Почему ядро Земли горячее?
Земля уже существует 4 миллиарда 600 миллионов лет. Долгое время, и все же, по какой-то причине, её поверхность не остыла и до сих пор удивляет активностью.
Внутренности многих планет остаются горячими из-за ядерных реакций, а точнее радиогенных процессов. В случае Земли это в основном распады изотопов урана, тория и калия.
Как быстро камень может остыть? Даже если он достаточно процветающий, скажем, размером с планету?
Миллионов, не говоря уже о миллиардах лет, должно быть более чем достаточно, чтобы полностью охладить и укрепить его. Это вызвано нашей интуицией, поддерживаемой вторым непобедимым законом термодинамики. Мы все знаем, что каждое тело отдает тепло своему окружению, и каждый костер должен когда-нибудь погаснуть.
Тем не менее, несмотря на здравый смысл, «вечное тепло», похоже, царит глубоко под поверхностью земной коры. Итак, давайте посмотрим на саму суть нашей планеты.
Никель-железный шар диаметром 7 тыс. километров, объединяющий почти 1/3 массы всего земного шара, остается постоянно освещенным до температуры свыше 5,5 тыс. С. Через 4,6 миллиарда лет внутренняя часть нашей планеты все еще генерирует густые тераватты энергии и горит немного меньше, чем поверхность Солнца. И пусть не будет никаких сомнений, что тепло от мантии и ядра протекает максимально, даже в процессе конвекции.
Расплавленное вещество под нашими ногами неутомимо поднимается, отдавая часть температуры, затем сгущается и снова начинает падать к центру.
Казалось бы, обычно такой процесс давно должен был охладить наш мир и привести к его геологической гибели. Возможно ли, что планеты просто так медленно теряют энергию, которая все еще получается в процессе их бурного рождения? Оказывается, что . да. Хотя это было бы невозможно без помощи собственного автономного источника энергии в форме ядерных реакций. Пусть не будет недопонимания (с чем я столкнулся): речь идет не о термоядерных процессах, то есть о слиянии атомных ядер, типичном для звездных внутренностей.
Планеты не имеют достаточной массы (или в нашем случае достаточного количества топлива), чтобы обеспечить необходимые условия для поддержания синтеза. Однако у нас есть примеси тяжелых радиоактивных изотопов, которые легко подвергаются самопроизвольному распаду, что сопровождается выделением определенных порций энергии.
Любознательные читатели могут задаться вопросом, откуда, черт возьми, мы знаем о ядерных реакциях, происходящих совершенно за пределами нашего поля зрения. Действительно, это довольно необычно, потому что большая часть современных геологических моделей была создана с использованием нейтринных детекторов, а точнее электронных антинейтрино. Чаще всего мы связываем эти крошечные проникающие частицы с космическими источниками (например, солнечными нейтрино), но их излучение сопровождает многие физические явления, особенно отдельные ядерные распады.
В 2005 году команда японского детектора KamLand начала ловить те геонейтрино, на основании которых они сделали тщательную оценку явлений, происходящих внутри Земли. Согласно существующей модели, ядерные распады генерируют до 20 тераватт энергии, причем около 40% этого значения приходится на распад урана-238, еще 40% — на распад тория-232 и 20% — на распад калия-40.
Следует отметить еще два факта.
Прежде всего, наши теории о тепловом балансе Земли не являются полными и все еще оставляют место для обсуждения. Радиоактивность — мощная сила, но, вероятно, не ответственная за всю произведенную энергию. Во-вторых, распады изотопов происходят в мантии нашей планеты, но не в ядре. По мнению физиков и геологов, уран, торий и калий практически отсутствуют в самом ядре Земли, поэтому все радиогенное тепло должно подниматься немного выше.
Так каков правильный ответ на заглавный вопрос?
Кажется, что ядро фактически горит исходным теплом, которое является реликтом после рождения планеты. Тем не менее, оно не остыло, потому что оно остается завернутым в толстый слой расплавленных пород, постоянно нагреваемых ядерными распадами. Поэтому мантию можно рассматривать здесь даже не как обычное одеяло, а как электрическое одеяло с собственным источником нагрева.
Означает ли все это, что Земля никогда не замерзнет?
Конечно нет, но процесс охлаждения её интерьера невероятно медленный. Учитывая скорость тепловыделения и все остальное, ядру понадобится от 55 до 90 миллиардов лет, чтобы полностью затвердеть. Потому что высокая температура и конвекционные движения миллиардов тонн расплавленного железа являются условием существования магнитосферы Земли.
Источник
Адово пекло в цветочном горшочке
Руководитель противопожарного отдела Greenpeace России, один из лучших специалистов в мире по тушению торфяных пожаров. Учился в МПГУ им. Ленина, в дружине по охране природы биофака МГУ занимался противопожарной работой. Работал государственным инспектором по охране природы Московской области. Служил в пожарной охране МВД, затем МЧС. Одновременно руководил группой добровольных лесных пожарных. Соавтор методических пособий по тушению пожаров на природных территориях. Опыт тушения пожаров около 20 лет. В 2018 году вошёл в десятку лучших лесных пожарных России.
Мнение эксперта 7 минут 18/04/2019
читать и обсуждать наши новости в телеграме читайте наши новости в телеграме
Когда люди не совсем точно знают, о чём речь, когда они торфа никогда в руках не держали – или не знают, что держали, – возникают всякие фантазии. Журналисты пишут разные страшилки, которые вместе складываются в общую ужасающую картину: торфяные пожары уходят на десятки метров в глубину, это бездна, которая может раскрыться под ногами в любой момент, и никогда не угадаешь, когда туда можно провалиться.
Адово пекло. И его, естественно, нельзя потушить, оно горит вечно, и справиться с этим невозможно…
Где же человек может познакомиться с торфом, если он не болотовед? Для это достаточно или быть дачником, или выращивать комнатные цветы. В супермаркетах продаётся в пакетиках грунт: для цветов, для рассады. Прямо на пакетике можно прочитать: 50% – низинный торф, 50% – верховой торф. То есть это разный торф из разных болот, добытый с разной глубины.
В торфе много неперегнивших растений, какие-то корешки, кусочки листиков, какого-то мха. Где-то дошло до стадии угля – это прослойки с предыдущих пожаров. Ну вот: земля и уголёчки, земля и корешки, земля и частички мха, осоки, в зависимости от того, какой торф. Это просто земля, богатая органикой. По определению, торф – это грунт, содержащий более 50% органического вещества. Если меньше – то это просто заторфованная почва.
Ничего волшебного, ничего магического. Это просто земля для горшков. Мало того, сами горшки часто сделаны из спрессованного торфа. Нетрудно догадаться, что цветочные горшки на подоконниках не вспыхивают сами от солнечных лучей, от тепла и не превращаются в адово пекло. Их вообще не так-то просто зажечь. Надо или положить туда горящий окурок, или поставить на плиту. Чтобы зажечь торф, уж точно надо градусов 150-200. Ну, а если умудриться цветочный горшок зажечь, то потушить его проще простого: поставьте его под струю воды, размочите в раковине, и ваш миниатюрный торфяной пожар погаснет.
Почему же может произойти настоящий торфяной пожар? Почему загорается земля? Даже осушенный торф из тех мест, где его собирались добывать и прокопали каналы, не загорится сам по себе. Никогда. Загореться может только тогда, когда пришёл человек и устроил огонь.
Начинает гореть эта почва, в той части, где она достаточно сухая. Весной от поджогов травы чаще всего загораются края канав, приподнятые участки, иногда стенки старых торфяных очагов, тех ям, которые образовались от предыдущих пожаров: стенки легче всего подогреваются, и там уже есть уголь, огню легче зацепиться, и тление возобновляется по новой.
Постепенно выгорает вся органическая часть, остаётся зола. В зависимости от условий, в которых образовывался торф на болоте, она может быть белой, жёлтой, красной, коричневой. Торф не бесконечно в глубину залегает. Выгоревшие ямы достигают либо уровня грунтовых вод, либо уровня подстилающего грунта. Весной это первые десятки сантиметров. По мере того, как вода уходит, он становится всё более глубоким. В итоге это может быть метр, полтора, редко больше. Хотя у нас – и даже в Московской области – встречаются глубокие залежи, 6-8 метров, на месте глубоких заболоченных озёр. Но, конечно, на такую глубину очаги никогда не развиваются, горит именно верхний слой.
Идёт дым, чем дальше, тем его больше.
Торфяник – это огромная кладовая органики, и когда он начинает гореть, весь накопленный в нём запас углерода возвращается в атмосферу, усугубляя ситуацию с климатом.
Особенно сильно выделяется углекислый газ (СО2), образуется много угарного газа, очень опасного и токсичного, разные продукты неполного сгорания органики, опасный канцероген бензапирен.
В торфе много смол, потому что в его составе много болотных растений, корни болотной сосны, многие растения содержат лигнин, битумные смолы. И если торф начинает гореть, происходит интересный процесс: эти смолы вскипают и выступают на поверхность, а там – достаточно холодный воздух, и смола конденсируется. Получается, что при горении поверхность горящего торфа становится более смолистой и гораздо менее охотно пропускает воду. Если мы комочек горящего торфа бросим в воду – тот же цветочный горшок – какое-то время он будет плавать и дымить. Не будет тонуть и пропитываться водой, потому что смола не даст воде проникнуть внутрь. И если мы захотим потушить этот плавающий комочек, надо будет его аккуратно растереть палочкой или ложкой. Как только мы разрушим механическую структуру, и торф пропитается водой, горение остановится.
Торф горит практически всегда без огня, как тлеющий матрас. Лишь изредка бывают небольшие язычки пламени. Но от него может загореться сухая трава. От него может загореться лес. Вот только что в Бурятии добровольцы столкнулись с тем, что торф тлел под снегом, не пропускал воду в себя, перезимовал, и сейчас от торфяника загорается трава, начинается обширный пожар. Но торфяник, в свою очередь, загорелся не сам по себе, а скорее всего от горевшей прошлой весной травы, либо от чьего-то оставленного костра, либо от брошенного окурка.
Основная опасность горящего торфяника – это задымление и падающие деревья. Подгорают корни, и дерево внезапно падает. Иногда падает сразу много деревьев. Потом они загораются, и тогда горят уже завалы из деревьев, они дают ещё больше дыма, открытый огонь, и это происходит уже во второй половине лета. На этой стадии на пожары уже начинают реагировать журналисты и говорить, что вот, у нас загорелись торфяники. В большинстве случаев загорелись они весной, но на стадии маленьких ямок в земле это никого не интересовало, хотя потушить тогда было намного легче.
Когда пожары начинают замечать, с ними уже очень трудно что-то сделать.
Нужно огромное количество воды: тонна на кубометр горящего торфа.
Если речь идёт об одном гектаре (а это довольно скромный пожар), чтобы тщательно потушить, понадобится 10 000 тонн воды. В пожарной машине помещается две тонны. Есть очень большие пожарные машины на шесть тонн – это шесть квадратных метров. То есть никакой подвозной водой эту проблему уже не решить. Если бы у нас была маленькая ямка в земле, мы могли бы её потушить из пожарной машины или положить кусок торфа в ведро, отнести и утопить в канаве. Или залить из маленькой мотопомпы в течение нескольких минут. Но когда речь идет о гектарах, уже никакие машины и тем более самолёты и вертолёты справиться не могут. Вода, сброшенная сверху, не будет перемешиваться с торфом, а значит – просто упадёт впустую. Испарится.
Исходя из этого, возникают важные соображения о том, как бороться с этой проблемой. Первое: никакого горения, никаких костров, окурков на торфянике. Если мы не устроим там пожар, у нас вообще этой проблемы не будет. Нас иногда спрашивают туристы: дайте нам совет, как безопасно на торфянике развести костёр? Мы идём на болото, там, кроме болота ничего нет, нам надо как-то себе еду готовить. Это – как давать совет о безопасном курении на бензоколонке. Единственный правильный ответ: либо вы разводите костёр на минеральных островах, либо идёте с газовой горелкой и очень внимательно за ней следите. На торфянике нельзя безопасно развести костёр, потому что всегда есть вероятность, что, будучи обычным туристом, без специального оборудования, техники, вы не потушите костёр полностью, не заметите тления и устроите серьёзный торфяной пожар.
Второе – вовремя обнаруживать эти пожары, тлеющие ямки с торфом, если раньше уже огонь по торфянику прошёл. Надо прочёсывать территорию – как при поиске пропавшего человека: идти так, чтобы видеть ботинки соседа, прочёсывать всю эту площадь, пронюхивать, потому что в первую очередь эти пожары обнаруживаются по очень характерному запаху горящего торфа. Если пахнет – надо искать очаг. И тщательно проверять все ямки с золой.
Сейчас эту важную работу делают добровольцы, и за последние годы с их подачи фактически по этому же алгоритму стали работать и все государственные структуры. Вместо того, чтобы реагировать на страшные торфяные пожары осенью, сосредоточиться на том, чтобы весной тщательно обследовать торфяники, где горела трава или лес, и искать эти микроскопические – размером с кепку, со след ноги – участки начавшегося тления. Если их залить водой, тщательно перемешать, проверить, что действительно всё охлаждено, то на ранней стадии этот пожар легко тушится. В первые дни это совсем просто. В первые недели – это решаемая задача, а вот если упущено несколько недель или месяц, пожар набирает такую силу, такую глубину, что справиться с ним достаточно тяжело.
Источник