Як внутрішня частина Землі залишалася такою ж гарячою, як і поверхня Сонця, протягом мільярдів років? Шарувата структура Землі, яка включає рухомі плити, нагрівається залишками формування планети та розпаду радіоактивних ізотопів. Геологи використовують сейсмічні хвилі для вивчення цих внутрішніх структур і рухів, які мають вирішальне значення для змін навколишнього середовища та розвитку життя на Землі. Внутрішнє тепло призводить до руху плит, сприяючи таким явищам, як землетруси, виверження вулканів і утворенню нової землі й океанів, що робить Землю придатною для життя.

Починаючи зверху вниз, є кора, яка включає в себе поверхню, по якій ви ходите; далі, мантія, переважно тверда порода; потім ще глибше, зовнішнє ядро, зроблене з рідкого заліза; і, нарешті, внутрішнє ядро, виготовлене з міцного заліза, радіус якого становить 70% від розміру Місяця. Чим глибше ви занурюєтеся, тим гарячіше стає – частини ядра такі ж гарячі, як поверхня Сонця.

На ілюстрації зображено чотири ділянки під поверхнею Землі

Як професор наук про Землю та планети, я вивчаю нутрощі нашого світу. Подібно до того, як лікар може використовувати техніку, яка називається сонографією, щоб зробити зображення структур усередині вашого тіла за допомогою ультразвукових хвиль, вчені використовують подібну техніку для зображення внутрішніх структур Землі. Але замість ультразвуку геофізики використовують сейсмічні хвилі – звукові хвилі, які виникають під час землетрусів.

На поверхні Землі ви, звичайно, бачите бруд, пісок, траву та тротуар. Сейсмічні коливання виявляють те, що знаходиться під цим : каміння, великі й маленькі. Це все частина земної кори, яка може опускатися до 20 миль (30 кілометрів); він плаває поверх шару, який називається мантією. Верхня частина мантії зазвичай рухається разом з корою. Разом вони називаються літосферою, товщина якої в середньому становить близько 60 миль (100 кілометрів), хоча в деяких місцях вона може бути товщі.

Літосфера розділена на кілька великих блоків, які називаються плитами. Наприклад, Тихоокеанська плита знаходиться під усім Тихим океаном, а Північноамериканська плита покриває більшу частину Північної Америки. Пластини — це щось на кшталт шматочків пазла, які приблизно з’єднуються один з одним і покривають поверхню Землі. Пластини не статичні; замість цього вони рухаються. Іноді це найменша частка дюймів протягом кількох років. Іншим разом рухів більше, і вони більш раптові. Такий рух є причиною землетрусів і вивержень вулканів.

Щобільше, рух плит є критично важливим і, ймовірно, суттєвим чинником еволюції життя на Землі, оскільки рухомі плити змінюють навколишнє середовище та змушують життя адаптуватися до нових умов. Для руху плити потрібна гаряча мантія. І справді, у міру заглиблення в Землю температура зростає. На дні плит, на глибині близько 60 миль (100 кілометрів), температура становить близько 2400 градусів за Фаренгейтом (1300 градусів за Цельсієм). Коли ви підійдете до межі між мантією та зовнішнім ядром, яка знаходиться на відстані 1800 миль (2900 кілометрів), температура досягне майже 5000 °F (2700 °C).

Потім на межі між зовнішнім і внутрішнім ядрами температура подвоюється майже до 10800 °F (понад 6000 °C). Це та частина, яка така ж гаряча, як поверхня Сонця. При такій температурі практично все – метали, алмази, люди – випаровується в газ. Але оскільки ядро ​​знаходиться під таким високим тиском глибоко всередині планети, залізо, з якого воно складається, залишається рідким або твердим.

Зіткнення в космічному просторі

Звідки все це тепло?

Це не від Сонця. Хоча воно зігріває нас і всі рослини та тварин на поверхні Землі, сонячне світло не може проникнути крізь милі надр планети. Натомість є два джерела. Одним з них є тепло, яке Земля успадкувала під час свого формування 4,5 мільярда років тому. Земля була створена з сонячної туманності, гігантської газової хмари, серед нескінченних зіткнень і злиття шматочків каміння та уламків, які називаються планетезималями. Цей процес тривав десятки мільйонів років.

Інше джерело тепла: розпад радіоактивних ізотопів, поширених всюди на Землі. Щоб зрозуміти це, спочатку уявіть елемент як сімейство з ізотопами як його члени. Кожен атом даного елемента має однакову кількість протонів, але різні родичі ізотопу мають різну кількість нейтронів. Радіоактивні ізотопи нестабільні. Вони виділяють постійний потік енергії, яка перетворюється на тепло. Калій-40, торій-232, уран-235 і уран-238 є чотирма радіоактивними ізотопами, які підтримують нагрівання надр Землі.

Деякі з цих імен можуть здатися вам знайомими. Уран-235, наприклад, використовується як паливо на атомних електростанціях. Землі немає загрози, що ці джерела тепла закінчаться: хоча більша частина початкового урану-235 і калію-40 зникла, торію-232 і урану-238 достатньо, щоб прослужити ще мільярди років. Разом із гарячим ядром і мантією ці ізотопи, що вивільняють енергію, забезпечують тепло для руху пластин.

Ні тепла, ні руху пластини, ні життя

Навіть зараз рухомі плити продовжують змінювати поверхню Землі, постійно створюючи нові землі та нові океани протягом мільйонів і мільярдів років. Плити також впливають на атмосферу протягом таких же тривалих масштабів часу. Але без внутрішнього тепла Землі пластини не рухалися б. Земля б охолола. Швидше за все, наш світ був би непридатним для життя. Вас би тут не було.