Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 05

Сквозь почву, горные породы не видно, что творится у нас под ногами, а уж тем более — глубоко в недрах. Знать же это необходимо. И не только потому, что люди по своей природе — существа любознательные. Земля — наш дом, а каждый хороший хозяин должен знать, что происходит в каждом из уголков его жилища. Вот поэтому люди издавна и копаются в земле самым буквальным образом, открывая все новые секреты и тайны.

Однако лопатой, киркой и даже самым совершенным буром далеко в глубины не проникнуть. Работа сверхглубокой скважины на Кольском полуострове, построенной специально для исследования недр, остановилась после того, как были пройдены первые 12 км — чудовищные давления и температуры не дают бурить дальше.

Поэтому более глубокую разведку приходится вести косвенными способами. Геофизики, например, зондируют недра Земли излучениями различной частоты. Время от времени и сама наша планета «подает голос»: во время землетрясений, извержений вулканов по всей толще горных пород расходятся сейсмические колебания. Наталкиваясь на горные слои разной плотности, они преломляются, отражаются. Фиксируя эти волны на земной поверхности, ученые получают нечто вроде «рентгенограмм» нашей планеты.

Так удалось узнать, что под наружным твердым слоем планеты — земной корой, имеющей толщину от 30 до 70 км, находится мантия, состоящая из пород раскаленных или даже расплавленных. Слои мантии простираются до глубины почти в 3000 км, а дальше — до самого центра — располагается земное ядро.

Так выглядит строение планеты в самых общих чертах. Специалисты же могут уточнить: земная кора вместе с верхней мантией составляет литосферу. Кроме того, и мантия, и ядро делятся еще на несколько слоев, отличающихся и по составу горных пород, и по температуре, и по давлению…

Но что же все-таки там, в самом центре Земли?

Взгляните при случае на таблицу Менделеева. Все элементы, указанные в ее клетках, содержатся как на поверхности планеты, так и в ее недрах. Только физические условия там другие, и свойства знакомых нам элементов под действием высокого давления и температуры, конечно, меняются.

Как? Ответ на этот вопрос можно найти в лаборатории. Ведь соответствующее давление, как и температуру, можно создать и не опускаясь в глубины планеты.

По этому пути и пошли в свое время ученые. Академик Леонид Федорович Верещагин, чье имя носит сейчас институт, еще до войны получил рекордное по тем временам давление — 10 тысяч атмосфер, создав вместе с двумя научными сотрудниками и одним механиком уникальный пресс.

Пресс тот (его фотографию сотрудники института хранят и сейчас) занимал всего лишь угол лаборатории. Потом давления стали измерять сотнями тысяч и миллионами атмосфер. Существенно «подросли» и создававшие их прессы. Например, для одного пресса-рекордсмена в 70-е годы прошлого века пришлось даже строить специальное здание, напоминающее своими размерами зимний стадион: длина строения — 84 м, ширина — 36, высота — 30 м.

И сама эта махина весом 5000 т будто прибыла из страны великанов. Один лишь цилиндр «поршня», с помощью которого пресс развивал давление до 3 млн. атмосфер, имел массу в 60 т и высоту в два человеческих роста. Однако сейчас огромные давления ученые получают более эффективными способами.

Возьмите в руки иголку и воткните, например, в книгу. Хотите верьте, хотите нет, но на кончике иглы вы развили давление около 3 т! Примерно так концентрируют усилия и современные исследователи. В рабочей камере гидравлического пресса на острие алмазной наковальни они получают такие же давления, как на глубине в сотни и даже тысячи километров.

А когда мощи гидравлики недостаточно, призывают на помощь удар или даже взрыв. Именно с помощью взрывов, проводимых опять-таки в особых камерах, в свое время были получены из графита первые промышленные алмазы, сейчас завершена серия исследований свойств серы при высоких давлениях. Этот химический элемент, представляющий собой в обычном состоянии почти идеальный диэлектрик, под давлением переходит в металлическое состояние, более того — приобретает сверхпроводящие свойства.

Эта работа имеет большое фундаментальное и практическое значение. Возможно, что с помощью металлической серы будет создано новое поколение сверхпроводящих сплавов, работающих при высоких температурах.