Ядро Земли

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Модель Земли

Ядро́ Земли́ — центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2900 км. Средний радиус сферы — 3500 км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро толщиной около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона[1]. Температура на поверхности твердого ядра Земли предположительно достигает 6230±500 K (5960±500 °C)[2][3], в центре ядра плотность может составлять около 12,5 т/м³, давление до 361 ГПа (3,7 млн атм). Масса ядра — 1,932·1024 кг.

Известно о ядре очень мало — вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами. Образцы вещества ядра недоступны.

История изучения[править | править исходный текст]

Вероятно, одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность, характерная для пород, выходящих на земную поверхность.

Существование было доказано в 1897 году немецким сейсмологом Э. Вихертом, а глубина залегания (2900 км) определена в 1910 году американским геофизиком Б. Гутенбергом.

Основоположник геохимии В. М. Гольдшмидт в 1922 году предположил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

Альтернативную гипотезу, что железное ядро возникло ещё в протопланетном облаке, развивали немецкий учёный А. Эйкен (1944), американский учёный Е. Орован и советский учёный А. П. Виноградов (1960-е70-е годы).

В 1941 году Кун и Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца и Земли и на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядро состоит из металлического водорода.[4][5] Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку. Эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Однако позже эта гипотеза была адаптирована для объяснения строения планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и других. Сейчас[когда?] предполагается, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре.

Кроме того В. Н. Лодочников и У. Рамзай предположили, что нижняя мантия и ядро имеют одинаковый химический состав — на границе ядро-мантия при 1.36 Мбар мантийные силикаты переходят в жидкую металлическую фазу (металлизованное силикатное ядро).[источник не указан 91 день]

Состав ядра[править | править исходный текст]

Состав ядра непосредственно неизвестен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.

С другой стороны, сейсмические исследования дают точный размер ядра[6], а из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 5-10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты[6]. Среди вероятных кандидато: S, O, Si, C, P, H[6].

Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических и космохимических соображений. Если каким-либо образом рассчитать первичный состав Земли и вычислить, какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым можно построить оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами.

Химический состав ядра
Источник Si, wt.% Fe, wt.% Ni, wt.% S, wt.% O, wt.% Mn, ppm Cr, ppm Co,ppm P, ppm
Allegre et al., 1995, Table 2 p 522 7.35 79.39+-2 4.87+-0,3 2.30+-0,2 4.10+-0,5 5820 7790 2530 3690
Mc Donough, 2003, Table 4 p 556 6.0 85.5 5.20 1.90 ~0 300 9000 2500 2000

Магнитное поле Земли[править | править исходный текст]

Магнитное поле Земли создается внутренними структурами планеты. Существует заблуждение, будто бы оно создается ферромагнитными материалами внутреннего ядра (наподобие постоянного магнита),[7] хотя ферромагнитные свойства железа пропадают при температурах выше точки Кюри. Общепринятая гипотеза, объясняющая образование магнитного поля Земли называется Геодинамо. Согласно ей, магнитное поле образуется за счет движения электропроводящей жидкости во внешнем ядре.[8][9]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Д.Ю. Пущаровский, Ю.М. Пущаровский (МГУ), Состав и строение мантии Земли // Соросовский образовательный журнал №11 1998
  2. (April 26, 2013) «Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction». Science Magazine 340 (6131): 464-466. DOI:10.1126/science.1233514.
  3. The Earth’s Centre is 1000 Degrees Hotter than Previously Thought // European Synchrotron Radiation Facility, 25-04-2013;
    краткий перевод - Физики уточнили температуру земного ядра // Lenta.ru, 26 апреля 2013: "Температура твердого железного ядра Земли, как установили ученые, составляет около 6 тысяч градусов по Цельсию. Это на тысячу градусов выше по сравнению с более ранними оценками."
  4. Кусков О. Л., Хитаров Н. И. (1982) «Термодинамика и геохимия ядра и мантии Земли. М.: Наука, 1982» стр 127: «В середине XX в. появляются гипотезы о нежелезном составе ядра. У. Кун и А. Ритман [513], основываясь на гипотезе идентичности составов Солнца и Земли и на рассчетах фазового перехода в водороде [666], выдвинули предположение о ядре, состоящем из металлического водорода.»
  5. Kuhn W, Rittmann A. Über den Zustand des Erdinnern und seine Enstehung aus einem homogenen Urzustand — Geologische Rundschau, 1941, vol 32., issue 3, p. 215—256. doi:10.1007/BF01799758, ISSN 0016-7835
  6. 1 2 3 Formation of Earth’s Core, 2007
  7. http://www.earthlearningidea.com/PDF/147_Core.pdf page 2, "widely-held misconception that one piece of evidence for the core being made of nickel-iron is that they are magnetic materials which cause the Earth’s magnetic field."
  8. Magnetic Field of the Earth
  9. The geodynamo // EPS 122: lecture 7

Литература[править | править исходный текст]

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]