность холодная.

Первоначальным источником тепла была кинетическая энергия малых тел, которые 4,6 миллиарда лет назад сбились вместе, образовав Землю. Кинетическая энергия преобразовалась в тепло, достаточное, чтобы расплавить внутренность. И с тех пор, за миллиарды лет, Земля не остыла. Причиной тому — внешние слои камня, которые являются хорошим изолятором и плохо проводят тепло. Поэтому из Земли в окружающее пространство просачивается лишь сравнительно небольшое количество тепла.

Разумеется, некоторое количество тепла просачивается, так как нет совершенных изоляторов; несмотря на это, никакого охлаждения не происходит. Во внешних слоях Земли существуют определенные виды атомов, являющиеся радиоактивными. Четыре из них особенно важны: уран‑238, уран‑235, торий‑232 и калий‑40. Их распад идет очень медленно, после миллиардов лет существования Земли некоторые из этих элементов существуют практически в первозданном виде. Конечно, большая часть урана‑235 и калия‑40 в настоящий момент уже распалась, но распалась только половина ура‑на‑238 и только пятая часть тория‑232.

Энергия преобразуется в тепло, и хотя количество тепла, произведенного одним‑единственным атомом, незначительно, общее количество тепла, произведенного большим количеством распадающихся атомов, почти соответствует количеству тепла, теряемого недрами Земли. Следовательно, Земля скорее слегка набирает тепло, чем теряет.

А не может ли случиться так, что агрессивно горячие недра (а по некоторым оценкам температура в центре Земли достигает 26 000 по Цельсию) создадут такую расширяющую силу, которая, словно огромная планетарная бомба, взорвет холодную кору, оставив только пояс астероидов на месте, где когда‑то находилась Земля?

Собственно говоря, такой поворот событий вполне возможен, так как между орбитами Марса и Юпитера уже имеется астероидный пояс. Откуда он взялся? Когда в 1802 году немецкий астроном Генрих В. М. Олберс (1754‑1840) открыл второй астероид — Паллас, он тут же сделал предположение, что оба астероида Церера и Паллас — маленькие обломки большой планеты, которая когда‑то двигалась по орбите между Марсом и Юпитером и взорвалась. Теперь, когда мы знаем, что существуют десятки тысяч астероидов, большинство которых в поперечнике не более двух километров, эта мысль выглядит еще более правдоподобной.

Представляется, что есть еще одно свидетельство по этой части. Дело в том, что 90 процентов метеоритов, которые достигают поверхности Земли (и которые, как считают, приходят из астероидного пояса), — это каменные метеориты, и 10 процентов — железо‑никелевые. Это вызывает предположение, что они представляют собой обломки планеты с железо‑никелевой сердцевиной и каменной мантией вокруг нее. У Земли такая сердцевина составляет примерно 17 процентов объема всей планеты. Марс несколько менее плотен, чем Земля, и, следовательно, должен иметь сердцевину (более плотную часть планеты) в пропорции, меньшей к общему объему, чем у Земли. Если взорвавшаяся планета была похожа на Марс, это объясняет соотношение каменных и железо‑никелевых метеоритов.

Есть даже процента два каменных метеоритов — «углеродистых хондритов», которые содержат значительное количество легких элементов — даже воду и органические соединения. Их можно рассматривать как возникшие в самой внешней части коры взорвавшейся планеты. И все же, как ни убедительно звучит теория взрывного происхождения астероидов, она не принята астрономами. Наибольшая оценка общей массы астероидов определяет ее как примерно 1/10 массы Луны. Если бы все астероиды были единым телом, диаметр его был бы приблизительно 1600 километров. А чем меньше тело, тем меньше тепла в его центре и тем меньше причин мы найдем для того, чтобы оно взорвалось. Представляется крайне маловероятным, чтобы тело, имеющее размеры всего лишь со средний астероид, могло взорваться.

Представляется гораздо более вероятным, что когда Юпитер рос, он был настолько эффективен в захвате дополнительной массы, находящейся по соседству (благодаря своей уже достаточно большой массе), что оставил очень мало от того, что теперь называется поясом астероидов, для накопления в планету. Действительно, он оставил так мало, что Марс уже не смог вырасти таким большим, как Земля или Венера. Просто не осталось в наличии достаточно материи.

Возможно также, что астероидная материя была слишком мала по массе и создавала слишком слабое гравитационное поле для того, чтобы собраться в единую планету, особенно потому, что этому противодействовало приливо‑отливное воздействие гравитационного поля Юпитера. Вместо этого могли сформироваться несколько умеренных размеров астероидов, а столкновения между ними могли превратить в порошок несколько более мелких объектов.

Короче, теперь большинство исследователей сошлось на том, что астероиды не продукт взорвавшейся планеты, а материалы планеты, которая так и не сформировалась.

Поскольку в космосе между Марсом и Юпитером не было взорвавшейся планеты, у нас меньше оснований полагать, что какая‑нибудь другая планета взорвется. Более того, не следует недооценивать силу гравитации. У объекта размером с Землю гравитационное поле доминирует. Расширительное влияние внутреннего тепла далеко не достаточно для того, чтобы преодолеть силу гравитации, направленную внутрь.

Стоит поинтересоваться, не поднимет ли радиоактивный распад атомов температуру выше опасного уровня? Что касается взрыва, то тут опасаться нечего. Если температура повысится настолько, что расплавит Землю, планета лишится существующей атмосферы и океанов, но остальная ее часть продолжит вращаться как огромная капля, все еще удерживаемая в целостности благодаря своей гравитации. (Гигантская планета Юпитер, как сейчас полагают, является как раз такой вращающейся каплей с температурой в центре порядка 54 000 градусов по Цельсию, однако гравитационное поле Юпитера в 318 раз сильнее, чем у Земли.) Разумеется, если бы Земля стала достаточно горячей, чтобы расплавить всю планету, кору и все прочее, это было бы настоящей катастрофой третьего класса. О взрыве тут и говорить нечего.

Однако это тоже вряд ли случится. Естественная радиоактивность Земли непрерывно падает. Сейчас она меньше половины той, что была в начале истории планеты. Если планета не расплавилась за первые миллиарды лет своей жизни, она не расплавится и сейчас. И даже если температура Земли возрастает в течение всего периода ее существования в постоянно уменьшающемся темпе и пока не преуспела в расплавлении коры, но все еще работает над этой задачей, температура будет подниматься настолько медленно, что предоставит человечеству много времени, чтобы оставить планету.

Более вероятно, что тепло недр Земли, в самом лучшем случае, поддерживает самое себя, и, если радиоактивность планеты продолжит падать, может начаться очень медленная потеря тепла. Мы даже можем предположить, что в очень далеком будущем Земля станет совершенно холодной.

Воздействует ли это на жизнь таким образом, что можно будет посчитать это катастрофой? Что касается температуры поверхности Земли, несомненно, такого воздействия не будет. Почти все тепло нашей поверхности поступает от Солнца. Если Солнце погаснет, температура поверхности Земли станет намного ниже, чем в Антарктике, а тепло недр будет оказывать лишь незначительное смягчающее действие. С другой стороны, если температура недр упадет до нуля, но Солнце не погаснет, то мы, что касается температуры поверхности, не заметим разницы. Тем не менее внутреннее тепло Земли связано с энергией распада атомов, с которой люди знакомы. Не окажется ли потеря его в какой‑то степени катастрофичной, даже если Солнце не погаснет?

Это вопрос, над которым не надо ломать голову. Он никогда не встанет. Спад радиоактивности и потеря тепла продолжатся с такой малой скоростью, что ко времени, когда Солнце покинет главную последовательность, внутри Земля наверняка останется почти таким же горячим телом, как и сейчас.

Дата добавления: 2015-08-18