Характеристика внешнего ядра земли кратко

Обновлено: 30.06.2024

Учёные выделяют во внутреннем строении Земли три основные оболочки: земную кору , мантию и ядро . Они отличаются по своей мощности, твёрдости и плотности, давлению и температуре.

Внутреннее строение Земли можно сравнить с яблоком (земная кора — кожура, мантия — мякоть, ядро — сердцевина).

Ядро — самая внутренняя оболочка Земли. Здесь вещество находится под высоким давлением и температурой около \(+5000\) °С. Масса ядра составляет \(30\) % массы нашей планеты, объём — \(15\) % объёма Земли. Это связано с тем, что ядро состоит из плотного и тяжёлого вещества (возможно железа).

Ядро располагается на глубине более \(2900\) км и имеет радиус около \(3550\) км (внутреннее ядро — \(1300\) км, внешнее — \(2250\) км).

Движение внутреннего твёрдого ядра во внешнем жидком создаёт магнитное поле Земли. Оно спасает нашу планету от вредных для жизни космических лучей. С помощью магнитного поля можно определить стороны горизонта, так как стрелка компаса на него реагирует.

Давление и температура мантии (в среднем \(+2000\) °С — \(+2500\) °С) увеличивается с глубиной. Вещество мантии в основном находится в твёрдом состоянии. Но его плотность ниже плотности ядра.

Астеносфера — слой мантии, где вещество находится в расплавленном и пластичном состоянии. По этому слою движутся литосферные плиты.

Земная кора — твёрдая и самая тонкая наружная оболочка Земли: её наибольшая мощность (\(8\)–\(40\) км) в \(90\) раз меньше радиуса Земли. На долю земной коры приходится менее \(1\) % массы земного шара и около \(5\) % объёма.

Температура в земной коре, начиная с глубины \(20\)–\(30\) км, постепенно возрастает в среднем на \(3\) ° С на каждые \(100\) м.

Внутри каждого космического объекта, который смог приобрести шарообразную форму, находится ядро — причем иногда не простое, а многослойное. На громадной глубине даже самые привычные вещества вроде железа приобретают необычные свойства — разрастаются в гигантские кристаллы, становятся жидкими или начинают генерировать электрический ток. Внешнее и внутреннее ядро Земли прекрасно демонстрирует все эти аномалии — а еще оно стало первым в истории защитником жизни на планете.

Путь к ядру

Изучать ядро достаточно непросто — поверхность Земли и его верхнюю кромку разделяют 2900 километров. Непросто пробуриться на такие глубины — чем ниже опускаться под землю, тем выше растет температура. В Кольской скважине, которая пока остается самой глубокой, на глубине в 12 километров накал достигал 220°C! Уже при таких температурах сложно работать не только электронике, но и самой аппаратуре — ведь ее надо как-то опустить в скважину, а потом вынуть обратно.

Кольская сверхглубокая скважина

И даже преодолев литосферу, надо как-то пробиться сквозь раскаленную пластичную мантию. В двухтысячных годах был рассчитан проект, позволяющий зонду размером с небольшую дыню достичь ядра. Правда, в нем есть пара слабых мест — для того, чтобы добраться до ядра, нужно было взорвать несколько ядерных бомб, залить туда море раскаленного металла и изобрести такой материал, который мог бы выдержать температуру в 2–3 тысячи градусов по Цельсию! Но на бумаге все выглядело чудесно: вместе с потоком раскаленного железа зонд мог бы достичь ядра Земли всего за неделю.

Однако в ученых остался метод, позволяющий достаточно точно рассчитать плотность и объем ядра Земли — сейсмография. Колебания, исходящие от поверхностных слоев планеты — вибрации землетрясений или импульсы ядерных взрывов — распространяются не только по поверхности Земли, но и уходят глубоко в недра. Там они преломляются, увеличивая свою скорость прохождения — как преломляются световые волны, проходя через стекло или воду. Именно по тому, как изменяется сейсмическая волна при прохождении через планету, ученые сумели получить точные физические параметры ядра.

Схема движения сейсмических волн в теле Земли

Структура и характеристики ядра

Путь к знаниям долгий и тернистый, но плоды их сладки. На сегодняшний день достоверно известны следующие физические характеристики ядра Земли:

Температура ядра Земли в центральной точке может доходить до 6000 градусов Цельсия — это столько же, как на поверхности Солнца! Но в отличие от светила, энергией глубины питают не ядерные реакции, а гравитация. Точнее, ее сжатие — давление в ядре превышает атмосферное в 3,5 миллиона раз, достигая отметки в 360 гигапаскаль. Хотя процессы атомного распада в глубинах Земли происходят, их вклад не столь большой. Да и без громадного сжатия они были бы вялотекущими и не столь продуктивными.

Классические основные сферы Земли

Ядро Земли достигает 7000 километров в поперечнике — это больше не только Луны, но и Марса! Оно занимает не так много места внутри нашей планеты — около 15% объема — но зато его масса в 1,932 × 10 24 килограмм составляет 30% от всей массы Земли.
Оказывается, что разные слои ядра вращаются в разные стороны. Сегодня считается, что внешнее жидкое ядро вращается вокруг своей оси с востока на запад, а внутреннее — с запада на восток, при этом еще и быстрее Земли. Впрочем, разница не очень значительная — за год оно опережает планету всего на четверть градуса

Внешнее ядро

Самый первый слой ядра, который непосредственно контактирует с мантией — это внешнее ядро. Его верхняя граница находится на глубине 2,3 тысячи километров под уровнем моря, а нижняя — на глубине 2900 километров. По составу оно ничем не отличается от нижележащих оболочек — давления гравитации попросту недостаточно для того, чтобы раскаленный металл затвердел. Зато его жидкое состояние является главным козырем Земли в сравнении с другими внутренними планетами Солнечной системы.

Как работает геодинамо

Дело в том, что именно жидкая часть ядра ответственна за возникновение магнитного поля Земли. Как наверняка известно читателю, магнитосфера служит щитом планеты против заряженных частиц открытого космоса и солнечного ветра. Они даже более опасны, чем излучение — частицы способны вывести из строя не только живые организмы, но и электронику. Биологи считают, что именно активное магнитное поле стало залогом выживания первобытных одноклеточных существ.

Как именно генерируется магнитное поле? Его порождает вращение жидкого железа и никеля в ядре. Магнитные свойства металлов тут ни при чем — это исключительно динамический эффект. А еще внешнее ядро подогревает мантию — причем в отдельных местах настолько сильно, что восходящие потоки магмы достигают даже поверхности, вызывая извержения вулканов.

Внутреннее ядро

Внутри жидкой оболочки находится внутреннее ядро. Это твердая сердцевина Земли, диаметр которой составляет 1220 километров — такой же размер у Харона, спутника-напарника Плутона. Эта часть ядра очень плотная — средняя концентрация вещества достигает 12,8–13г/см 3 , что в два раза больше густоты железа, и горячая — накал достигает знаменитых 5–6 тысяч градусов по Цельсию.

Высокое давление в центре Земли заставляет металл затвердевать при температурах, превышающих точку его кипения. При этом формируются необычные кристаллы, которые отличаются устойчивостью даже в обычных условиях. Считается, что внутреннее ядро представляет собой лес из многокилометровых кристаллов железа и никеля, которые направлены с юга на север. Для того чтобы проверить эту теорию, японские ученые потратили десять лет на создание особой алмазной наковальни — только в ней можно добиться такого давления и температуры, как в центре нашей планеты.

Еще во время начальных исследований ядра при помощи сейсмических волн, геологи заметили необычное отклонение колебаний внутри ядра по направлению с востока на запад. Так как из-за своего вращения Земля шире на экваторе, чем на полюсах, сперва на это не обратили внимание. Но последующее изучение выявило, что центральная часть ядра может быть всего лишь очередной оболочкой.

Механизм формирования ядра

Ядром обладают все планеты Солнечной системы, как и полноценные, так и карликовые — от величественного газового гиганта Юпитера до отдаленной и холодной Седны. Параметры ядра разнятся от объекта к объекту — так, у Меркурия ядро занимает 60% массы и 80% объема планеты, когда радиус ядра Луны составляет скромные 350 километров от 1735 километров общего радиуса спутника.

Тем не менее создание ядра любого космического тела, даже звезды, обязано одному интересному гравитационному явлению — дифференциации недр. Когда планеты только начинают формироваться из газовых туч вокруг молодой звезды, их вещество собирается вокруг первичных ядер: больших камней, сгустков льда или пыли. Когда молодая планета набирает достаточную массу, в действие вступает гравитация, втягивающая массивные элементы вроде железа к центру объекта — тем самым более легкие вещества, как вот кремний или кислород, выталкиваются на поверхность.

Земля во время активной аккреции в представлении художника

Во время этих перемещений выделяется громадное количество энергии, из-за которой планета расплавляется, а гравитация придает ей характерную сферическую форму. Тем самым процесс перемещения тяжелых веществ ускоряется. Астероиды, масса которых недостаточна для плавления, так и остались кучками пыли и камней, сбитыми вместе.

А все тяжелые элементы, которые ушли вглубь — в первую очередь железо и никель — сформировали центр планеты. Ядро Земли прошло весь долгий путь от пыли на орбите новорожденного Солнца до многослойного металлического шара — и сегодня оно греет и защищает нашу планету изнутри.

Ядром Земли называют наиболее глубоко расположенную центральную часть планеты. А поскольку добраться до него не представляется возможным, то все исследования ядра проводятся косвенными методами. И тем не менее, с высокой долей вероятности можно утверждать, что центральная часть планеты изучена довольно не плохо. Хотя этого, конечно же, мало.

Свойства ядра Земли

Внешняя часть ядра находится на глубине 2900 км. Само же оно имеет радиус 3500 км. Предположительно, состоит ядро из сплава железа и никеля, с примесью различных элементов (серы, кислорода, кремния, хрома, фосфора и других). Всё это находится под огромной температурой, около 5-6 тысяч градусов, а потому представляет собой достаточно однородную массу. И поскольку ядро железное, по большей части, то весит оно довольно много. На него приходится 1/3 часть массы планеты.
Само же ядро разделено на 2 части: внутреннюю и внешнюю.

Внутреннее ядро находится в твёрдом состоянии. Его радиус составляет 1300 км. Температура на внешней его части колеблется в районе 6000 градусов, а какова температура в центре - остаётся лишь догадываться, но вряд ли они сильно отличаются. Внутреннее ядро обладает высокой плотностью (около 12 тонн на кубический метр) и находится под огромным давлением.

Внешнее ядро находится в жидком состоянии. И большая часть земного ядра приходится именно на него. Внешнее ядро играет роль некой оболочки для внутреннего, обтекая его со всех сторон. И толщина этого слоя Земли составляет примерно 2200 км. Иногда между двумя такими различными частями ядра существует переходная зона, обладающая свойствами каждой из частей.

Значение ядра Земли

Невозможно с уверенностью утверждать, какое влияние оказывает ядро на планету. Ведь оно плохо изучено, а потому если мы и знаем что-то о нём, то это лишь крохи информации. Но всё же, одну очень важную его функцию мы знаем. Магнитное поле, защищающее нашу планету от солнечного и космического излучения, образовано именно ядром. Если быть точным, внешней его частью, жидкой. Образуется геомагнитное поле благодаря движению жидкости в ней. Получается, ядро как батарейка для планеты: перестанет вращаться - и планета лишится своей защиты.

Мантия планеты
Земная мантия разделяется на верхнюю и нижнюю, поскольку два этих слоя имеют различные свойства. Вместе они имеют толщину 2900 км.

Полезные ископаемые
Месторождения полезных ископаемых формируются в результате различных геологических процессов, происходящих под толщей 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 — 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 т/м³, давление до 361 ГПа (3,7 млн атм). Масса ядра — 1,932·10 24 кг.

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

Содержание

Обычное заблуждение

Иногда утверждается [кем?] , что источником магнитного поля Земли является железо ядра. Это заблуждение основано на представлении обывателей о постоянном магните. На самом деле ферромагнитные свойства железа (да и любого металла вообще) пропадают выше точки Кюри. Источником магнитного поля Земли является движущийся проводник — жидкий металл или водород.

История изучения

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

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. Сейчас [когда?] предполагается, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре.

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 (металлизованное силикатное ядро).

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, из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических 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.

О.Г. Сорохтин предложил гипотезу о составе внешнего ядра из так называемого "ядерного вещества", не существующего при нормальных условиях. "Ядерное вещество" представляет собой оксид одновалентного железа Fe₂O. При давлении 250-300 ГПа "ядерное вещество" разлагается на железо и кислород, поэтому внутреннее ядро, давление в котором превышает упомянутое значение, состоит из железа с примесью никеля. По мнению Сорохтина, со временем оксиды железа из мантии Земли под действием силы тяжести опускаются в ядро, превращаясь в "ядерное вещество". При этом выделяется кислород, причём по мере уменьшения количества оксидов железа в мантии его выделяется всё больше. Часть этого кислорода поступает в атмосферу. До начала фанерозоя кислорода образовывалось крайне мало, затем увеличение его концентрации в атмосфере вызвало резкий всплеск развития жизни на Земле ("кембрийский взрыв"). Но именно ещё большее увеличение парциального давления кислорода в атмосфере Земли через 500-600 миллионов лет (до значения порядка 0,5 МПа) вызовет глобальное потепление и вымирание всех живых организмов, а затем и полное выкипание океана задолго до превращения Солнца в красный гигант.

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	7.35	79.39	4.87	2.30	4.10	5820	7790	2530	3690
Mc Donough, 2003	6.0	85.5	5.20	1.90	0	300	9000	2500	2000

Литература

См. также

Ссылки

1) Кора (Континентальная кора · Океаническая кора): Осадочный слой • Верхняя кора • Граница Конрада • Нижняя кора • Литосфера (Литосферные плиты) • Поверхность Мохоровичича
2) Мантия: Верхняя мантия (Астеносфера) • Сейсмический раздел 660 км • Нижняя мантия • Граница Гутенберга
3) Ядро: Внешнее ядро • Внутреннее ядро

Ядро - последнее из слои Земли. Он также известен под названием эндосфера и представляет собой горячую массу, расположенную в самом центре внутренней части планеты. В его составе мы можем видеть как твердое ядро, которое находится внутри, так и внешнее ядро, которое является жидким. Из-за конвекционных токов, которые возникают из-за разницы в плотности материалов в ядро земли то Магнитное поле Земли.

В этой статье мы увидим полный анализ ядра Земли и его важности.

Происхождение и формирование

Ядро возникло после планеты. Когда Земля сформировалась около 4.500 миллиарда лет назадЭто был просто однородный шар из раскаленного камня. Мало-помалу он страдал от радиоактивного разложения, и из-за тепла, выделявшегося при образовании планеты, она еще больше нагрелась до точки плавления железа. Этот момент, когда Земля достигла таких температур, был назван железной катастрофой. Расплавленный материал, который был в скале, и весь скальный материал имел большее движение и большую скорость. В результате движения менее плотных материалов, таких как вода, воздух и силикаты, они стали мантией Земли.

Напротив, более плотные и тяжелые материалы, такие как железо, никель и другие тяжелые металлы были способны притягивать гравитационное притяжение Земли к центру. Таким образом образовалось то, что мы знаем как первое примитивное земное ядро. Этот процесс известен как планетарная дифференциация, и именно здесь мы начинаем видеть, что Земля состоит из разных слоев с разными характеристиками и составом.

Состав ядра Земли

Как известно, земная кора и мантия богата минералами. Тем не мение, ядро Земли состоит в основном из железа и никеля. Мы также находим вещества, растворяющиеся в железе, называемые сидерофилами. Эти элементы совсем не распространены в коре и поэтому были названы драгоценными металлами. В этих драгоценных металлах мы находим кобальт, золото и платину.

Еще один ключевой элемент, обнаруженный в ядре, - сера. 90% всей серы на Земле находится в ядре. Ядро, как известно, самая горячая часть всей планеты. Внутренние структуры нагреваются по мере увеличения глубины. Тем не мение, учитывая более чем 6.000 километров, которые отделяют нас от поверхности Земли до ядра Земли, довольно сложно узнать при температуре, при которой находится этот расплавленный железо-никелевый центр. Температуры не всегда одинаковы. Они колеблются в зависимости от давления, вращения Земли и состава элементов, составляющих ядро.

Исследования обычно говорят, что температура ядра Земли Температура колеблется от 4000 до 6000 градусов Цельсия.

Características principales

Среди его характеристик мы видим, что материалы, которые способствуют выделению тепла в активной зоне, - это разложение радиоактивных материалов. При разрушении радиоактивные материалы выделяют большое количество энергии. Эта энергия превращается в тепло при высвобождении. Остатки тепла от образования планеты все еще согревают ядро. Другим источником тепла является тепло, которое выделяется в жидкое внешнее ядро и затвердевает на пределе, когда сталкивается с внутренним ядром. Помните, что внешнее ядро нашей планеты жидкое, а внутреннее твердое.

Каждый раз, когда мы спускаемся на 1 км от поверхности земли, температура повышается еще примерно на 25 градусов. Это означает, что геотермальный градиент составляет примерно 25 градусов. Предел, отделяющий внутреннее ядро от внешнего, известен как разрыв Буллена. Самая удаленная часть ядра находится примерно на 3.000 км под нашими ногами. Но хуже всего то, что центральная точка ядра Земли находится на глубине около 6.000 км.

Чтобы дать вам представление о том, как мало мы пронзили нашу планету, это Самая глубокая дыра прошла всего 12,3 км. Как будто от яблока мы только копошились (и то не то).

Основные слои

Давайте подробнее рассмотрим основные слои.

Внешнее ядро

Его толщина составляет около 2.200 км, и он состоит из железа и никеля в жидком состоянии. Его температура составляет около 5000 градусов по Цельсию. Жидкий металл в этом слое имеет очень низкую вязкость, поэтому он легко деформируется и поддается ковке. В этом случае возникают довольно сильные конвекционные потоки, которые вызывают формирование магнитного поля Земли.

Самая горячая часть внешнего ядра находится в разрыве Буллена.

Внутреннее ядро

Это очень горячий и плотный шар, состоящий в основном из железа. Температура достигает около 5200 градусов по Цельсию. Здесь давление составляет почти 3,6 миллиона атмосфер.

Температура внутреннего ядра намного выше точки плавления железа. Однако он находится в твердом состоянии. Это потому, что, в отличие от внешнего ядра, атмосферное давление намного выше, и это не позволяет ему плавиться.

Благодаря этой информации они смогут больше узнать о ядре Земли и его характеристиках.

Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

Читайте также: