Ядро́ Земли́ (Земное ядро) — 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 зонаД. Ю. Пущаровский, Ю. М. Пущаровский (МГУ), Состав и строение мантии Земли // Соросовский образовательный журнал № 11 1998. Температура на поверхности твёрдого ядра Земли предположительно достигает 6230±500 K (5960±500 °C)The Earth’s Centre is 1000 Degrees Hotter than Previously Thought // European Synchrotron Radiation Facility, 25-04-2013; краткий перевод — Физики уточнили температуру земного ядра // Lenta.ru, 26 апреля 2013: «Температура твердого железного ядра Земли, как установили ученые, составляет около 6 тысяч градусов по Цельсию. Это на тысячу градусов выше по сравнению с более ранними оценками.», в центре ядра плотность может составлять около 12,5 т/м³, давление до 3,7 млн атм (375 ГПа). Масса ядра — 1,932 кг.

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

История изучения

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 ядра было доказано в 1897 году немецким сейсмологом Э. Вихертом.

Основоположник геохимии В. М. Гольдшмидт в 1922 году предположил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже. Другую гипотезу — о том, 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 — 1970-е).

В 1941 году Кун и Ритман, основываясь на гипотезе одинаковости состава Солнца и Земли и на расчётах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядро состоит из металлического водородаКусков О. Л., Хитаров Н. И. (1982) «Термодинамика и геохимия ядра и мантии Земли. М.: Наука, 1982» стр 127: «В середине XX в. появляются гипотезы о нежелезном составе ядра. У. Кун и А. Ритман , основываясь на гипотезе идентичности составов Солнца и Земли и на расчётах фазового перехода в водороде , выдвинули предположение о ядре, состоящем из металлического водорода.» Kuhn W, Rittmann A. Über den Zustand des Erdinnern und seine Enstehung aus einem homogenen Urzustand — Geologische Rundschau, 1941, vol 32., issue 3, p. 215—256. doi:10.1007/BF01799758, ISSN 00167835. Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку: эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Тем не менее позже она была принята для объяснения строения планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и других. До недавнего времени предполагалось, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре, однако в 2016 году учёные из США и Великобритании, создав условия, близкие к ядру при мгновенном сжатии, когда создаётся давление в 1,5 млн атмосфер и высокая температура в несколько тысяч градусов, смогли получить третье 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 «тёмный водород». Он переносит энергию от ядра, что, в частности, объясняет, почему верхние слои газовых гигантов значительно теплее, чем должны быть, а также обладает электропроводностью, хотя и худшей, чем металлический водород, поэтому он играет ту же роль, что и внешнее ядро на ЗемлеИван Ортега, Тёмный водород объяснил загадки гигантских планет L!FE #НАУКА 28.06.2016 по Optical Properties of Fluid Hydrogen at the Transition to a Conducting State 2016. .

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 (Xiaodong Song) из университета Иллинойса сделать вывод, что ядро у Земли не двухслойное, а трёхслойноеTao Wang, Xiaodong Song, Han H. Xia. «Equatorial anisotropy in the inner part of Earth’s inner core from autocorrelation of earthquake coda». Nature Geoscience 2015 doi:10.1038/ngeo2354 (09 February 2015).

Новое исследование, изначально опубликованное в «Physics of the Earth and Planetary Interiors», предполагает, что состояние внутреннего ядра нашей планеты варьируется от твердого до полумягкого и даже жидкого.

По словам Джессики Ирвинг, сейсмолога из Бристольского университета в Англии, «Чем больше мы изучаем [ядро], тем больше понимаем, что это не просто скучный кусок железа, мы находим совершенно новый скрытый мир».

Состав ядра О составе ядра существуют лишь косвенные данные, полученные различными путями. По-видимому, из доступных материалов наиболее близки по составу к земному ядру железные метеориты, которые представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут дать точное представление о веществе земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит, при других физико-химических условиях.

С другой стороны, сейсмические исследования дают точный размер ядраFormation of Earth’s Core , 2007, а из данных гравиметрии известна его плотность, 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.

Некоторые исследования показывают, что содержание углерода выше, чем считалось ранее, и именно углерод мог сыграть ключевую роль в формировании твёрдого ядра миллиарды лет назад.

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

+Химический состав ядра Источник Si, wt.% Fe, wt.% Ni, wt.% S, wt.% O, wt.% Mn, ppm Cr, ppm Co,ppm P, ppm Allegre et al., 1995, Table 2 p 522 7,35 79,39 ± 2 4,87 ± 0,3 2,30 ± 0,2 4,10 ± 0,5 5820 7790 2530 3690 Mc Donough, 2003, Table 4 p 556 6,0 85,5 5,20 1,90 ~0 300 9000 2500 2000

В апреле 2015 года ученые из Оксфордского университета предложили теорию, согласно которой содержание урана в ядре Земли на несколько миллиардных долей выше, чем предполагалось ранееCarlson R. W. (2015) Planetary science: A new recipe for Earth formation. . 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)http://www.earthlearningidea.com/PDF/147_Core.pdf page 2, «widely-held misconception that one piece of evidence for the core being made of nickel-iron is that they are magnetic materials which cause the Earth’s magnetic field.», 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 ядреThe geodynamo // EPS 122: lecture 7.

См. также Внешнее ядро Внутреннее ядро Барисфера

Примечания

Литература Левин Б. В., Павлов В. П. Ещё раз о смещении внутреннего ядра Земли (комментарий к статье В. А. Антонова, Б. П. Кондратьева «К вопросу о величине смещения внутреннего ядра Земли») // Физика Земли. 2006. № 1. С. 92-93. Рык В., Малишевская А. Петрографический словарь. М: Недра, 1989. Allegre C. J., Poirier J. P., Humler E., Hofmann A. W. (1995). The Chemical-Composition of the Earth. Earth and Planetary Science Letters 134(3-4): 515—526. . 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 Compositional Model for the Earth’s Core W. F. Mc Donough., 2003 Geochemical Evidence for Excess Iron in the Mantle Beneath Hawaii Munir Humayun, Liping Qin, Marc D. Norman . .

Л. Юдасин. Ядро Земли // журнал "Наука и жизнь", № 8, 1981 стр.66-71 Джинлоз Р. Земное ядро. // В мире науки, 1983, № 11, с. 16-27

Ссылки В. Е. Хаин, Современная геодинамика: достижения и проблемы Anders Scherstén, Re-Os, Pt-Os and Hf-W isotopes and tracing the core in mantle melts Ученые зафиксировали перемещение ядра Земли

Категория:Строение Земли Категория:Геохимия