Удивительные камни планеты Земля. Подземные недра

Во глубине подземных недр

И злато, услаждающее взор твой,
Из тёмных недр извлечено на свет. Возникшее из тьмы во тьму стремится, Недолговечен ни один предмет. Нетленен только дух, рождённый светом,
Ему вовеки окончанья нет.
Рождённый светом, он стремится к свету,
Смерть побеждая, оставляя след"  (Мирза Шафи Вазех)


  Недра -  часть земной коры, расположенная ниже почвенного слоя, а при его отсутствии - ниже земной поверхности и дна водоёмов и водотоков, простирающаяся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения.
  Недра могут рассматриваться как с точки зрения геологии, так и с правовой точки зрения - как юридическое понятие. Под термином "недра" иногда понимают не только подземное пространство с содержащимися в нём полезными ископаемыми, но и горные породы, вышедшие  на поверхность, все полезные свойства, включая полости,  энергетические и другие ресурсы.
  Впервые как юридический термин "недра", а точнее "недра земные", встречается в 1832 году в Уставе Горном Российской Империи, где полезные ископаемые рассматривались как составная часть недр.  Однако толкование терминов "недра" и "полезные ископаемые" не приводилось.
  Определение "полезные ископаемые" было дано лишь в Горном положении СССР 1927 года. (1) Полезными ископаемыми здесь назывались "составные части недр - твёрдые, жидкие и газообразные, которые могут добываться с промышленной целью путём извлечения или отделения их, независимо от того, находятся ли они в глубине или выходят на поверхность".
"Мне кажется, что нам надо внимательнее посмотреть на недра. Найдем мы что-то. Не может быть, чтобы кто-то искал и не нашёл"
(А. Г.  Лукашенко)
  Глубоко в недрах Земли находится минерал, о котором большинство людей и не слышали. Это Бриджманит. Минерал самый распространённый на Земле - он составляет почти 40% от всего объёма планеты.
  До 2014 года этот он был известен как силикат-перовскит.
  Перовскит - сравнительно редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция. Назван в честь русского графа Л. А. Перовского. (2)
  Общепринята точка зрения, что нижняя мантия Земли (слой между глубинами 660 км и 2791 км) состоит на 75-80 % из силиката магния, силиката железа перовскитоподобной фазы, на 5-10 % из силиката кальция и на 10—15 % из магниевого вюстита, и, следовательно, метасиликат магния (MgSiO3) - бриджманита, составляет около половины общего объёма нашей планеты.
"Строение недоступных недр планеты изучается по отзвукам землетрясений, по скорости сейсмических волн, отражённых на границах слоёв"
(Вячеслав Маркин)
  Название бриджманит  минерал получил в честь  Перси Бриджмена, лауреата Нобелевской премии по физике 1946 года.(3)
Бриджманит, основной компонент земной мантии, находится, по предположению ученых, на глубине 670-2900 километров, вплоть до края земного ядра.
  Наибольшая концентрация бриджманита (MgSiO3) наблюдается в нижних слоях мантии Земли при температуре 1800 градусов и под колоссальным давлением, которое в 240 000 раз выше, чем на поверхности Земли.
  Следы бриджманита нашли в алмазах, найденных глубоко в недрах земли.
  Учёных, естественно, интересует его состав  этого недоступного минерала,  кристаллическая структура. Но оказалось, что  Бриджманит кроется  ещё и  в метеоритах. (4)
  Поскольку исследовать бриджманит природного происхождения не представляется возможным, так как нет такого оборудования чтобы забрать его из глубин земной мантии,  учёные предположили, что образцы бриджманита в составе метеоритов, упавших на Землю, дадут необходимую информацию.
  Анализ образцов метеоритов позволил учёным и получить информацию о том, что происходит в мантии Земли. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.(5)
Когда ты звездой восходишь - мало кого радуешь…
Многих радуешь, когда метеоритом падаешь.
(Наталья Розбицкая)
  Группа исследователей  идентифицировала бриджманит в фрагментах метеорита, который упал в Австралии в 1879 году.
  Международная команда учёных под руководством Луки Бинди (6)  из Флорентийского университета (Италия) изучили фрагменты метеорита, упавшего в 1986 году в городском округе Суйчжоу китайской провинции Хубэй.
  В образцах обнаружили минералы, сжатые во время удара о землю настолько сильно, что позволило учёным предположить: в момент падения метеорита были те же условия, что существуют в глубине мантии.
  Анализ образцов показал, что в кристаллической структуре бриджманита происходит химическая реакция, называемая диспропорционированием: электроны перераспределяются между собой по-новому, так что образуется железо в металлическом виде. По словам Бинди и его коллег, это удалось подтвердить под сканирующим электронным микроскопом.
  В Индокитае под слоем лавы найден кратер от огромного метеорита.
Исследования подтвердили, что реакция диспропорционирования сыграла ключевую роль в окислительно-восстановительных процессах и в эволюции Земли.
"Теория эволюции, как и теория гравитации, - это научный факт. Эволюция - это реальное явление. Принять своё родство со всем живым на земле - это не просто научно, это, по-моему, ещё и головокружительный духовный полёт"
(Нил Деграсс Тайсон)
  Лабораторные эксперименты ранее предоставили информацию о кристаллической структуре бриджманита. Исследователи, используя специальные прессы высокого давления, сдавливали небольшие кристаллы минерала алмазными наковальнями и нагревали лазером. Оказалось, что по мере увеличения давления и температуры бриджманит проходит ряд фазовых переходов.
  Понимание свойств бриджманита имеет не только академическую ценность. Это также помогает лучше понять процессы, происходящие  внутри Земли. Например, свойства минерала решающим образом определяют, как его состав влияет на скорость распространения сейсмических волн. Тем не менее, авторы отмечают, что далеко не все ответы ещё получены.
  Учёные сделали очень важное открытие! Внутреннее ядро Земли замедлило и, вероятно, изменило направление вращения, что привело к изменению длительности дня на доли миллисекунды в течение года, считает группа ученых из Китая. Исследование, которое провели И Ян и Сяодун Сун из Пекинского университета, было опубликовано в журнале Nature Geoscience. Оно базируется на анализе сейсмических волн, вызванных землетрясениями. (7)
  Учёные проанализировали траектории сейсмических волн, вызванных повторяющимися землетрясениями, начиная с 1960-х и обнаружили, что в период с 2009 по 2020 год вращение внутреннего ядра остановилось и, возможно, изменило направление. Авторы исследования указывают, что результаты их наблюдений совпадают с изменениями в магнитном поле Земли и в продолжительности дня.
"Это свидетельствует о динамическом взаимодействии между слоями Земли от самых глубоких недр до поверхности", -  говорится в резюме научной работы.
  Российский космонавт записал видео с салютами на китайский Новый год
Внутреннее ядро нашей планеты твердое и состоит преимущественно из железа и никеля. От остальной поверхности Земли оно отделяется жидким внешним ядром, что позволяет вращаться не так, как вся планета. Внешнее ядро, в свою очередь, отделено от земной коры мантией. Изучая, как преломляются сейсмические волны при переходе через центр Земли, ученые делают выводы о его строении и составе, а также как разные слои геосферы взаимодействуют друг с другом.
  По словам соавтора исследования доктора Сяодун Суна,  вращение внутреннего ядра вызвано магнитным полем, создаваемым жидким внешним ядром.
  На некоторой глубине - от десятков до сотен метров - температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли.
  Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии.
  Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения - места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее "обычного". Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.
Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики.* На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ.
*Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров.
  В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной -  явление повсеместное, и задача заключается в "добыче" тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.
  В разных районах, в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий, скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Например, в штате Орегон (США) градиент составляет 150°С на 1 км, а в Южной Африке - 6°С на 1 км.
  А какова температура на больших глубинах - 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250-300°С. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.
  Например, в Кольской сверхглубокой скважине, пробурённой в Балтийском кристаллическом щите, температура до глубины 3 км меняется со скоростью 10°С/1 км, а далее геотермический градиент становится в 2-2,5 раза больше. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120°С, на 10 км - 180°С, а на 12 км - 220°С.(8)
  Другой пример - скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42°С, на 2 км - 80°С, на 3 км - 108°С.
  Предполагается, что  на глубине 100 км предположительные температуры около 1300-1500°С, на глубине 400 км - 1600°С, в ядре Земли (глубины более 6000 км) - 4000-5000°С.
  На глубинах до 10-12 км температуру измеряют через пробурённые скважины; там же, где их нет, её определяют по косвенным признакам так же, как и на бóльших глубинах.
  Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сейсмических волн или температура изливающейся лавы.
"Лава (от итал. lava  "падаю, ползу, скольжу, спускаюсь (вниз)", "затопляю" или "то, что спускается" в результате извержения вулкана) -  раскалённая вулканическая масса, изливающаяся или выбрасываемая на поверхность при извержениях вулканов. Лава - это магма,