Самые большие кристаллы на Земле

В апреле 2000 года два шахтера горнодобывающей и металлургической компании Peñoles — братья Хуан и Педро Санчес — бурили новый туннель на глубине около 300 метров под мексиканской пустыней Чиуауа.

Внезапно бур пробил стену, за которой оказалась просторная полость. Внутри, при температуре 58 °C и влажности воздуха под 100%, росли гигантские кристаллы — зрелище, поразившее даже видавших виды горняков.

Эти образования, о которых пойдет речь в статье, признаны крупнейшими природными кристаллами из когда-либо обнаруженных на Земле.

Параметры

Самый крупный из задокументированных кристаллов имеет длину 11,4 метра, диаметр около одного метра и вес примерно 55 тонн. Все кристаллы в этой пещере состоят из селенита — полупрозрачной разновидности гипса с характерным молочным оттенком. Форма — идеальные шестигранные призмы с острыми гранями.

Полость с кристаллами-гигантами, получившая название "Пещера кристаллов" (исп. Cueva de los Cristales), располагается в руднике Найка на территории мексиканского штата Чиуауа. До этого открытия рекорд принадлежал "Пещере мечей" (исп. Cueva de las Espadas) в том же штате. Она находится на глубине около 120 метров, а ее открытие состоялось в 1910 году. Длина обнаруженных там экземпляров варьируется от одного до двух метров.

Формирование

Под пещерой находится магматический очаг — остывающее тело расплавленной породы, которое нагревало подповерхностные воды, насыщенные ангидритом (безводной формой гипса), до высоких температур. Эта вода постепенно заполняла подземные полости, и около 600 000 лет назад ее температура стабилизировалась в диапазоне 58 °C.

Это критическое значение: выше этой температуры ангидрит растворяется, а ниже — образуется селенит. И вот раствор начал медленно остывать, что запустило механизм роста кристаллов со скоростью около 0,001 миллиметра в год. Изотопный анализ показал, что возраст находок в "Пещере кристаллов" составляет от полумиллиона до миллиона лет.

Примечательно, что в 1985 году компания Peñoles начала откачивать грунтовые воды из шахты. Уровень воды упал, пещеры осушились, и рост кристаллов остановился — но, как вы узнаете дальше, лишь на время.

Адские условия и находки

Температура в пещере составляет 58 °C, но в некоторых участках достигает 60 °C. Влажность — 90–100%. При такой комбинации факторов человеческий организм теряет способность охлаждаться через испарение пота. Без защитного костюма человек может находиться внутри не более десяти минут: затем наступает тепловой удар, потеря сознания и вечный покой.

Исследователи, работавшие в "Пещере кристаллов", использовали костюмы с ледяными жилетами и автономными системами охлаждения. Но даже в этом случае пребывание ограничивалось 30–40 минутами.

С 2000 по 2017 год пещеру посетили несколько международных научных экспедиций. Химический анализ показал высокую чистоту селенита и минимальное содержание примесей. Была подтверждена датировка кристаллов.

В жидких включениях внутри кристаллов были обнаружены живые микроорганизмы возрастом около 60 000 лет, захваченные растущими кристаллами из первичного раствора. Они находились в состоянии анабиоза, но, оказавшись в лабораторных условиях, пробудились и начали стремительно размножаться. Это открытие, важное для астробиологии, расширило научные представления о границах существования жизни в экстремальных условиях.

Текущий статус

В 2015 году компания Peñoles прекратила откачку воды из шахты, так как добыча руды стала нерентабельной. Из-за этого подповерхностные воды начали возвращаться и заполнять полости. В 2017 году "Пещера кристаллов" оказалась полностью затоплена, а ее уникальное содержимое вновь погрузилось в горячий минеральный раствор. Таким образом, теоретически возможно возобновление роста кристаллов.

Сегодня доступ к пещере закрыт, и нет планов по превращению ее в туристический объект. Однако сохранились фотографии, видеоматериалы, научные данные и несколько небольших образцов для музеев.

Венера: День и Ночь

Дневная сторона планеты (слева) показана в ультрафиолете, ночная — в инфракрасном диапазоне. Для создания изображения использовались данные японского зонда «Акацуки».

«Уэбб» разглядел голый камень за 48 световых лет

Иногда самое интересное в космосе — не атмосфера, океаны или признаки жизни, а буквально голая поверхность планеты. Именно её удалось рассмотреть у далёкого мира LHS 3844 b. Неофициально его прозвали Куакуа — «бабочка» на языке индейцев брибри Центральной Америки.

Планету нашёл телескоп TESS ещё в 2018 году по транзиту — проходу диска перед своей звездой. Куакуа примерно на 30% крупнее Земли, что относит её к суперземлям. Вращается она вокруг красного карлика по имени Батсу за каких-то 11 часов и приливно захвачена: одной стороной всегда повёрнута к светилу. Дневная половина при такой близости постоянно раскалена до 1000 кельвинов.

Команда из Института астрономии Макса Планка нацелила на планету прибор MIRI на борту «Джеймса Уэбба». Чувствительность телескопа такова, что удалось поймать свет, идущий прямо от поверхности раскалённого камня — без всякой атмосферы, которой тут попросту нет.

Дальше начинается детектив. Инфракрасный спектр дневной стороны сравнили с библиотеками горных пород Земли, Луны и Марса. Земная кора, богатая силикатами вроде гранита, уверенно отпала. А такая кора, между прочим, формируется долго и мучительно: нужна тектоника плит и вода в роли смазки, чтобы порода многократно плавилась, перемешивалась с мантией и выносила лёгкие минералы наверх. Раз у Куакуа этого нет — значит, ни земной тектоники, ни заметных запасов воды. Отсутствие атмосферы намекает и на другое: вулканизм, рождающий газы, давно затих.

Каково было бы пройтись по этому миру? Под ногами, вероятнее всего, базальт — вулканическая порода, богатая магнием и железом, как на Луне или в земных лавовых полях. Много битого камня и щебня, мало песка и пыли. Без атмосферного щита поверхность грызёт космическая погода: жёсткое излучение звезды и метеоритные удары перемалывают скалы в реголит и заодно темнят его, добавляя железо и углерод. Это хорошо ложится на наблюдения.

Картин две. Либо поверхность покрыта свежим тёмным камнем, недавно изверженным вулканами. Либо это древний слой, уже затемнённый космической эрозией, как лунный грунт. Какая из них верна, покажут новые сеансы «Уэбба» — тот же приём, что работает с астероидами, поможет понять, отражает ли свет цельная плита или рыхлая пыль.

Снимки Марса от аппарата Психея

который 15 мая совершил гравитационный маневр вблизи планеты.

Путь лежит в главный пояс астероидов между Марсом и Юпитером. К астероиду Психея.

Это самый массивный металлический астероид в Солнечной системе. Если Бенну и Рюгу, к которым летали аппараты, состоят больше из камня, то Психея - из железа и никеля.

Это похоже на то, что происходит в самом центре Земли. Астероид дает шанс изучить буквально оголенное ядро бывшей протопланеты. Вероятно, ее наружность была выброшена во время сильного столкновения.

Прибытие планируется в 2029 году.

Учёные, похоже, разгадали происхождение гигантской полосы облаков в атмосфере Венеры

протянувшейся примерно на 6000 километров вдоль экватора планеты.

Как оказалось, эта огромная структура из облаков серной кислоты возникает благодаря явлению, которое можно наблюдать даже в обычной кухонной раковине.

Атмосфера Венеры сильно отличается от земной. Она почти полностью состоит из углекислого газа, с небольшой примесью азота и следовыми количествами других газов, включая диоксид серы, который может образовывать облака. Давление на поверхности примерно в 92 раза выше земного, а температура превышает 460 градусов Цельсия. При этом атмосфера вращается вокруг планеты намного быстрее самой Венеры. Полный оборот воздушные массы совершают примерно за четыре земных дня, тогда как сама планета вращается вокруг своей оси за 243 дня.

В атмосфере Венеры существует гигантская планетарная волна, распространяющаяся вдоль экватора. Её заметил ещё в 2016 году японский аппарат Akatsuki. Связанная с ней облачная структура располагается на высоте около 50 километров и регулярно движется вокруг Венеры вместе с её атмосферой. Особенно исследователей удивляли размеры облачного образования, его высокая скорость и очень чёткая передняя граница.

Недавно международная группа учёных смогла объяснить происхождение этого явления с помощью компьютерного моделирования атмосферных потоков. На Земле подобные структуры называют волнами Кельвина. Это крупномасштабные волны в атмосфере или океане, движение которых определяется вращением планеты. Они способны распространяться на тысячи километров и переносить огромные массы вещества и энергии. На Земле такие волны играют важную роль, например, в климатических явлениях вроде Эль-Ниньо. На Венере океанов нет, поэтому волна существует исключительно в атмосфере.

Когда эта волна начинает замедляться, возникает гидравлический скачок. Он создаёт мощный восходящий поток, который поднимает пары серной кислоты на высоту около 50 километров. Там вещество конденсируется, формируя гигантскую систему облаков, тянущуюся за фронтом волны.

Гидравлический скачок легко увидеть, если открыть кран в раковине. В месте падения струи вода сначала движется быстро и тонким слоем, а затем резко замедляется и становится глубже. Именно такой процесс, по мнению исследователей, происходит и в атмосфере Венеры, только в куда более гигантских масштабах. По их словам, это крупнейший известный гидравлический скачок в Солнечной системе.

Учёные также отмечают, что открытие указывает на серьёзные пробелы в существующих климатических моделях Венеры. До сих пор они не учитывали подобные гидравлические скачки. Теперь исследователям предстоит создать более сложные модели атмосферы, способные учитывать такие процессы.

В недрах Земли могут скрываться остатки другой планеты

Внутри нашей планеты могут скрываться фрагменты другого мира. И хотя это звучит как фантастика, за этой идеей стоит вполне серьезная научная гипотеза.

Речь идет о Тейе — гипотетической протопланете размером примерно с Марс. Согласно общепринятой версии, около 4,5 миллиарда лет назад она столкнулась с протоземлей — Землей на очень ранней стадии развития. Удар был настолько мощным, что часть вещества оказалась выброшена на орбиту, а затем из этих обломков сформировалась Луна.

Но возникает важный вопрос: если Тейя действительно столкнулась с Землей, куда делась основная часть ее вещества? В конце концов, Луна почти вдвое меньше Марса.

Две гигантские аномалии в глубине Земли

Геофизики давно знают, что в нижней мантии Земли есть две огромные аномальные области. Одна находится под Африкой, другая — под Тихим океаном. Их называют крупными областями с низкой скоростью сдвиговых волн — LLSVP (от англ. Large Low-Shear-Velocity Provinces).

LLSVP представляют собой гигантские скопления вещества у границы внешнего ядра и мантии, залегающие на глубине около 2 900 километров под поверхностью. Через эти области сейсмические волны проходят заметно медленнее, чем через окружающую мантию, поэтому ученые видят их косвенно — по данным землетрясений.

Поскольку сейсмографы размещены в разных уголках планеты и работают непрерывно, накопленные данные позволяют визуализировать то, что скрыто от прямого наблюдения, — этакий "рентген" планетарного масштаба. По оценкам, общий объем LLSVP составляет около 6% от объема всей Земли.

Следы Тейи под нашими ногами

В 2023 году международная команда исследователей предложила любопытное объяснение: эти глубинные аномалии могут быть остатками вещества Тейи — той самой протопланеты, столкновение с которой привело к формированию Луны.

Моделирование показало: если мантия Тейи была немного плотнее мантии протоземли и богаче железом, часть ее вещества после столкновения могла не перемешаться полностью с земной мантией. Вместо этого она погрузилась глубже и со временем оказалась у границы ядра и мантии — там, где сегодня находятся LLSVP. Авторы исследования прямо называют эти структуры возможными "погребенными реликтами" вещества Тейи, сохранившимися после гигантского удара.

Эта гипотеза прекрасна тем, что связывает сразу две загадки: происхождение Луны и существование гигантских структур в недрах Земли. Если она подтвердится, наш естественный спутник окажется не единственным следом древнего столкновения. Второй след может находиться глубоко под нашими ногами.

Почему это не вольная фантазия

Уже предвижу диванно-экспертную реакцию в духе: "Есть только Кольская сверхглубокая скважина", "никто не знает, что глубже 12 километров", "все это просто догадки", "никто этого своими глазами не видел" и так далее.

Но для того, чтобы обнаружить заболевание внутренних органов, человека не вскрывают на операционном столе в рамках диагностики. Врачи используют УЗИ, МРТ, КТ, анализы и другие методы, позволяющие увидеть то, что скрыто внутри тела. Исследование недр Земли с помощью современной сейсмологии, геодинамического моделирования и сравнительного анализа работает похожим образом — только в планетарном масштабе.

Существование LLSVP — факт. А вот их происхождение — не доказанная истина, а сильная научная модель.

Если авторы исследования правы, наша планета окажется не просто телом, пережившим древнее столкновение, а миром, внутри которого до сих пор хранятся фрагменты погибшей протопланеты.

И если однажды у нас появятся технологии для получения образцов этих фрагментов, мы сможем лучше понять не только процесс формирования Луны, но и то, как гигантские столкновения влияли на внутреннее строение планет Солнечной системы, определяя их дальнейший эволюционный путь.

Возможно, именно такие события, которые сегодня мы бы сочли катастрофическими, играли важную роль в создании обитаемых миров, обеспечивая их колоссальным запасом энергии.

Венера, заснятая зондом MESSENGER во время его полёта к Меркурию

Планеты Солнечной системы в инфракрасном свете

Свежий снимок Земли, полученный камерой EPIC аппарата DSCOVR

Работает на гало-орбите вокруг первой точки Лагранжа системы Земля-Солнце, на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли.

Яркий, пятничный Юпитер от Юноны