Почему у Земли до сих пор горячее ядро
Земле около четырёх с половиной миллиардов лет. Чашка чая остывает за десять минут, металлическая болванка — за час, раскалённая планета, по всем прикидкам, должна была застыть насквозь давным-давно. Она не застыла. В центре по-прежнему держится температура порядка 5400 °C — примерно как на поверхности Солнца. Вопрос не в том, откуда взялся жар. Вопрос в том, почему за миллиарды лет он никуда не делся.
Два источника, а не один
Тепло Земли складывается из двух вкладов, и они примерно равны.
Первый — остаточный, первородный. Когда планета собиралась из обломков, каждый удар превращал движение в тепло, а потом тяжёлое железо тонуло к центру, и трение при этом расслоении выделило ещё столько же. Земля родилась расплавленным шаром и часть того древнего жара просто не успела растерять.
Второй источник работает до сих пор. В породе рассеяны радиоактивные атомы, и каждый распад — это микроскопическая печка внутри камня.
Половина тепла — это распад
Через поверхность планеты наружу утекает около 47 тераватт — это мощность всей человеческой энергетики, помноженная на несколько раз. Примерно половину этого потока даёт радиоактивный распад.
Ответственны в основном четыре изотопа: уран-238, уран-235, торий-232 и калий-40. На распад урана-238 и тория-232 вместе приходится около 20 тераватт, на калий-40 — ещё несколько. Их в породе ничтожная доля по массе, но распад идёт непрерывно миллиарды лет, и в сумме набегает половина всего земного тепла. Планета отчасти работает как очень медленный, очень слабый реактор, размазанный по всему объёму.
Почему остывает так медленно
Тут главное — не сколько тепла внутри, а как трудно ему выбраться.
Камень отвратительно проводит тепло. Мантия — это тысячи километров породы, и она лежит поверх ядра тёплым одеялом: жар из центра просачивается сквозь неё крайне медленно. Быстрее шло бы, если бы вещество перемешивалось, но и конвекция в твёрдой мантии ползёт со скоростью роста ногтей, сантиметры в год.
Второе — размах. У большого тела объём растёт как куб размера, а поверхность, через которую уходит тепло, только как квадрат. Земля громадна, тепла в ней запасено чудовищно много, а «форточка» наружу по сравнению с этим объёмом крошечная. Мелкое тело того же состава давно бы промёрзло. Именно поэтому Марс и Луна внутри почти мертвы, а Земля — нет.
Остывание идёт, просто ленивое: по оценкам, недра теряют порядка 100 градусов за миллиард лет.
Растущее ядро подбрасывает тепла
Есть и третий взнос, помельче, но красивый. Внутреннее ядро Земли твёрдое, и оно медленно растёт: жидкое железо на его границе кристаллизуется и намерзает сверху. При любом затвердевании выделяется скрытая теплота — та же, что греет воздух, когда за окном замерзает лужа. Ядро, застывая, само себя подогревает и вдобавок раскручивает потоки в жидкой оболочке, из которых рождается магнитное поле планеты.
Что из этого выходит наружу
Весь этот жар обычно спрятан под десятками километров коры. Но там, где кора тонка и трескается, тепло прорывается к поверхности — и тогда его видно. Данакильская впадина в Африке лежит на стыке расходящихся плит, кора под ней растянута до предела, и в вулкане Эрта-Але больше века держится открытое лавовое озеро. Это не отдельное чудо. Это та самая внутренняя печка Земли, которая нашла тонкое место и выглянула наружу.
Планета остывает. Просто по её меркам «остыть» — это дело, на которое уходят не миллиарды прожитых лет, а ещё столько же впереди.