Се верува дека јадрото на Земјата се состои од ... Како знаеме што има во јадрото на Земјата? Историја на откривањето на јадрото на земјата

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). Триењето помеѓу трите внатрешни слоеви служи како дополнителен извор на загревање.

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.

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 мртво 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.

Земјата, заедно со другите тела на Сончевиот Систем, била формирана од ладен облак со гас и прашина преку собирање на нејзините составни честички. По појавата на планетата, започна сосема нова фаза од нејзиниот развој, која во науката обично се нарекува предгеолошка.
Името на периодот се должи на фактот дека најраните докази за минатите процеси - магнетни или вулкански карпи - не се постари од 4 милијарди години. Само научниците можат да ги проучуваат денес.
Предгеолошката фаза на развојот на Земјата сè уште е полн со многу мистерии. Опфаќа период од 0,9 милијарди години и се карактеризира со широко распространет вулканизам на планетата со ослободување на гасови и водена пареа. Во тоа време започна процесот на одвојување на Земјата во нејзините главни обвивки - јадрото, обвивката, кората и атмосферата. Се претпоставува дека овој процес бил предизвикан од интензивното бомбардирање на нашата планета од метеорити и топењето на нејзините поединечни делови.
Еден од клучните настани во историјата на Земјата беше формирањето на нејзиното внатрешно јадро. Ова веројатно се случило за време на предгеолошката фаза на развојот на планетата, кога целата материја била поделена на две главни геосфери - јадрото и обвивката.
За жал, веродостојна теорија за формирањето на јадрото на земјата, која би била потврдена со сериозни научни информации и докази, сè уште не постои. Како настанало јадрото на Земјата? Научниците нудат две главни хипотези за да одговорат на ова прашање.
Според првата верзија, материјата веднаш по појавата на Земјата била хомогена.
Целосно се состоеше од микрочестички кои денес можат да се забележат во метеоритите. Но, по одреден временски период, оваа примарна хомогена маса била поделена на тешко јадро, во кое течело целото железо и полесна силикатна мантија. Со други зборови, капки стопено железо и придружните тешки хемиски соединенија се населиле во центарот на нашата планета и формирале јадро таму, кое во голема мера останува стопено до ден-денес. Додека тешките елементи се стремат кон центарот на Земјата, лесните згури, напротив, лебдеа нагоре - кон надворешните слоеви на планетата. Денес, овие лесни елементи ја сочинуваат горната обвивка и кората.
Зошто дошло до таква диференцијација на материјата? Се верува дека веднаш по завршувањето на процесот на нејзиното формирање, Земјата почнала интензивно да се загрева, пред се поради енергијата ослободена за време на гравитациската акумулација на честички, како и поради енергијата на радиоактивното распаѓање на одделни хемиски елементи.
Дополнително загревање на планетата и формирање на легура на железо-никел, која поради својата значителна специфична тежина постепено потона до центарот на Земјата, беше олеснето со наводното бомбардирање од метеорит.
Сепак, оваа хипотеза се соочува со одредени тешкотии. На пример, не е сосема јасно како легура на железо-никел, дури и во течна состојба, можела да се спушти повеќе од илјада километри и да стигне до регионот на јадрото на планетата.
Во согласност со втората хипотеза, јадрото на Земјата било формирано од железни метеорити кои се судриле со површината на планетата, а подоцна тоа било обраснато со силикатна обвивка од камени метеорити и ја формирала обвивката.

Има сериозен пропуст во оваа хипотеза. Во оваа ситуација, железните и камените метеорити треба да постојат одделно во вселената. Современите истражувања покажуваат дека железните метеорити можеле да се појават само во длабочините на планета која се распаднала под значителен притисок, односно по формирањето на нашиот Сончев систем и на сите планети.
Првата верзија изгледа пологична, бидејќи предвидува динамична граница помеѓу јадрото на Земјата и обвивката. Тоа значи дека процесот на поделба на материјата меѓу нив би можел да продолжи на планетата многу долго, а со тоа да има големо влијание врз понатамошната еволуција на Земјата.
Така, ако ја земеме првата хипотеза за формирање на јадрото на планетата како основа, процесот на диференцијација на материјата траеше приближно 1,6 милијарди години. Поради гравитациската диференцијација и радиоактивното распаѓање, беше обезбедено раздвојување на материјата.
Тешките елементи потонале само до длабочина под која супстанцијата била толку вискозна што железото повеќе не можело да потоне. Како резултат на овој процес, се формираше многу густ и тежок прстенест слој од стопено железо и неговиот оксид. Се наоѓаше над полесниот материјал на исконското јадро на нашата планета. Потоа, лесна силикатна супстанција беше исцедена од центарот на Земјата. Покрај тоа, таа беше поместена на екваторот, што можеби го означи почетокот на асиметријата на планетата.
Се претпоставува дека за време на формирањето на железното јадро на Земјата, се случи значително намалување на волуменот на планетата, како резултат на што нејзината површина сега е намалена. Лесните елементи и нивните соединенија кои „лебдеа“ на површината формираа тенка примарна кора, која, како и сите копнени планети, се состоеше од вулкански базалти, прекриени со дебел слој на седимент.
Сепак, не е можно да се најдат живи геолошки докази за минати процеси поврзани со формирањето на јадрото и обвивката на земјата. Како што веќе беше забележано, најстарите карпи на планетата Земја се стари околу 4 милијарди години. Најверојатно, на почетокот на еволуцијата на планетата, под влијание на високите температури и притисоци, примарните базалти се метаморфозирале, се стопиле и се трансформирале во гранитно-гнајсовите карпи кои ни се познати.
Кое е јадрото на нашата планета, кое веројатно е формирано во најраните фази од развојот на Земјата? Се состои од надворешни и внатрешни школки. Според научните претпоставки, на длабочина од 2900-5100 km има надворешно јадро, кое по своите физички својства е блиску до течност.
Надворешното јадро е млаз од стопено железо и никел што добро ја спроведува струјата. Токму со ова јадро научниците го поврзуваат потеклото на магнетното поле на Земјата. Преостанатиот јаз од 1.270 km до центарот на Земјата е окупиран од внатрешното јадро, кое се состои од 80% железо и 20% силициум диоксид.
Внатрешното јадро е тврдо и жешко. Ако надворешноста е директно поврзана со обвивката, тогаш внатрешното јадро на Земјата постои самостојно. Неговата цврстина, и покрај високите температури, ја обезбедува огромниот притисок во центарот на планетата, кој може да достигне 3 милиони атмосфери.
Како резултат на тоа, многу хемиски елементи се трансформираат во метална состојба. Затоа, дури беше предложено дека внатрешното јадро на Земјата се состои од метален водород.
Густото внатрешно јадро има сериозно влијание врз животот на нашата планета. Во него е концентрирано планетарното гравитационо поле, кое ги спречува лесните гасни школки, хидросферата и геосферните слоеви на Земјата од расејување.
Веројатно, таквото поле било карактеристично за јадрото од моментот кога се формирала планетата, без разлика каков и да бил нејзиниот хемиски состав и структура тогаш. Придонело за контракција на формираните честички кон центарот.
Како и да е, потеклото на јадрото и проучувањето на внатрешната структура на Земјата е најитниот проблем за научниците кои се тесно вклучени во проучувањето на геолошката историја на нашата планета. Има уште долг пат до конечно решение на ова прашање. За да се избегнат разни противречности, модерната наука ја прифати хипотезата дека процесот на формирање на јадрото започнал да се случува истовремено со формирањето на Земјата.

Длабочина на појава - 2900 км. Просечниот радиус на сферата е 3500 km. Поделено е на цврсто внатрешно јадро со радиус од околу 1300 km и течно надворешно јадро со дебелина од околу 2200 km, меѓу кои понекогаш се разликува преодна зона. Температурата на површината на цврстото јадро на Земјата наводно достигнува 6230±500 (5960±500 °C), во центарот на јадрото густината може да биде околу 12,5 t/m³, притисокот до 3,7 милиони атм (375 GPa) . Маса на јадрото - 1,932⋅10 24 kg.

За јадрото се знае многу малку - сите информации се добиени со индиректни геофизички или геохемиски методи. Примероците од основниот материјал сè уште не се достапни.

Историја на студијата

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.

Модел на Земјата. XX век

Во 60-тите, експертите конечно дојдоа до заклучок: хипотезата за метализација на силикати, при притисоци и температури 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 советскиот научник Олег Георгиевич Сорохтин презеде нова студија. Ајде да се обидеме да го следиме во поедноставена форма текот на неговото размислување, изложено во интересната книга „Глобална еволуција на Земјата“.

Врз основа на најновите достигнувања на геолошката наука, советскиот научник заклучува дека во првиот период на формирање Земјата најверојатно била повеќе или помалку хомогена. Сите негови супстанции беа распределени 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 железен оксид Fe 2 O, внатрешното јадро е направено од метално железо или легура на железо и никел“, пишува во својата книга Олег Георгиевич Сорохтин. „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 мртво 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 митралези на други планети на Сончевиот систем и владееја во близина на вселената за технички потреби.

Истражувањето, а потоа и користењето на длабоките утроба на нашата планета е програма која веќе тропа на вратата на научниот напредок. А вие, денешните ученици, мора да го спроведете.