Изучение недр Земли из космоса

Астронавт ЕКА Андре Кёйперс проводит эксперименты на Международной космической станции, которые проливают свет на процессы глубоко внутри Земли. Эксперимент Geoflow, работающий на орбите около 400 км над нами, позволяет изучать внутреннее устройство нашей планеты.

Мантия Земли, залегающая на глубине до 3000 км под нашими ногами, представляет собой полужидкую среду под тонкой внешней корой. Её высоковязкие слои меняются в зависимости от температуры, давления и глубины. Понимание того, как течёт мантия, крайне важно для геофизики, так как может помочь объяснить землетрясения или извержения вулканов. Существуют компьютерные модели этого процесса, но как учёные могут проверить их точность? Самая глубокая скважина, пробуренная человеком, имеет глубину чуть более 12 км, поэтому прямое исследование мантии в ближайшем будущем невозможно.

Чтобы решить эту проблему, шесть европейских научных групп под руководством Университета Котбуса (Германия) воссоздали аспекты мантийных течений в лаборатории. Однако в условиях земной гравитации это сложно. Решением стала отправка эксперимента на крупнейшую лабораторию невесомости — МКС. Эксперимент Geoflow имитирует геометрию планеты: две вращающиеся концентрические сферы с жидкостью между ними. Внутренняя сфера представляет ядро, внешняя — кору, а жидкость — мантию. В невесомости искусственную гравитацию создаёт высоковольтное электрическое поле.

При медленном вращении сфер и создании разницы температур между оболочками движение жидкости тщательно отслеживается. Андре Кёйперс наблюдал поднимающиеся к внешней оболочке струи более горячей жидкости, что предсказывалось компьютерными моделями. Подобные грибообразные потоки в жидкостях при сильных перепадах температур могут объяснить, например, возникновение Гавайской линии вулканов в южной части Тихого океана. Помимо лучшего понимания нашей планеты, результаты Geoflow могут найти применение в промышленности, например, для улучшения сферических гироскопов, подшипников и центробежных насосов.