Европейские астронавты на борту МКС, на высоте более 300 км над поверхностью Земли, провели эксперименты, проливающие свет на происходящее глубоко в недрах планеты.

Поверхность жидкости, заключенной между двумя сферами установки Geoflow, оказалась весьма похожей на то, что дает компьютерное моделирование поведения земной мантии
Так выглядит установка целиком, со всеми контролирующими системами
А так — те самые сферы, вложенные одна в другую и имитирующие земные ядро и кору
Вулканические острова Гавайев со спутника: их создали мантийные токи, подобные тем, что показаны на первой иллюстрации

При всех своих технологических возможностях человечество до сих пор копается лишь на самой поверхности Земли: если вообразить планету арбузом, мы никогда не добирались глубже зеленой корочки. Одна только мантия, залегающая под корой Земли, тянется на глубину свыше 3 тыс. км — тогда как самые сверхглубокие скважины редко преодолевают рубеж в 10 км. Практически все, что нам известно о происходящем на глубине, добыто косвенными методами и свидетельствами.

Мантия представляет собой полужидкий, вязкий расплав, температура и давление которого меняются с глубиной. С геологической точки зрения все, происходящее на поверхности планеты — лишь бледное отражение мощных мантийных процессов. Ее медленные токи определяют сдвиги литосферных плит, вулканическую активность, подъем гор и землетрясения. Современные суперкомпьютеры позволяют с большой долей достоверности смоделировать мантийные течения. Но насколько они адекватны реальности?

Самые изощренные технологии не позволяют пока заглянуть под кору Земли и замерить течения мантии. Ученым снова приходится обращаться к непрямым методам — например, моделирование мантии было проведено в лаборатории в Германии, и оно позволило подтвердить многие ранее сделанные выводы. Однако ни один лабораторный эксперимент не может исключить влияние «третьей силы», земной гравитации, которая неизбежно вносит искажения в движение расплава.

Лучшие доступные нам условия для опытов в отсутствии гравитации (точнее говоря, при микрогравитации), существуют на МКС. И европейские исследователи вместе с астронавтами поставили на борту станции эксперименты серии Geoflow.

Для этой цели была разработана установка, имитирующая естественную геометрию Земли. Она включает в себя две вложенные одна в другую вращающиеся сферы, разделенные слоем вязкой жидкости. Внутренняя сфера представляет ядро Земли, внешняя — ее кору, между ними с точностью до десятых градуса создается нужный температурный градиент. Жидкость, понятное дело, выступает в роли мантии. Эффекты притяжения, аналогичные гравитации, создается высоковольтным электрическим полем.

Движение жидкости «мантии» в такой установке тщательно фиксировалось астронавтами на борту МКС. И результат оказался блестящим: теоретические модели и компьютерные расчеты прекрасно подтвердились. Поверхность «мантии» выглядела в точности так же, как при компьютерном моделировании, с более горячими потоками, поднимающимися на поверхность, к «коре» с большой глубины. Считается, что такие потоки, несущие с собой высокую температуру, связаны с самыми вулканически активными областями на нашей планете.

По пресс-релизу ESA