Ядро 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. Температура на поверхности твердого ядра Земли предположительно достигает 6230±500 K (5960±500 °C), 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

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

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-е—70-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. 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. До недавнего времени предполагалось, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре.

Но в 2016 году ученые из США и Великобритании, создав условия близкие к ядру при мгновенном сжатии, создающего давление в 1,5 млн атмосфер и высоких температур в несколько тысяч градусов, смогли получить третьеК:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан) промежуточное состояние водорода, при котором он имеет свойства и металла, и газа. В этом состоянии он не пропускает видимый свет, в отличие от ИК-излучения поэтому его назвали «темный водород». Причем темный водород в отличие от металлического идеально вписывается в модель строения планет-гигантов, в частности объясняет почему верхние слои газовых гигантов значительно теплее, чем должны быть, перенося энергию от ядра, а поскольку он также обладает электропроводностью, хотя и хуже, чем металлический водород, то он играет ту же роль, что и внешнее ядро на Земле.

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 (металлизированное силикатное ядро).

В 2015 году стало известно, что в жидкой части ядра есть третий слой. Анализ сейсмических волн позволил группе геологов под руководством профессора Сяодуна Суна (Professor Xiaodong Song) из университета Иллинойса (University of Illinois) сделать вывод, что ядро у Земли не двухслойное, а трёхслойное.

Состав ядра

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, 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. Среди вероятных кандидатов: сера, кислород, кремний, углерод, фосфор, водород.

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, [guild.planeto.online.fr/docs/publi_ue8/Allegre_1995.pdf 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, [www.geol.umd.edu/~mcdonoug/McDonough_TOG_2003.pdf Table 4] p 556	6.0	85.5	5.20	1.90	~0	300	9000	2500	2000

В апреле 2015 года ученые из Оксфордского университета предложили теорию, согласно которой содержание урана в ядре Земли на несколько миллиардных долей выше, чем предполагалось ранее. Подобное заявление привело к распространению в СМИ громких заметок о якобы открытии у Земли уранового ядра.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли создается внутренними структурами планеты. Существует заблуждение, будто бы оно создается ферромагнитными материалами внутреннего ядра (наподобие постоянного магнита), 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.

Моделирование структуры ядра Земли

Данные многолетних наблюдений гравитационного поля Земли с низкоорбитальных спутниковК:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан), кватернионное исчисление

рассматривает как совместное притя­жение нескольких сотен точечных масс разного «веса», расположен­ных около центра Земли в определённом порядке. Практическая цель наблюдений, - точное моделирование реального поля тяготения Земли на трассе полёта ракеты и ориентация в пространстве как ступени разведения так и собственно боеголовок. Эффективность модели позволила перейти с созданию маневрирующих боевых частей стратегических ракет.

См. также

• Внешнее ядро
• Внутреннее ядро
• Барисфера
• Железная катастрофа

Литература

• Петрографический словарь, В. Рыка, А.Малишевская, М:"Недра", 1989
• Allegre, C.J., Poirier, J.P., Humler, E. and Hofmann, A.W. (1995). [guild.planeto.online.fr/docs/publi_ue8/Allegre_1995.pdf The Chemical-Composition of the Earth]. Earth and Planetary Science Letters 134(3-4): 515—526. doi: 10.1016/0012-821X(95)00123-T.
• Treatise on Geochemistry, 2003, Volume 2 The Mantle and Core:
  • Partition Coefficients at High Pressure and Temperature K. Righter and M. J. Drake
  • Experimental Constraints on Core Composition J. Li
  • [www.geol.umd.edu/~mcdonoug/McDonough_TOG_2003.pdf Compositional Model for the Earth’s Core] W. F. Mc Donough., 2003
• [www.sciencemag.org/cgi/content/full/306/5693/91 Geochemical Evidence for Excess Iron in the Mantle Beneath Hawaii] Munir Humayun, Liping Qin, Marc D. Norman
• Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens. Allgemeine Geologie. — 2009..
• Heinrich Bahlburg, Christoph Breitkreuz. Grundlagen der Geologie. — Elsevier, 2004..
• Martin Okrusch, Siegfried Matthes. Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. — Springer, 2009..

• www.popmech.ru/weapon/237452-mezhkontinentalnaya-ballisticheskaya-raketa-kak-eto-rabotaet/ Николай Цыгикало. Космический автобус. Популярная Механика АПРЕЛЬ 2016 (№2).^{[неавторитетный источник? 2814 дней]}

Ссылки

• [vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/01_02/GEODYN.HTM В. Е. Хаин, Современная геодинамика: достижения и проблемы]
• [www.mantleplumes.org/Os-W.html Anders Scherstén, Re-Os, Pt-Os and Hf-W isotopes and tracing the core in mantle melts]
• [www.mk.ru/science/2016/09/09/uchenye-zafiksirovali-peremeshhenie-yadra-zemli.html Ученые зафиксировали перемещение ядра Земли]

Отрывок, характеризующий Ядро Земли

Что значат эти упреки?
Те самые поступки, за которые историки одобряют Александра I, – как то: либеральные начинания царствования, борьба с Наполеоном, твердость, выказанная им в 12 м году, и поход 13 го года, не вытекают ли из одних и тех же источников – условий крови, воспитания, жизни, сделавших личность Александра тем, чем она была, – из которых вытекают и те поступки, за которые историки порицают его, как то: Священный Союз, восстановление Польши, реакция 20 х годов?
В чем же состоит сущность этих упреков?
В том, что такое историческое лицо, как Александр I, лицо, стоявшее на высшей возможной ступени человеческой власти, как бы в фокусе ослепляющего света всех сосредоточивающихся на нем исторических лучей; лицо, подлежавшее тем сильнейшим в мире влияниям интриг, обманов, лести, самообольщения, которые неразлучны с властью; лицо, чувствовавшее на себе, всякую минуту своей жизни, ответственность за все совершавшееся в Европе, и лицо не выдуманное, а живое, как и каждый человек, с своими личными привычками, страстями, стремлениями к добру, красоте, истине, – что это лицо, пятьдесят лет тому назад, не то что не было добродетельно (за это историки не упрекают), а не имело тех воззрений на благо человечества, которые имеет теперь профессор, смолоду занимающийся наукой, то есть читанном книжек, лекций и списыванием этих книжек и лекций в одну тетрадку.
Но если даже предположить, что Александр I пятьдесят лет тому назад ошибался в своем воззрении на то, что есть благо народов, невольно должно предположить, что и историк, судящий Александра, точно так же по прошествии некоторого времени окажется несправедливым, в своем воззрении на то, что есть благо человечества. Предположение это тем более естественно и необходимо, что, следя за развитием истории, мы видим, что с каждым годом, с каждым новым писателем изменяется воззрение на то, что есть благо человечества; так что то, что казалось благом, через десять лет представляется злом; и наоборот. Мало того, одновременно мы находим в истории совершенно противоположные взгляды на то, что было зло и что было благо: одни данную Польше конституцию и Священный Союз ставят в заслугу, другие в укор Александру.
Про деятельность Александра и Наполеона нельзя сказать, чтобы она была полезна или вредна, ибо мы не можем сказать, для чего она полезна и для чего вредна. Если деятельность эта кому нибудь не нравится, то она не нравится ему только вследствие несовпадения ее с ограниченным пониманием его о том, что есть благо. Представляется ли мне благом сохранение в 12 м году дома моего отца в Москве, или слава русских войск, или процветание Петербургского и других университетов, или свобода Польши, или могущество России, или равновесие Европы, или известного рода европейское просвещение – прогресс, я должен признать, что деятельность всякого исторического лица имела, кроме этих целей, ещь другие, более общие и недоступные мне цели.
Но положим, что так называемая наука имеет возможность примирить все противоречия и имеет для исторических лиц и событий неизменное мерило хорошего и дурного.
Положим, что Александр мог сделать все иначе. Положим, что он мог, по предписанию тех, которые обвиняют его, тех, которые профессируют знание конечной цели движения человечества, распорядиться по той программе народности, свободы, равенства и прогресса (другой, кажется, нет), которую бы ему дали теперешние обвинители. Положим, что эта программа была бы возможна и составлена и что Александр действовал бы по ней. Что же сталось бы тогда с деятельностью всех тех людей, которые противодействовали тогдашнему направлению правительства, – с деятельностью, которая, по мнению историков, хороша и полезна? Деятельности бы этой не было; жизни бы не было; ничего бы не было.
Если допустить, что жизнь человеческая может управляться разумом, – то уничтожится возможность жизни.


Если допустить, как то делают историки, что великие люди ведут человечество к достижению известных целей, состоящих или в величии России или Франции, или в равновесии Европы, или в разнесении идей революции, или в общем прогрессе, или в чем бы то ни было, то невозможно объяснить явлений истории без понятий о случае и о гении.
Если цель европейских войн начала нынешнего столетия состояла в величии России, то эта цель могла быть достигнута без всех предшествовавших войн и без нашествия. Если цель – величие Франции, то эта цель могла быть достигнута и без революции, и без империи. Если цель – распространение идей, то книгопечатание исполнило бы это гораздо лучше, чем солдаты. Если цель – прогресс цивилизации, то весьма легко предположить, что, кроме истребления людей и их богатств, есть другие более целесообразные пути для распространения цивилизации.
Почему же это случилось так, а не иначе?
Потому что это так случилось. «Случай сделал положение; гений воспользовался им», – говорит история.
Но что такое случай? Что такое гений?
Слова случай и гений не обозначают ничего действительно существующего и потому не могут быть определены. Слова эти только обозначают известную степень понимания явлений. Я не знаю, почему происходит такое то явление; думаю, что не могу знать; потому не хочу знать и говорю: случай. Я вижу силу, производящую несоразмерное с общечеловеческими свойствами действие; не понимаю, почему это происходит, и говорю: гений.
Для стада баранов тот баран, который каждый вечер отгоняется овчаром в особый денник к корму и становится вдвое толще других, должен казаться гением. И то обстоятельство, что каждый вечер именно этот самый баран попадает не в общую овчарню, а в особый денник к овсу, и что этот, именно этот самый баран, облитый жиром, убивается на мясо, должно представляться поразительным соединением гениальности с целым рядом необычайных случайностей.
Но баранам стоит только перестать думать, что все, что делается с ними, происходит только для достижения их бараньих целей; стоит допустить, что происходящие с ними события могут иметь и непонятные для них цели, – и они тотчас же увидят единство, последовательность в том, что происходит с откармливаемым бараном. Ежели они и не будут знать, для какой цели он откармливался, то, по крайней мере, они будут знать, что все случившееся с бараном случилось не нечаянно, и им уже не будет нужды в понятии ни о случае, ни о гении.
Только отрешившись от знаний близкой, понятной цели и признав, что конечная цель нам недоступна, мы увидим последовательность и целесообразность в жизни исторических лиц; нам откроется причина того несоразмерного с общечеловеческими свойствами действия, которое они производят, и не нужны будут нам слова случай и гений.
Стоит только признать, что цель волнений европейских народов нам неизвестна, а известны только факты, состоящие в убийствах, сначала во Франции, потом в Италии, в Африке, в Пруссии, в Австрии, в Испании, в России, и что движения с запада на восток и с востока на запад составляют сущность и цель этих событий, и нам не только не нужно будет видеть исключительность и гениальность в характерах Наполеона и Александра, но нельзя будет представить себе эти лица иначе, как такими же людьми, как и все остальные; и не только не нужно будет объяснять случайностию тех мелких событий, которые сделали этих людей тем, чем они были, но будет ясно, что все эти мелкие события были необходимы.
Отрешившись от знания конечной цели, мы ясно поймем, что точно так же, как ни к одному растению нельзя придумать других, более соответственных ему, цвета и семени, чем те, которые оно производит, точно так же невозможно придумать других двух людей, со всем их прошедшим, которое соответствовало бы до такой степени, до таких мельчайших подробностей тому назначению, которое им предлежало исполнить.


Основной, существенный смысл европейских событий начала нынешнего столетия есть воинственное движение масс европейских народов с запада на восток и потом с востока на запад. Первым зачинщиком этого движения было движение с запада на восток. Для того чтобы народы запада могли совершить то воинственное движение до Москвы, которое они совершили, необходимо было: 1) чтобы они сложились в воинственную группу такой величины, которая была бы в состоянии вынести столкновение с воинственной группой востока; 2) чтобы они отрешились от всех установившихся преданий и привычек и 3) чтобы, совершая свое воинственное движение, они имели во главе своей человека, который, и для себя и для них, мог бы оправдывать имеющие совершиться обманы, грабежи и убийства, которые сопутствовали этому движению.
И начиная с французской революции разрушается старая, недостаточно великая группа; уничтожаются старые привычки и предания; вырабатываются, шаг за шагом, группа новых размеров, новые привычки и предания, и приготовляется тот человек, который должен стоять во главе будущего движения и нести на себе всю ответственность имеющего совершиться.
Человек без убеждений, без привычек, без преданий, без имени, даже не француз, самыми, кажется, странными случайностями продвигается между всеми волнующими Францию партиями и, не приставая ни к одной из них, выносится на заметное место.
Невежество сотоварищей, слабость и ничтожество противников, искренность лжи и блестящая и самоуверенная ограниченность этого человека выдвигают его во главу армии. Блестящий состав солдат итальянской армии, нежелание драться противников, ребяческая дерзость и самоуверенность приобретают ему военную славу. Бесчисленное количество так называемых случайностей сопутствует ему везде. Немилость, в которую он впадает у правителей Франции, служит ему в пользу. Попытки его изменить предназначенный ему путь не удаются: его не принимают на службу в Россию, и не удается ему определение в Турцию. Во время войн в Италии он несколько раз находится на краю гибели и всякий раз спасается неожиданным образом. Русские войска, те самые, которые могут разрушить его славу, по разным дипломатическим соображениям, не вступают в Европу до тех пор, пока он там.
По возвращении из Италии он находит правительство в Париже в том процессе разложения, в котором люди, попадающие в это правительство, неизбежно стираются и уничтожаются. И сам собой для него является выход из этого опасного положения, состоящий в бессмысленной, беспричинной экспедиции в Африку. Опять те же так называемые случайности сопутствуют ему. Неприступная Мальта сдается без выстрела; самые неосторожные распоряжения увенчиваются успехом. Неприятельский флот, который не пропустит после ни одной лодки, пропускает целую армию. В Африке над безоружными почти жителями совершается целый ряд злодеяний. И люди, совершающие злодеяния эти, и в особенности их руководитель, уверяют себя, что это прекрасно, что это слава, что это похоже на Кесаря и Александра Македонского и что это хорошо.