Proč je jádro země horké a neochlazuje se. Kdo ohřívá zemské jádro

Vědci sestavili nový model procesy probíhající v zemském jádru. Poněkud se liší od toho tradičního, podle kterého se jádro postupně ochlazuje. Vědci zjistili, že na některých místech se naopak zahřívá, protože jeho interakce s kůrou a pláštěm je aktivnější. Jak to může ovlivnit obyvatele zemského povrchu?

Nutno podotknout, že látka nacházející se ve středu naší planety, zvaná jádro, je velmi záhadná věc. A to vše proto, že, jak víte, ani jeden vědec nikdy nedržel v rukou sebemenší vzorek jaderné hmoty. V moderní technologie není možné ho vytěžit, protože jádro leží v hloubce 2900 km od povrchu a maximální hloubka, do které se vědcům podařilo provrtat kůru naší planety, je 12 km. 290 metrů (to je hloubka ropného vrtu Maersk Oil BD-04A, který se nachází v ropné pánvi Al Shaheen v Kataru).

Naše znalosti o tom, co je v samém srdci Země, jsou proto až dosud velmi přibližné. Předpokládá se, že jádro tvoří slitina železa a niklu s příměsí dalších prvků příbuzných železu. Průměrný poloměr jádrové koule je asi 3,5 tisíce km (což je asi dvojnásobek velikosti Měsíce) a její hmotnost je asi 1,932 × 1024 kg. V tomto případě je jádro rozděleno na pevné vnitřní, o poloměru asi 1300 km, a tekuté vnější, jehož poloměr je asi 2200 km, mezi nimiž je podle některých vědců přechodová zóna.

Tradičně se věří, že v takové hloubce jsou podmínky opravdu pekelné: teplota ve středu jádra dosahuje 5000 ° C, hustota hmoty je asi 12,5 t / m³ a tlak dosahuje 361 GPa. Z toho vyplývá, že obecně se křehké živé bytosti potřebují držet dál od jádra. Zájem o tuto naši látku je přitom poměrně velký. A už vůbec ne proto, že podle geochemiků je až 90 % všech drahých kovů soustředěno v centrální sféře planety. Faktem je, že právě jádro přispívá k aktivnímu pohybu hmoty v další vrstvě Země, plášti (tzv. plášťová konvekce, více o ní čtěte v článku „Vulkány – míra úzkosti roste “), která se na povrchu „obchází“ s pro nás tak nepříjemnými jevy, jako jsou zemětřesení vybuchující sopky.

Kromě toho se má za to, že jádro generuje zemské magnetické pole Země, jehož význam pro život naší planety (a život na ní) lze jen stěží přeceňovat. „Povaha zemské magnetosféry zůstává záhadou. Nemůžeme jít do středu Země a získat odtud vzorky. Můžeme se spolehnout pouze na nepřímá měření prováděná v blízkosti povrchu a na teoretické modely, které dokážou odhalit, co se děje v jádře, “říká jeden z vědců zabývajících se studiem procesů probíhajících v jádru a kolem něj, geofyzik Jon Mound z University of Leeds (UK).

Nedávno to byla skupina Mound, po analýze některých dat v posledních letech, představil velmi zajímavý model stav techniky jádra. Tradičně se věřilo, že po vzniku asi před 4,5 miliardami let bylo zemské jádro nejprve horké a poté začalo pomalu chladnout (tento proces pokračuje dodnes). Teplo, které se při tomto „zmrazování“ jádra uvolňuje, stoupá při konvekci pláštěm až do kůry – je logické předpokládat, že teplejší, a tedy i méně hustá látka pláště stoupá na povrch, zatímco chladnější a těžší sestupuje do jádra. Předpokládá se, že právě tyto toky v kombinaci s rotací samotné planety pohánějí práci „vnitřního dynama“ Země, které vytváří její magnetické pole.

Mound a jeho kolegové však přišli na to, že ne všechno je tak jednoduché. Podle jejich modelu může v jádře probíhat i opačný proces vedoucí nejen k jeho ochlazení, ale i zahřátí a dokonce i roztavení této látky. Ve své práci zohlednili jak charakteristiky konvekčního procesu, tak nejnovější seismická data. Výsledkem byl velmi zajímavý obrázek - podle modelu Mound může nabývat tepelného toku na rozhraní jádra a pláště velmi odlišného charakteru v závislosti na struktuře nadložní vrstvy pláště. V některých oblastech Země, kde je tato vrstva již přehřátá, to vede k tomu, že se tepelná energie jakoby „odráží“ od pláště a posílá zpět do jádra, kde se nakonec roztaví.

Zejména v tak seismicky aktivní oblasti, jakou je pacifický sopečný kruh ohně (začíná na poloostrově Kamčatka, dále přes Kurilské, japonské, Filipínské ostrovy, na Novou Guineu, Šalamounovy ostrovy, Nový Zéland, severozápad Antarktidy, ostrovy Ohňová země a vracející se přes Andy, Kordillery a Aleutské ostrovy opět na Kamčatku.), kde se oceánská kůra noří do pláště, silná vrstva pevných litosférických desek odebírá teplo z pláště a ochlazuje ho. Výsledkem je, že ochlazený plášť začne čerpat teplo ze samotného jádra. Část, která je pod výše popsanou oblastí, se proto v současné době nadále ochlazuje.

Ale pod rozlehlými oblastmi Afriky a centrálním Tichým oceánem je pozorován úplně jiný obrázek. Tam je teplota pláště mnohem vyšší, jelikož nad ním ležící zemská kůra teplo neodebírá, ale naopak dodává. Výsledkem je, že plášť, který funguje jako obrovský tepelný izolátor, způsobuje odraz infračerveného záření vycházejícího z jádra (protože podle druhého zákona termodynamiky může teplo přejít pouze z teplejšího do méně zahřátého tělesa, ale nikdy ne naopak. versa), což způsobuje zahřívání a následné tání centrální vrstvy Země.

Ukazuje se tedy, že interakce mezi jádrem a pláštěm je mnohem složitější než ty, které popisuje tradiční model. Ale změna teploty jádra a jeho hustoty musí nutně ovlivnit stav magnetického pole. Možná některé dosud nevysvětlitelné poruchy vyskytující se v magnetosféře naší planety (tzv. geomagnetické bouře) souvisejí právě s nerovnoměrným chlazením jádra? Je také možné, že interakce jádra a pláště mohou aktivněji ovlivňovat globální procesy, jako je změna klimatu, probíhající na povrchu naší planety.

Sám Mound a jeho kolegové však říkají, že jejich model interakce jádra, pláště a litosféry je zatím pouze teoretickým předpokladem. Věří, že data získaná během projektu „Integrated Ocean Drilling Program“, který má začít příští rok (více o něm čtěte v článku „Cesta do středu Země – realita“), jej dokážou potvrdit nebo vyvrátit. Vědci se proto těší na zahájení vrtání. A paralelně se provádějí opravné výpočty ...

Nebyly nalezeny žádné související odkazy

Země spolu s dalšími tělesy sluneční soustavy vznikla z chladného oblaku plynu a prachu akrecí částic, které ji tvořily. Po objevení se planety začala zcela nová etapa jejího vývoje, která se ve vědě obvykle nazývá pregeologická.
Název tohoto období je dán tím, že nejstarší doklady o minulých procesech – vyvřelé nebo vulkanické horniny – nejsou starší než 4 miliardy let. Studovat je dnes mohou pouze vědci.
Předgeologická etapa vývoje Země je stále opředena mnoha záhadami. Pokrývá období 0,9 miliardy let a vyznačuje se širokým projevem vulkanismu na planetě s uvolňováním plynů a vodní páry. Právě v této době začal proces rozvrstvení Země do hlavních obalů – jádra, pláště, kůry a atmosféry. Předpokládá se, že tento proces byl vyvolán intenzivním meteoritovým bombardováním naší planety a táním jejích jednotlivých částí.
Jednou z klíčových událostí v historii Země bylo její zformování vnitřní jádro. Stalo se tak pravděpodobně v pregeologické fázi vývoje planety, kdy byla veškerá hmota rozdělena do dvou hlavních geosfér – jádra a pláště.
Spolehlivá teorie o vzniku zemského jádra, která by byla potvrzena vážnými vědeckými informacemi a důkazy, bohužel zatím neexistuje. Jak vzniklo jádro Země? Na tuto otázku vědci nabízejí dvě hlavní hypotézy.
Podle první verze byla látka ihned po vzniku Země homogenní.
Skládal se výhradně z mikročástic, které lze dnes pozorovat v meteoritech. Ale po určité době byla tato původně homogenní hmota rozdělena na těžké jádro, kde se všechno železo skelnělo, a lehčí silikátový plášť. Jinými slovy, kapky roztaveného železa a těžké chemické sloučeniny se usadil ve středu naší planety a vytvořil tam jádro, které zůstává z velké části roztavené dodnes. Jak těžké prvky aspirovaly do středu Země, lehké strusky naopak plavaly nahoru - do vnějších vrstev planety. Dnes tyto světelné prvky tvoří svrchní plášť a zemskou kůru.
Proč došlo k takové diferenciaci hmoty? Předpokládá se, že bezprostředně po dokončení procesu jeho formování se Země začala intenzivně zahřívat, především v důsledku energie uvolněné v procesu gravitační akumulace částic, jakož i v důsledku energie radioaktivního rozpadu jednotlivé chemické prvky.
Dodatečné zahřátí planety a vytvoření slitiny železa a niklu, která díky své značné specifické hmotnosti postupně klesala do středu Země, bylo usnadněno údajným ostřelováním meteority.
Tato hypotéza však naráží na určité potíže. Není například zcela jasné, jak se slitina železa a niklu, byť v kapalném stavu, mohla potopit na více než tisíc kilometrů a dostat se do oblasti jádra planety.
Podle druhé hypotézy bylo jádro Země vytvořeno ze železných meteoritů, které se srazily s povrchem planety, a později bylo porostlé silikátovým obalem kamenných meteoritů a vytvořilo plášť.

V této hypotéze je vážná chyba. V tomto uspořádání vesmírželezné a kamenné meteority musí existovat odděleně. Moderní studie ukazují, že železné meteority mohly vzniknout pouze v útrobách planety, která se rozpadla pod značným tlakem, tedy po zformování naší sluneční soustavy a všech planet.
První verze vypadá logičtěji, protože poskytuje dynamickou hranici mezi zemským jádrem a pláštěm. To znamená, že proces oddělování hmoty mezi nimi by mohl na planetě pokračovat velmi dlouho, a tím mít velký vliv na další vývoj Země.
Vezmeme-li tedy za základ první hypotézu vzniku jádra planety, pak se proces diferenciace hmoty protáhl asi na 1,6 miliardy let. Vlivem gravitační diferenciace a radioaktivního rozpadu byla zajištěna separace hmoty.
Těžké prvky klesly pouze do hloubky, pod kterou byla látka tak viskózní, že železo již nemohlo klesnout. V důsledku tohoto procesu vznikla velmi hustá a těžká prstencová vrstva roztaveného železa a jeho oxidu. Nacházelo se nad lehčí látkou prvotního jádra naší planety. Dále byla ze středu Země vytlačena lehká silikátová látka. Navíc byla vytlačena na rovníku, což možná znamenalo začátek asymetrie planety.
Předpokládá se, že při formování železného jádra Země došlo k výraznému zmenšení objemu planety, v důsledku čehož se její povrch dosud zmenšil. Lehké prvky a jejich sloučeniny, které se „vynořily“ na povrch, vytvořily tenkou primární kůru, která se jako všechny planety skládala z pozemská skupina, z vulkanických bazaltů překrytých shora vrstvou sedimentů.
Není však možné nalézt živé geologické důkazy o minulých procesech spojených se vznikem zemského jádra a pláště. Jak již bylo uvedeno, nejstarší horniny na planetě Zemi jsou staré asi 4 miliardy let. S největší pravděpodobností došlo na počátku vývoje planety vlivem vysokých teplot a tlaků k metamorfaci, roztavení a přeměně primárních bazaltů na nám známé žulo-rulové horniny.
Jaké je jádro naší planety, které vzniklo pravděpodobně v nejranějších fázích vývoje Země? Skládá se z vnějšího a vnitřního pláště. Podle vědeckých předpokladů se v hloubce 2900-5100 km nachází vnější jádro, které svým fyzikální vlastnosti přiblíží kapalinu.
Vnější jádro je proud roztaveného železa a niklu, dobrý vodič elektřiny. Právě s tímto jádrem vědci spojují původ zemského magnetického pole. Mezeru 1270 km zbývající do středu Země zabírá vnitřní jádro, které je z 80 % tvořeno železem a 20 % oxidem křemičitým.
Vnitřní jádro je tvrdé a má vysokou teplotu. Pokud je vnější přímo spojena s pláštěm, pak vnitřní jádro Země existuje samo o sobě. Jeho tvrdost i přes vysoké teploty zajišťuje gigantický tlak ve středu planety, který může dosahovat 3 milionů atmosfér.
Mnoho chemické prvky v důsledku toho přecházejí do kovového stavu. Proto se dokonce objevila domněnka, že vnitřní jádro Země se skládá z kovového vodíku.
Husté vnitřní jádro má vážný dopad na život naší planety. Soustředí se v ní planetární gravitační pole, které udržuje lehké plynové obaly, hydrosféru a geosférické vrstvy Země před rozptylem.
Pravděpodobně je takové pole charakteristické pro jádro již od vzniku planety, ať už byla z hlediska chemického složení a struktury jakákoli. Přispíval ke kontrakci vzniklých částic do středu.
Přesto je původ jádra a studium vnitřní stavby Země tím nejnaléhavějším problémem pro vědce, kteří se úzce zabývají studiem geologické historie naší planety. Konečné řešení této otázky je ještě velmi daleko. Aby se zabránilo různým rozporům, moderní věda přijala hypotézu, že proces formování jádra začal probíhat současně s formováním Země.

Ve dvacátém století lidstvo prostřednictvím četných studií odhalilo tajemství zemského nitra, strukturu Země v kontextu poznal každý školák. Pro ty, kteří ještě nevědí, z čeho se země skládá, jaké jsou její hlavní vrstvy, jejich složení, jak se jmenuje nejtenčí místo planety, uvedeme řadu významných faktů.

V kontaktu s

Tvar a velikost planety Země

Na rozdíl od populární mylné představy naše planeta není kulatá. Jeho tvar se nazývá geoid a jde o mírně zploštělou kouli. Místa, kde je zeměkoule stlačena, se nazývají póly. Osa zemské rotace prochází póly, naše planeta kolem ní udělá jednu otáčku za 24 hodin – pozemský den.

Uprostřed je planeta obklopena pomyslným kruhem rozdělujícím geoid na severní a jižní polokouli.

Kromě rovníku existují meridiány - kruhy kolmá k rovníku a procházející oběma póly. Jeden z nich, procházející Greenwichskou observatoří, se nazývá nula – slouží jako referenční bod pro zeměpisnou délku a časová pásma.

Mezi hlavní vlastnosti zeměkoule patří:

průměr (km.): rovníkový - 12 756, polární (u pólů) - 12 713;
délka (km.) rovníku - 40 057, poledník - 40 008.

Naše planeta je tedy jakousi elipsou – geoidem, rotujícím kolem své osy procházející dvěma póly – severním a jižním.

Centrální část geoidu obklopuje rovník – kruh rozdělující naši planetu na dvě polokoule. Chcete-li určit, jaký je poloměr Země, použijte poloviční hodnoty jejího průměru na pólech a rovníku.

A teď o tom z čeho je země vyrobena jakými skořápkami je pokryta a čím sekční struktura země.

Zemní skořápky

Základní skořápky země rozlišují podle jejich obsahu. Vzhledem k tomu, že naše planeta je kulovitá, její obaly držené pohromadě gravitací se nazývají koule. Pokud se podíváte na s trojice země v sekci, pak lze vidět tři oblasti:

V pořádku(počínaje povrchem planety) jsou umístěny takto:

Litosféra je pevný obal planety, včetně minerálů vrstvy země.
Hydrosféra – obsahuje vodní zdroje – řeky, jezera, moře a oceány.
Atmosféra - je vzdušná skořápka, která obklopuje planetu.

Kromě toho se také rozlišuje biosféra, která zahrnuje všechny živé organismy, které obývají jiné skořápky.

Důležité! Mnoho vědců odkazuje obyvatelstvo planety na samostatnou obrovskou skořápku nazývanou antroposféra.

Zemské obaly – litosféra, hydrosféra a atmosféra – se rozlišují podle principu slučování homogenní složky. V litosféře - to jsou pevné horniny, půda, vnitřní obsah planety, v hydrosféře - to vše, v atmosféře - veškerý vzduch a další plyny.

Atmosféra

Atmosféra je plynný obal jeho složení zahrnuje: , dusík, oxid uhličitý, plyn, prach.

Troposféra - horní vrstva země, obsahující většinu zemského vzduchu a sahající od povrchu do výšky 8-10 (na pólech) až 16-18 km (na rovníku). V troposféře se tvoří mraky a různé vzduchové hmoty.
Stratosféra je vrstva, ve které je obsah vzduchu mnohem nižší než v troposféře. Jeho průměrná tloušťka je 39-40 km. Tato vrstva začíná na horní hranici troposféry a končí ve výšce asi 50 km.
Mezosféra je vrstva atmosféry, která sahá od 50-60 do 80-90 km nad zemským povrchem. Charakterizováno stálým poklesem teploty.
Termosféra - nachází se 200-300 km od povrchu planety, liší se od mezosféry zvýšením teploty s rostoucí výškou.
Exosféra - začíná od horní hranice, leží pod termosférou a postupně přechází do otevřeného prostoru, vyznačuje se nízkým obsahem vzduchu, vysokým slunečním zářením.

Pozornost! Ve stratosféře ve výšce asi 20-25 km je tenká vrstva ozónu, která chrání veškerý život na planetě před škodlivými ultrafialovými paprsky. Bez ní by všechno živé velmi brzy zahynulo.

Atmosféra je zemský obal, bez kterého by život na planetě nebyl možný.

Obsahuje vzduch nezbytný pro dýchání živých organismů, určuje vhodné povětrnostní podmínky, chrání planetu před negativní vliv slunečního záření.

Atmosféra se skládá ze vzduchu, vzduch tvoří přibližně 70 % dusíku, 21 % kyslíku, 0,4 % oxidu uhličitého a dalších vzácných plynů.

Kromě toho je v atmosféře ve výšce asi 50 km důležitá ozonová vrstva.

Hydrosféra

Hydrosféra jsou všechny kapaliny na planetě.

Tento shell podle umístění vodní zdroje a jejich stupeň slanosti zahrnuje:

světový oceán je obrovský prostor obsazený slanou vodou a zahrnuje čtyři a 63 moří;
povrchové vody kontinentů jsou sladkovodní a příležitostně i brakické vodní útvary. Dělí se podle stupně tekutosti na nádrže s tokem - řeky a nádrže se stojatou vodou - jezera, rybníky, bažiny;
podzemní voda – sladká voda pod zemským povrchem. Hloubka jejich výskyt se pohybuje od 1-2 do 100-200 a více metrů.

Důležité! Obrovské množství sladké vody je v současnosti ve formě ledu – dnes v zónách permafrost v podobě ledovců, obrovských ledovců, trvalého netajícího sněhu je zde asi 34 milionů km3 zásob sladké vody.

Primární je hydrosféra, zdroj čerstvé pitné vody, jeden z hlavních klimatologických faktorů. Vodní zdroje jsou využívány jako komunikační prostředky a objekty turistiky a rekreace (volný čas).

Litosféra

Litosféra je pevná ( minerální) vrstvy země. Tloušťka této skořápky se pohybuje od 100 (pod mořem) do 200 km (pod kontinenty). Litosféra zahrnuje zemskou kůru a horní část pláště.

To, co se nachází pod litosférou, je přímo vnitřní strukturou naší planety.

Desky litosféry se skládají hlavně z čediče, písku a jílu, kamene a také z vrstvy půdy.

Schéma struktury Země spolu s litosférou je reprezentován následujícími vrstvami:

Zemská kůra - horní, sestávající ze sedimentárních, čedičových, metamorfovaných hornin a úrodné půdy. V závislosti na poloze existuje kontinentální a oceánská kůra;
plášť – nachází se pod zemskou kůrou. Váží asi 67 % celkové hmotnosti planety. Mocnost této vrstvy je asi 3000 km. Horní vrstva pláště je viskózní, leží v hloubce 50-80 km (pod oceány) a 200-300 km (pod kontinenty). Spodní vrstvy jsou tvrdší a hustší. Složení pláště zahrnuje těžké železné a niklové materiály. Procesy probíhající v plášti určují mnoho jevů na povrchu planety (seismické procesy, sopečné erupce, tvorba usazenin);
Centrální část Země je jádro se skládá z vnitřní pevné a vnější kapalné části. Tloušťka vnější části je asi 2200 km, vnitřní 1300 km. Vzdálenost od povrchu d o jádru země je cca 3000-6000 km. Teplota ve středu planety je asi 5000 Cº. Podle mnoha vědců jádro přistát podle složením je těžká železo-niklová tavenina s příměsí dalších prvků podobnými vlastnostmi jako železo.

Důležité! Mezi úzkým okruhem vědců existuje kromě klasického modelu s poloroztaveným těžkým jádrem také teorie, že ve středu planety se nachází vnitřní svítidlo, které je ze všech stran obklopeno působivou vrstvou vody. Tato teorie, kromě malého okruhu přívrženců ve vědecké komunitě, našla široký oběh ve sci-fi literatuře. Příkladem je román V.A. Obruchev "Plutonia", který vypráví o výpravě ruských vědců do dutiny uvnitř planety s vlastním malým svítidlem a o světě zvířat a rostlin vyhynulých na povrchu.

Takový obyčejný mapa zemské struktury, včetně zemské kůry, pláště a jádra, každý rok více a více zdokonalovány a zušlechťovány.

Mnoho parametrů modelu se zlepšením výzkumných metod a příchodem nového vybavení bude aktualizováno více než jednou.

Například proto, abychom přesně věděli na kolik kilometrů vnější části jádra, bude to trvat další roky vědeckého výzkumu.

Na tento moment nejhlubší šachta v zemské kůře, kterou vykopal člověk, je asi 8 kilometrů, takže studium pláště a ještě více jádra planety je možné pouze v teoretickém kontextu.

Vrstvená struktura Země

Zkoumáme, z jakých vrstev se Země skládá uvnitř

Výstup

Po zvážení sekční struktura země viděli jsme, jak zajímavá a složitá je naše planeta. Studium její struktury v budoucnu pomůže lidstvu porozumět záhadám přírodních jevů, bude přesněji předpovídat ničivé přírodní katastrofy a objevit nová, dosud nerozvinutá ložiska nerostů.

Zemské jádro - vnitřní geosféra Země o průměrném průměru 3470 km, nacházející se v průměrné hloubce asi 2900 km. Dělí se na pevné vnitřní jádro o průměru asi 1300 km a tekuté vnější jádro o tloušťce asi 2200 km, mezi nimiž se někdy rozlišuje 250 km přechodová zóna kapaliny o vysoké hustotě. Pravděpodobně sestává ze slitiny železa a niklu smíchané s dalšími siderofilními prvky. Teplota ve středu zemského jádra dosahuje 5000 °C, hustota je asi 12,5 t/m, tlak až 361 GPa. Hmotnost jádra je 1932 x 10 24 kg.
O jádru je velmi málo informací – všechny informace byly získány nepřímými geofyzikálními nebo geochemickými metodami, vzorky materiálu jádra nejsou k dispozici a v blízké budoucnosti pravděpodobně nebudou získány.

Historie výzkumu

Henry Cavendish, který vypočítal hmotnost a průměrnou hustotu Země a zjistil, že je mnohem větší než hustota charakteristická pro horniny objevující se na zemském povrchu, byl jedním z prvních, kdo navrhl existenci oblasti se zvýšenou hustotou uvnitř. Země.
Existenci jádra prokázal v roce 1897 německý seismolog E. Wiechert pro přítomnost tzv. efektu „seismického stínu“. V roce 1910 za prudkým skokem v rychlostech podélných seismických vln určil americký geofyzik B. Gutenberg hloubku jeho povrchu – 2900 km.

Zakladatel geochemie V. M. Goldshmidt (něm. Victor Moritz Goldschmidt(1888-1947) v roce 1922 navrhl, že jádro vzniklo gravitační diferenciací primitivní Země během jejího růstu nebo pozdějších období. Alternativní hypotézu, že železné jádro vzniklo i v protoplanetárním oblaku, vypracovali německý vědec A. Eiken (1944), americký vědec E. Orovan a sovětský vědec A.P. Vinogradov (60-70 léta).

V roce 1941 Kuhn a Ritman na základě hypotézy o identitě chemického složení Slunce a Země a na výpočtech fázového přechodu ve vodíku navrhli, že zemské jádro se skládá z kovového vodíku. Tato hypotéza nebyla experimentálně testována. Experimenty s rázovou kompresí ukázaly, že hustota kovového vodíku je přibližně o řád menší než hustota jádra. Tato hypotéza však byla později upravena pro vysvětlení struktury obřích planet - Jupiteru, Saturnu atd. moderní věda Je důležité, aby magnetické pole vznikalo právě v kovovém vodíkovém jádru.

V.N.Lodochnikov a W. Ramsay navíc navrhli, že spodní plášť a jádro mají stejné chemické složení – na rozhraní jádro-plášť při tlaku 1,36 Mbar přecházejí silikáty pláště do tekuté kovové fáze (metalizované silikátové jádro).

Složení jádra

Složení jádra lze odhadnout pouze z několika zdrojů.

Vzorky železných meteoritů, což jsou fragmenty jader asteroidů a protoplanet, jsou považovány za nejbližší látce jádra. Železné meteority však nejsou ekvivalentní hmotě zemského jádra, protože vznikly v mnohem menších tělesech, tzn. s dalšími fyzikálně-chemickými parametry.

Z gravimetrických dat je známa hustota jádra, která navíc omezuje složení komponent. Protože hustota jádra je asi o 10 % menší než hustota slitin železa a niklu, zemské jádro tedy obsahuje více lehkých prvků než železné meteority.

Na základě geochemických úvah, výpočtu primárního složení Země a výpočtu podílu prvků nacházejících se v jiných geosférách je možné sestrojit přibližný odhad složení jádra. Takové výpočty jsou podporovány vysokoteplotními a vysokotlakými experimenty distribuce prvků mezi roztaveným železem a silikátovými fázemi.

Vznik zemského jádra

Doba formování

Tvorba jádra klíčový moment historie země. K určení stáří této události byly použity následující úvahy:

V látce, ze které vznikla Země, se nacházel izotop 182 Hf, který má poločas rozpadu 9 milionů let a přechází v izotop 182 W. Hafnium je litofilní prvek, tzn. při separaci primární hmoty Země na silikátovou a kovovou fázi byla koncentrována převážně v silikátové fázi, zatímco wolfram byl siderofilním prvkem a koncentroval se v kovové fázi. V kovovém jádru Země se poměr Hf/W blíží nule, zatímco v silikátovém obalu se tento poměr blíží 15.

Z analýzy nefrakcionovaných chondritů a železných meteoritů je znám primární poměr izotopů hafnia a wolframu.
Pokud by jádro vzniklo po době mnohem delší, než je poločas rozpadu 182 Hf, pak by se stačilo téměř úplně přeměnit na 182 W a izotopové složení wolframu v silikátové části Země a jejím jádru by být stejný, stejný jako u chondritů.
Pokud jádro vzniklo v době, kdy se 182 Hf ještě nerozpadlo, pak by silikátový obal Země měl obsahovat nějaký přebytek 182 W ve srovnání s chondrity, což je skutečně pozorováno.

Na základě tohoto modelu oddělení kovové a silikátové části Země výpočty ukázaly, že jádro vzniklo za méně než 30 milionů let, od okamžiku vzniku v r. Sluneční Soustava první částice. Podobné výpočty lze provést pro kovové meteority, což jsou fragmenty jader malých planetárních těles. V nich došlo k vytvoření jádra mnohem rychleji - během několika milionů let. Stáří vnitřního pevného jádra se odhaduje na 2-4 miliardy let.

Sorokhtin-Ushakovova teorie

Podle modelu Sorokhtin-Ushakov se proces formování zemského jádra protáhl přibližně na 1,6 miliardy let (před 4 až 2,6 miliardami let). Ke vzniku zemského jádra došlo podle autorů ve dvou etapách. Zpočátku byla planeta studená a v jejích hloubkách nebyl žádný pohyb. Poté se ohřívala energií radioaktivního rozpadu, dokud nezačalo tavení kovového železa, které začalo pronikat až do středu Země. Zároveň se vlivem gravitační diferenciace uvolnilo velké množství tepla a proces oddělování jádra se jen urychlil. Tento proces šel pouze do hloubky, pod kterou se látka vlivem ultravysokého tlaku stala tak viskózní, že železo již nemohlo klesnout hlouběji. V důsledku toho se vytvořila hustá prstencová vrstva roztaveného železa a jeho oxidu. Nacházelo se nad lehčí látkou původního „jádra“ Země. Později byla ze středu Země na rovníku vytlačena silikátová látka, což vedlo k asymetrii planety.

Mechanismus vzniku zemského jádra

O mechanismu tvorby jádra je známo velmi málo. Podle různých odhadů ke vzniku došlo při tlaku a teplotě blízké té, která nyní vládne ve svrchním a středním plášti, a nikoli v planetosimatech a asteroidech. To znamená, že při akreci Země došlo k její nové homogenizaci.

Mechanismus pro neustálou aktualizaci vnitřního jádra

Řada studií z posledních let prokázala anomální vlastnosti zemského jádra – bylo zjištěno, že seismické vlny protínají východní část jádra rychleji než západní. Klasické modely naznačují, že vnitřní jádro naší planety je symetrický, homogenní a prakticky stabilní útvar, pomalu rostoucí v důsledku tuhnutí hmoty vnějšího jádra. Vnitřní jádro je však spíše dynamická struktura.
Skupina výzkumníků z univerzit Josepha Fouriera (fr. Univerzita Josepha Fouriera a Lyon (fr. Universite de Lyon naznačil, že vnitřní jádro Země neustále krystalizuje na západě a taje na východě. Geometrický střed vnitřního jádra je odsazen od středu Země. Části jádra na západě a východě mají různé teploty, což vede k jednostrannému tání a krystalizaci. Uvádí do pohybu celou hmotu vnitřního jádra, pomalu se posouvá ze západní strany na východní, kde kolabující pevná látka doplňuje složení kapalného obalu rychlostí 1,5 cm/rok. Tito. úplné přetavení za 100 milionů let. Rozdíl v poměru lehkých a těžkých prvků na západě a východě jádra přirozeně vede k rozdílu v rychlostech seismických vln.

Takto silné procesy tuhnutí a tání nemohou ovlivnit konvektivní proudění ve vnějším jádru. Ovlivňují planetární dynamo, magnetické pole Země, chování pláště a pohyb kontinentů. Hypotéza vysvětluje nesoulad mezi rychlostí rotace jádra a zbytku planety, zrychlený posun magnetických pólů.

Naše planeta Země má vrstvenou strukturu a skládá se ze tří hlavních částí: zemské kůry, pláště a jádra. Co je střed země? Jádro. Hloubka jádra je 2900 km a průměr je přibližně 3,5 tisíc km. Uvnitř - monstrózní tlak 3 miliony atmosfér a neuvěřitelně vysoká teplota - 5000 ° C. Aby vědci zjistili, co je ve středu Země, trvalo několik století. Ani moderní technika nedokázala proniknout hlouběji než dvanáct tisíc kilometrů. Nejhlubší vrt, který se nachází na poloostrově Kola, má hloubku 12 262 metrů. Daleko od středu Země.

Historie objevu zemského jádra

Jedním z prvních, kdo hádal o přítomnosti jádra ve středu planety, byl na konci 18. století anglický fyzik a chemik Henry Cavendish. Pomocí fyzikálních experimentů vypočítal hmotnost Země a na základě její velikosti určil průměrnou hustotu hmoty naší planety - 5,5 g / cm3. Hustota známých hornin a minerálů v zemské kůře se ukázala být přibližně dvakrát menší. Z toho vyplynul logický předpoklad, že ve středu Země je oblast hustší hmoty - jádro.

V roce 1897 německý seismolog E. Wiechert, zkoumající průchod seismologických vln vnitřními částmi Země, dokázal potvrdit domněnku o přítomnosti jádra. A v roce 1910 americký geofyzik B. Gutenberg určil hloubku jeho umístění. Následně se také zrodily hypotézy o procesu vzniku jádra. Předpokládá se, že vznikla v důsledku usazování těžších prvků do středu a zpočátku byla látka planety homogenní (plynná).

Z čeho je jádro vyrobeno?

Je poměrně obtížné studovat látku, jejíž vzorek nelze získat, abychom mohli studovat její fyzikální a chemické parametry. Vědci musí pouze předpokládat přítomnost určitých vlastností, stejně jako strukturu a složení jádra nepřímými znaky. Zvláště užitečné při studiu vnitřní stavby Země bylo studium šíření seismických vln. Seismografy, umístěné na mnoha místech na povrchu planety, zaznamenávají rychlost a typy procházejících seismických vln vznikajících z otřesů zemské kůry. Všechny tyto údaje umožňují posoudit vnitřní strukturu Země včetně jádra.

K dnešnímu dni vědci naznačují, že centrální část planety je heterogenní. Co je ve středu země? Část přiléhající k plášti je kapalné jádro, sestávající z roztavené hmoty. Podle všeho obsahuje směs železa a niklu. Tato myšlenka vedla vědce ke studiu železných meteoritů, což jsou kousky jader asteroidů. Na druhé straně získané slitiny železa a niklu mají vyšší hustotu, než je očekávaná hustota jádra. Mnoho vědců se proto kloní k předpokladu, že ve středu Země, v jádru, jsou také lehčí chemické prvky.

Geofyzici také vysvětlují existenci magnetického pole přítomností kapalného jádra a rotací planety kolem vlastní osy. Je známo, že elektromagnetické pole kolem vodiče vzniká při protékání proudu. Roztavená vrstva přiléhající k plášti slouží jako takový obří proud nesoucí vodič.

Vnitřní část jádra je i přes teplotu několika tisíc stupňů pevná látka. To je způsobeno skutečností, že tlak ve středu planety je tak vysoký, že horké kovy ztuhnou. Někteří vědci naznačují, že pevné jádro se skládá z vodíku, který se vlivem neuvěřitelného tlaku a obrovské teploty stává jako kov. Co je tedy střed Země, ani geofyzikové stále s jistotou nevědí. Ale pokud se na problém podíváme z matematického hlediska, můžeme říci, že střed Země se nachází přibližně 6378 km. z povrchu planety.