Што е јадрото на земјата. Научниците: Внатрешното јадро на Земјата не треба да постои. Повторно создавање услови во јадрото на Земјата

Во кое памтивек се случило ова? Сите овие прашања долго време го загрижуваат човештвото. И многу научници сакаа брзо да откријат што има таму во длабочините? Но, се покажа дека учењето на сето ова не е толку лесно. На крајот на краиштата, дури и денес, имајќи ги сите современи уреди за спроведување на секакви истражувања, човештвото може да дупчи бунари во длабочините од само петнаесетина километри - не повеќе. И за полноправни и сеопфатни експерименти, потребната длабочина треба да биде ред на големина поголема. Затоа, научниците треба да пресметаат како е формирано јадрото на Земјата користејќи различни инструменти со висока прецизност.

Истражување на Земјата

Од античко време, луѓето ги проучувале природно изложените карпи. Карпи и планински падини, стрмни брегови на реки и мориња... Овде можете со свои очи да видите што постоело веројатно пред милиони години. А на некои погодни места се дупчат бунари. Еден од нив е на нејзината длабочина - петнаесет илјади метри. Рудниците за кои луѓето копаат, исто така, помагаат во проучувањето на внатрешното Јадро, се разбира, тие не можат да го „добијат“. Но, од овие рудници и бунари, научниците можат да извлечат примероци од карпи, учејќи на овој начин за нивните промени и потекло, структура и состав. Недостаток на овие методи е што тие можат да го проучуваат само земјиштето и само горниот дел од Земјината кора.

Повторно создавање услови во јадрото на Земјата

Но, геофизиката и сеизмологијата - науките за земјотресите и геолошкиот состав на планетата - им помагаат на научниците да навлезат сè подлабоко и подлабоко без контакт. Со проучување на сеизмичките бранови и нивното ширење, се утврдува од што се состои и обвивката и јадрото (слично се одредува, на пример, со составот на паднатите метеорити). Таквото знаење се заснова на добиени податоци - индиректни - за физички својствасупстанции. Исто така денес, современите податоци добиени од вештачки сателити во орбитата придонесуваат за студијата.

Структура на планетата

Научниците можеа да разберат, со сумирање на добиените податоци, дека структурата на Земјата е сложена. Се состои од најмалку три нееднакви делови. Во центарот има мало јадро, кое е опкружено со огромна мантија. Мантијата зафаќа приближно пет шестини од вкупниот волумен Глобус. А на врвот сè е покриено со прилично тенка надворешна кора на Земјата.

Основна структура

Јадрото е централниот, среден дел. Поделен е на неколку слоеви: внатрешен и надворешен. Според повеќето современи научници, внатрешното јадро е цврсто, а надворешното е течно (во стопена состојба). А јадрото е многу тешко: тежи повеќе од една третина од масата на целата планета со волумен од нешто повеќе од 15. Температурата на средината е доста висока, и се движи од 2000 до 6000 степени Целзиусови. Според научните претпоставки, центарот на Земјата главно се состои од железо и никел. Радиусот на овој тежок сегмент е 3470 километри. А неговата површина е околу 150 милиони квадратни километри, што е приближно еднакво на површината на сите континенти на површината на Земјата.

Како се формираше јадрото на Земјата

Има многу малку информации за јадрото на нашата планета, а може да се добијат само индиректно (нема примероци од јадрото на карпите). Затоа, теориите може да се изразат само хипотетички за тоа како е формирано јадрото на Земјата. Историјата на Земјата датира милијарди години наназад. Повеќето научници се придржуваат до теоријата дека на почетокот планетата се формирала како прилично хомогена. Процесот на изолирање на јадрото започна подоцна. И неговиот состав е никел и железо. Како се формираше јадрото на Земјата? Топењето на овие метали постепено потона до центарот на планетата, формирајќи го јадрото. Ова се должи на повисоката специфична тежина на топењето.

Алтернативни теории

Има и противници на оваа теорија, кои изнесуваат свои, сосема разумни, аргументи. Прво, овие научници го доведуваат во прашање фактот дека легура на железо и никел поминала во центарот на јадрото (што е повеќе од 100 километри). Второ, ако претпоставиме ослободување на никел и железо од силикати слични на метеоритите, тогаш требаше да се случи соодветна реакција на редукција. Ова, пак, требаше да биде придружено со ослободување на огромна количина кислород, формирајќи атмосферски притисок од неколку стотици илјади атмосфери. Но, нема докази за постоење на таква атмосфера во минатото на Земјата. Затоа беа изнесени теории за првичното формирање на јадрото за време на формирањето на целата планета.

Во 2015 година, научниците од Оксфорд дури предложија теорија според која јадрото на планетата Земја се состои од ураниум и има радиоактивност. Ова индиректно го докажува долгото постоење на магнетното поле на Земјата и фактот дека во модерните времиња нашата планета емитира многу повеќе топлина отколку што се очекуваше со претходните научни хипотези.

Зошто јадрото на Земјата не се оладило и останало загреано на температура од приближно 6000°C 4,5 милијарди години? Прашањето е исклучително сложено, на кое, згора на тоа, науката не може да даде 100% точен и разбирлив одговор. Сепак, постојат објективни причини за ова.

Прекумерна тајност

Прекумерната, така да се каже, мистерија на јадрото на земјата е поврзана со два фактори. Прво, никој не знае со сигурност како, кога и под кои околности е формирана - ова се случи за време на формирањето на прото-земјата или веќе во раните фази на постоењето на формираната планета - сето ова е голема мистерија. Второ, апсолутно е невозможно да се добијат примероци од јадрото на земјата - никој не знае со сигурност од што се состои. Покрај тоа, сите податоци што ги знаеме за кернелот се собираат со помош на индиректни методи и модели.

Зошто јадрото на Земјата останува жешко?

За да се обидете да разберете зошто јадрото на земјата не се лади толку долго, прво треба да разберете што предизвикало првично загревање. Внатрешноста на нашата планета, како и онаа на која било друга планета, е хетерогена; тие претставуваат релативно јасно разграничени слоеви со различна густина. Но, тоа не беше секогаш случај: тешките елементи полека потонаа, формирајќи го внатрешното и надворешното јадро, додека лесните елементи беа принудени на врвот, формирајќи ја обвивката и земјината кора. Овој процес се одвива исклучително бавно и е придружен со ослободување на топлина. Но, тоа не беше главната причина за греењето. Целата маса на Земјата притиска со огромна сила врз нејзиниот центар, создавајќи феноменален притисок од приближно 360 GPa (3,7 милиони атмосфери), како резултат на што распаѓањето на долготрајните радиоактивни елементи содржани во јадрото железо-силициум-никел почна да се јавува, што беше придружено со колосални емисии на топлина.

Дополнителен извор на загревање е кинетичката енергија генерирана како резултат на триење помеѓу различни слоеви (секој слој се ротира независно од другиот): внатрешното јадро со надворешното и надворешното со обвивката.

Внатрешноста на планетата (пропорциите не се почитуваат). Служи триењето помеѓу трите внатрешни слоеви дополнителен изворгреење

Врз основа на горенаведеното, можеме да заклучиме дека Земјата и особено нејзините утроба се самодоволна машина која сама се загрева. Но, ова природно не може да продолжи вечно: резервите на радиоактивни елементи внатре во јадрото полека исчезнуваат и повеќе нема да има ништо за одржување на температурата.

Станува ладно!

Всушност, процесот на ладење е веќе започнат многу одамна, но се одвива исклучително бавно - со дел од степен на век. Според груби проценки, ќе поминат најмалку 1 милијарда години пред целосно да се олади јадрото и да престанат хемиските и другите реакции во него.

Краток одговор:Земјата, а особено јадрото на земјата, е самодоволна машина која сама се загрева. Целата маса на планетата притиска на нејзиниот центар, создавајќи феноменален притисок и со тоа го активира процесот на распаѓање на радиоактивните елементи, како резултат на што се ослободува топлина.

МОСКВА, 12 февруари - РИА Новости. Американските геолози велат дека внатрешното јадро на Земјата не можело да се појави пред 4,2 милијарди години во формата во која научниците го замислуваат денес, бидејќи тоа е невозможно од гледна точка на физиката, се вели во написот објавен во списанието EPS Letters. .

„Ако јадрото на младата Земја се состои целосно од чиста, хомогена течност, тогаш внатрешното јадро во принцип не би требало да постои, бидејќи оваа материја не може да се олади до температурите на кои е можно неговото формирање. Според тоа, во овој случај јадрото може да да биде хетероген состав и се поставува прашањето како станал вака.Ова е парадоксот што го откривме“, вели Џејмс Ван Орман од Универзитетот Кејс Вестерн Резерв во Кливленд (САД).

Во далечното минато, јадрото на Земјата било целосно течно и не се состоело од два или три, како што сега сугерираат некои геолози, слоеви - внатрешно метално јадро и околно топење на железо и полесни елементи.

Во оваа состојба, јадрото брзо се олади и изгуби енергија, што доведе до слабеење на магнетното поле што го генерира. По некое време, овој процес достигна одредена критична точка, а централниот дел на јадрото „замрзна“, претворајќи се во цврсто метално јадро, што беше придружено со наплив и зголемување на јачината на магнетното поле.

Времето на оваа транзиција е исклучително важно за геолозите, бидејќи ни овозможува грубо да процениме со која брзина се лади јадрото на Земјата денес и колку долго ќе трае магнетниот „штит“ на нашата планета, заштитувајќи нè од дејството на космичките зраци. и Земјината атмосфера од сончевиот ветер.

Сега, како што забележува Ван Орман, повеќето научници веруваат дека тоа се случило во првите моменти од животот на Земјата поради феномен, чиј аналог може да се најде во атмосферата на планетата или во машините за сода во рестораните за брза храна.

Физичарите долго време открија дека некои течности, вклучително и водата, остануваат течни на температури значително под точката на мрзнење, доколку внатре нема нечистотии, микроскопски ледени кристали или моќни вибрации. Ако лесно го протресете или испуштите дамка прашина во неа, тогаш таквата течност речиси веднаш се замрзнува.

Нешто слично, според геолозите, се случило пред околу 4,2 милијарди години внатре во јадрото на Земјата, кога дел од неа одеднаш се кристализирал. Ван Орман и неговите колеги се обидоа да го репродуцираат овој процес користејќи компјутерски модели од внатрешноста на планетата.

Овие пресметки неочекувано покажаа дека внатрешното јадро на Земјата не треба да постои. Се испостави дека процесот на кристализација на нејзините карпи е многу различен од начинот на кој се однесуваат водата и другите суперизладени течности - за ова е потребна огромна температурна разлика, повеќе од илјада келвини и импресивна големина на „парчка прашина“, чија дијаметар треба да биде околу 20-45 километри.

Како резултат на тоа, најверојатно се две сценарија - или јадрото на планетата требаше целосно да се замрзне или сè уште требаше да остане целосно течно. И двете се невистинити, бидејќи Земјата навистина има внатрешно цврсто и надворешно течно јадро.

Со други зборови, научниците сè уште немаат одговор на ова прашање. Ван Орман и неговите колеги ги покануваат сите геолози на Земјата да размислат за тоа како може да се формира прилично големо „парче“ железо во обвивката на планетата и да „потоне“ во нејзиното јадро или да пронајдат некој друг механизам што ќе објасни како таа се подели на два дела. Делови.

Кога ќе ги фрлите клучевите во млаз од стопена лава, збогувајте се со нив затоа што, добро, пријателе, тие се сè.
- Џек Хенди

Сите знаеме зошто е тоа така: затоа што океаните на Земјата лебдат над карпите и нечистотијата што ја сочинуваат земјата. Концептот на пловност, во кој помалку густи објекти лебдат над погустите што тонат долу, објаснува многу повеќе од само океаните.

Истиот принцип што објаснува зошто мразот лебди во вода, балон со хелиум се издига во атмосферата, а камењата тонат во езерото објаснува зошто слоевите на планетата Земја се распоредени онака како што се.

Најмалку густиот дел од Земјата, атмосферата, лебди над океаните на вода, кои лебдат над Земјината кора, која седи над погустата обвивка, која не тоне во најгустиот дел на Земјата: јадрото.

Идеално, најстабилната состојба на Земјата би била онаа која идеално би била распоредена во слоеви, како кромид, со најгустите елементи во центарот, и додека се движите нанадвор, секој следен слој би бил составен од помалку густи елементи. И секој земјотрес, всушност, ја придвижува планетата кон оваа состојба.

И ова ја објаснува структурата не само на Земјата, туку и на сите планети, ако се сеќавате од каде потекнуваат овие елементи.

Кога Универзумот бил млад - стар само неколку минути - постоеле само водород и хелиум. Сè потешките елементи се создавале во ѕвездите и само кога овие ѕвезди умреле, потешките елементи избегале во Универзумот, дозволувајќи им да се формираат нови генерации ѕвезди.

Но, овој пат, мешавина од сите овие елементи - не само водород и хелиум, туку и јаглерод, азот, кислород, силициум, магнезиум, сулфур, железо и други - формира не само ѕвезда, туку и протопланетарен диск околу оваа ѕвезда.

Притисокот од внатре кон надвор во ѕвездата што се формира ги турка полесните елементи надвор, а гравитацијата предизвикува неправилности во дискот да колабира и да формира планети.

Кога сончев системчетири внатрешен светсе најгусти од сите планети во системот. Меркур се состои од најгусти елементи, кои не можат да задржат големи количини на водород и хелиум.

Другите планети, помасивни и подалеку од Сонцето (а со тоа добиваа помалку од неговото зрачење), можеа да задржат повеќе од овие ултра лесни елементи - вака се формираа гасните џинови.

На сите светови, како и на Земјата, во просек најгустите елементи се концентрирани во јадрото, а лесните формираат сè помалку густи слоеви околу него.

Не е чудно што железото, најстабилниот елемент и најтешкиот елемент создаден во големи количини на работ на суперновите, е најзастапениот елемент во јадрото на земјата. Но, можеби изненадувачки, помеѓу цврстото јадро и цврстата обвивка лежи течен слој дебел повеќе од 2.000 km: надворешното јадро на Земјата.

Земјата има дебел течен слој кој содржи 30% од масата на планетата! И дознавме за неговото постоење користејќи прилично генијален метод - благодарение на сеизмичките бранови кои потекнуваат од земјотреси!

При земјотреси се раѓаат сеизмички бранови од два типа: главниот бран на компресија, познат како P-бран, кој патува по надолжна патека.

И втор бран на смолкнување, познат како S-бран, сличен на брановите на површината на морето.

Сеизмичките станици ширум светот се способни да ги соберат P- и S-брановите, но S-брановите не патуваат низ течноста, а брановите P не само што патуваат низ течноста, туку и се прекршуваат!

Како резултат на тоа, можеме да разбереме дека Земјата има течно надворешно јадро, надвор од кое има цврста обвивка, а внатре има цврсто внатрешно јадро! Ова е причината зошто јадрото на Земјата ги содржи најтешките и најгустите елементи, а вака знаеме дека надворешното јадро е течен слој.

Но, зошто надворешното јадро е течност? Како и сите елементи, состојбата на железото, без разлика дали е цврсто, течно, гасно или друго, зависи од притисокот и температурата на железото.

Железото е покомплексен елемент од многуте на кои сте навикнати. Се разбира, може да има различни кристални цврсти фази, како што е наведено на графиконот, но нас не нè интересираат обичните притисоци. Се спуштаме во јадрото на земјата, каде што притисокот е милион пати поголем од нивото на морето. Како изгледа фазниот дијаграм за толку високи притисоци?

Убавината на науката е во тоа што дури и ако немате одговор на прашање веднаш, големи се шансите дека некој веќе го направил истражувањето што може да доведе до одговорот! Во овој случај, Аренс, Колинс и Чен во 2001 година го најдоа одговорот на нашето прашање.

И иако дијаграмот покажува огромни притисоци до 120 GPa, важно е да се запамети дека атмосферскиот притисок е само 0,0001 GPa, додека во внатрешното јадро притисоците достигнуваат 330-360 GPa. Горната полна линија ја покажува границата помеѓу железото што се топи (горе) и цврстото железо (долу). Дали забележавте како цврстата линија на самиот крај прави остар пресврт нагоре?

За да се стопи железото при притисок од 330 GPa, потребна е огромна температура, споредлива со онаа што преовладува на површината на Сонцето. Истите температури при пониски притисоци лесно ќе го одржуваат железото во течна состојба, а при повисоки притисоци - во цврста состојба. Што значи ова во однос на јадрото на Земјата?

Тоа значи дека додека Земјата се лади, нејзината внатрешна температура опаѓа, но притисокот останува непроменет. Односно, за време на формирањето на Земјата, најверојатно, целото јадро било течно, а додека се лади, внатрешното јадро расте! И во тој процес, бидејќи цврстото железо има поголема густина од течното железо, Земјата полека се собира, што доведува до земјотреси!

Значи, јадрото на Земјата е течно бидејќи е доволно жешко за да се стопи железото, но само во региони со доволно низок притисок. Како што Земјата старее и се лади, се повеќе и повеќе од јадрото станува цврсто, и така Земјата малку се собира!

Ако сакаме да погледнеме далеку во иднината, можеме да очекуваме да се појават истите својства како оние забележани во Меркур.

Живата поради малата големина веќе се оладила и значително се стегнала, а има и скршеници долги стотици километри кои се појавиле поради потребата од компресија поради ладењето.

Па зошто Земјата има течно јадро? Затоа што уште не се излади. И секој земјотрес е мало приближување на Земјата до нејзината конечна, оладена и целосно цврста состојба. Но, не грижете се, долго пред тој момент Сонцето ќе експлодира и сите што ги познавате ќе бидат мртви долго време.

Изразени се безброј идеи за структурата на јадрото на Земјата. Дмитриј Иванович Соколов, руски геолог и академик, рече дека супстанциите внатре во Земјата се дистрибуираат како згура и метал во печка за топење.

Оваа фигуративна споредба е потврдена повеќе од еднаш. Научниците внимателно ги проучувале железните метеорити кои пристигнуваат од вселената, сметајќи ги за фрагменти од јадрото на распадната планета. Ова значи дека јадрото на Земјата исто така треба да се состои од тешко железо во стопена состојба.

Во 1922 година, норвешкиот геохемичар Виктор Мориц Голдшмит ја изнесе идејата за општа стратификација на супстанцијата на Земјата во време кога целата планета беше во течна состојба. Тој го изведе ова по аналогија со металуршкиот процес изучуван во челичарниците. „Во фазата на течно топење“, рече тој, „супстанцијата на Земјата беше поделена на три течности што не се мешаат - силикатни, сулфидни и метални. Со дополнително ладење, овие течности ги формираа главните обвивки на Земјата - кората, обвивката и железното јадро!

Сепак, поблиску до нашето време, идејата за „жешко“ потекло на нашата планета беше сè поинфериорна во однос на „ладно“ создавање. И во 1939 година, Лодочников предложи поинаква слика за формирањето на внатрешноста на Земјата. Во тоа време, идејата за фазни транзиции на материјата веќе беше позната. Лодочников сугерираше дека фазните промени во материјата се интензивираат со зголемување на длабочината, како резултат на што материјата е поделена на школки. Во овој случај, јадрото не мора нужно да биде железо. Може да се состои од преконсолидирани силикатни карпи кои се во „метална“ состојба. Оваа идеја беше собрана и развиена во 1948 година од финскиот научник В. Ремзи. Се покажа дека иако јадрото на Земјата има различна физичка состојба од обвивката, нема причина да се смета дека е составено од железо. На крајот на краиштата, преконсолидираниот оливин може да биде тежок како метал...

Така се појавија две меѓусебно исклучувачки хипотези за составот на јадрото. Едниот е развиен врз основа на идеите на Е. Вичерт за легура на железо-никел со мали додатоци на лесни елементи како материјал за јадрото на Земјата. И вториот - предложен од В.Н. Лодочников и развиен од В. Ремзи, во кој се наведува дека составот на јадрото не се разликува од составот на обвивката, но супстанцијата во него е во особено густа метализирана состојба.

За да одлучат на која страна треба да се свртува вагата, научниците од многу земји вршеле експерименти во лаборатории и броеле и броеле, споредувајќи ги резултатите од нивните пресметки со она што го покажале сеизмичките студии и лабораториските експерименти.

Во шеесеттите, експертите конечно дојдоа до заклучок: хипотезата за метализација на силикати, при притисокот и температурите што преовладуваат во јадрото, не е потврдена! Згора на тоа, спроведените студии убедливо докажаа дека центарот на нашата планета треба да содржи најмалку осумдесет проценти од вкупните резерви на железо... Значи, на крајот на краиштата, јадрото на Земјата е железо? Железо, но не сосема. Чист метал или чиста метална легура компресирана во центарот на планетата би била премногу тешка за Земјата. Затоа, мора да се претпостави дека материјалот на надворешното јадро се состои од соединенија на железо со полесни елементи - кислород, алуминиум, силициум или сулфур, кои се најзастапени во земјината кора. Но, кои конкретно? Ова е непознато.

И така, рускиот научник Олег Георгиевич Сорохтин презел ново истражување. Да се ​​обидеме да го следиме текот на неговото расудување во поедноставена форма. Врз основа на најновите достигнувања на геолошката наука, советскиот научник заклучува дека во првиот период на формирање Земјата најверојатно била повеќе или помалку хомогена. Целата нејзина супстанција беше распределена приближно подеднакво низ целиот волумен.

Меѓутоа, со текот на времето, потешките елементи, како што е железото, почнаа да тоне, така да се каже, „тоне“ во мантија, сè подлабоко и подлабоко кон центарот на планетата. Ако е тоа така, тогаш, споредувајќи ги младите и старите карпи, може да се очекува дека во младите карпи ќе има помала содржина на тешки елементи, како што е железото, кое е широко распространето во супстанцијата на Земјата.

Проучувањето на античките лави ја потврди оваа претпоставка. Сепак, јадрото на Земјата не може да биде чисто железо. Премногу е лесно за тоа.

Кој беше придружникот на железото на пат кон центарот? Научникот пробал многу елементи. Но, некои не се раствораа добро во топењето, додека други се покажаа како некомпатибилни. И тогаш Сорохтин си помисли: дали најчестиот елемент, кислородот, не беше придружник на железото?

Точно, пресметките покажаа дека соединението од железо и кислород - железниот оксид - се чини дека е премногу лесен за јадрото. Но, во услови на компресија и загревање во длабочините, железниот оксид исто така мора да претрпи фазни промени. Под условите што постојат во близина на центарот на Земјата, само два атоми на железо се способни да задржат еден атом на кислород. Тоа значи дека густината на добиениот оксид ќе стане поголема ...

И повторно пресметки, пресметки. Но, какво задоволство е кога добиениот резултат покажа дека густината и масата на земјиното јадро, изградено од железен оксид кој претрпел фазни промени, ја дава точно вредноста што ја бара современиот модел на јадрото!

Еве го - модерен и, можеби, најверодостојниот модел на нашата планета во целата историја на нејзиното пребарување. „Надворешното јадро на Земјата се состои од оксид на моновалентна железна фаза Fe2O, а внатрешното јадро е направено од метално железо или легура на железо и никел“, пишува Олег Георгиевич Сорохтин во својата книга. „Преодниот слој F помеѓу внатрешното и надворешното јадра може да се смета дека се состои од железен сулфид - троилит FeS“.

Многу извонредни геолози и геофизичари, океанолози и сеизмолози - претставници на буквално сите гранки на науката што ја проучуваат планетата - учествуваат во создавањето на модерната хипотеза за ослободување на јадрото од примарната супстанција на Земјата. Процесите на тектонски развој на Земјата, според научниците, ќе продолжат во длабочините прилично долго време, барем нашата планета има уште неколку милијарди години напред. Само по овој неизмерен временски период Земјата ќе се олади и ќе се претвори во мртва космичко тело. Но, што ќе се случи до овој момент?..

Колку години има човештвото? Милион, два, добро, два и пол. И во овој период, луѓето не само што станаа од сите четири, го скротија огнот и разбраа како да извлечат енергија од атом, тие испраќаа луѓе во вселената, автомати на други планети на Сончевиот систем и го совладаа блискиот простор за технички потреби.

Истражувањето и потоа користењето на длабоките утроба на нашата планета е програма која веќе тропа на вратата на научниот напредок.