Почему земля внутри горячая кратко
Обновлено: 07.07.2024
Многие знают, что внутри Земли температура такая же, как на поверхности Солнца. При этом мало кто знает, почему там так горячо и может ли ядро Земли остыть, а если да, то когда это произойдёт.Давайте разберёмся в этих вопросах вместе.
Ядро Земли
В одной из наших статей мы уже рассматривали внутреннее строение Земли, а также то, откуда мы это знаем. Уже на глубине несколько сотен километров, в мантии температура достигает 2500°C (градусов Цельсия).
А на глубине 2900 километров начинается ядро Земли. Оно делится на внутреннее твёрдое металлическое ядро и жидкое внешнее ядро. Учёные предполагают, что оно состоит из железоникелевого сплава и других примесей. А температура здесь при давлении 361 миллиона паскалей достигает 6000°C, что равно температуре поверхности Солнца.
Как образовалось ядро?
Прежде чем отыскать источник энергии, благодаря которой в ядре так жарко, рассмотрим рождение ядра Земли.
После рождения Солнца, из оставшейся материи, которая продолжалась вращаться вокруг новой звезды, начали образовываться огромные расплавленные шары — протопланеты, которые со временем слипались и образовывали планеты. Поверхности только что родившихся планет бомбардировалась другими крупными телами, и при этих столкновениях выделялось тепло, как при ударе молотка по гвоздю.
Когда Земля была полностью сформирована, она выглядела как однородная сфера из расплавленной породы разогретая до более чем 1500°C. При этой температуре большинство тяжёлых элементов расплавились и железо с никелем начали оседать в центр Земли, а более лёгкие, наоборот, оставались на поверхности. Таким образом, железо и никель и сформировали ядро.
Почему в ядре так жарко?
Учёные считают, что ядро Земли такое горячее по четырём основным причинам: оставшегося там тепла со времён образования планеты, распада радиоактивных элементов, тепла, выделяемого при трении различных слоёв ядра между собой и оседание на ядро тяжёлых элементов, при котором их потенциальная энергия переходит в тепловую. Последнее считается основным источником разогрева сразу после образования Земли, но в вопросе о том, насколько оно существенно сейчас у учёных есть разногласия.
Первичное тепло недр Земли, конечно, рассеивается, но трение слоёв, радиоактивный распад и оседание тяжёлых элементов вновь выделяют тепло, поддерживая температуру ядра. Отсюда возникает простой вопрос, может ли всё тепло ядра рассеяться?
Учёные тоже задавали себе такой вопрос, но единогласного ответа пока нет, так как нам неизвестно, какая именно часть тепла в недрах Земли является первичной. Если окажется, что внутреннее тепло преимущественно первичное, то на остывание ядра до комнатной температуры уйдут многие миллиарды лет, а если же основная часть тепла в ядре выработана вышеописанными процессами, то остывание займёт уже более десятка миллиардов лет. В любом случае Солнце погибнет значительно раньше и пронаблюдать процесс остывания до конца мы не успеем.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Согласно большинству научных теорий, Земля некогда отделилась от Солнца. Она была огненной массой из газообразных, жидких и твердых веществ, когда начала вращаться вокруг Солнца. С течением времени эта масса несколько остыла и уменьшилась в объеме, постепенно, за счет постоянного вращения, приняв форму чуть приплюснутого у полюсов шара. Внутри шара очень высокая температура и давление.
Непосредственными измерениями можно определить температуру, только опускаясь на глубину 5-6 км, куда проникают разведочные скважины.
В результате этих измерений в различных точках поверхности установлено, что в среднем температура повышается на 1° С; на глубине 5 км температура достигает уже 150° С. О дальнейшем повышении температуры с глубиной можно судить по выбросу вулканами лавы - огненно-жидкого расплава горных пород и раскаленных газов. По этим выбросам устанавливается, что на глубине 30-50 км недра Земли нагреты не менее чем до 1000-1200° С.
Непосредственных сведений о температуре более глубоких слоев Земли в настоящее время нет. Однако можно утверждать, что температура в недрах будет меньше 8000" С, так как при такой температуре давление вещества недр было бы столь велико, что не могло бы удерживаться вышележащими слоями. Наиболее вероятной причиной раскаленности земных недр в настоящее время считается распад радиоактивных веществ.
Однако последние содержатся только в верхних слоях Земли и с глубиной их относительное содержание быстро уменьшается. Возможно, что в прошлом Земля прошла через раскаленное состояние и в недрах своих еще не успела остыть до настоящего времени. Это предположение вызывает сомнение, так как расчеты указывают, что недра Земли должны были бы при этом иметь меньшую температуру.
Таким образом, вопрос о температуре недр в настоящее время является открытым. Предположения о раскаленности недр Земли и ее твердости находятся в согласии. В недрах господствует огромное давление, не позволяющее расплавиться раскаленному веществу внутри Земли. Однако если это давление уменьшается, например, в жерлах вулканов, то нагретое вещество плавится, приобретает свойство жидкости и выбрасывается на поверхность в виде раскаленной лавы.
В свете современных воззрений, основным источником тепла является гравитационное сжатие. При этом происходит постоянная потеря флюидов - летучих компонентов (газов и серы) расплавленным ядром планеты (это и делает сжатие возможным) . Планета, ядро которой потеряло флюиды превращается в мертвую в геологическом смысле планету - прекращается вулканизм, тектонические движения, постепенно улетучивается атмосфера и к тому же исчезает магнитное поле.
Некоторую долю вносит и радиоактивный распад, но его тепла достаточно только для того, чтобы держать ядро планеты в довольно горячем (800-1000 С) , но не расплавленном состоянии.
Ядро Земли — самая загадочная часть нашей планеты. Информации о нем практически нет. Все данные приблизительны, так как получены косвенными геофизическими или геохимическими методами. Доподлинно известно одно — оно горячее и не остывает на протяжении уже более 4,5 млрд лет.
Высокая температура внутри планеты обусловлена первородными характеристиками ядра и его постоянным подогревом. Температура держится на отметке около 5000–6000 °C из-за распада радиоактивных элементов во внешней жидкой части ядра. Благодаря гравитации повышается давление ближе к центру планеты. Но вклад ее в разогрев внутренностей Земли мал, поскольку температура жидкостей и твердынь с изменением давления практически не меняется.
Основные составные части нашей планеты
После оседания началась стадия распада радиоактивных элементов урана-238 и тория-232. Именно эти реакции поддерживают жар в железном ядре планеты уже миллиарды лет, компенсируя выход на поверхность первичного тепла.
Известно, что ядро Земли сформировано из двух частей — внешней и внутренней. Внутренняя часть твердая, состоит из застывшего сплава железа и никеля, а также нескольких легких элементов. Она залегает в самом центре сферы на удалении 5100 км от поверхности и имеет радиус 1220 км.
Внешнее ядро располагается в 2900 км от поверхности Земли и имеет толщину примерно 2200 км. Этот слой состоит из железа, никеля и тяжелых веществ, которые подвергаются постоянному распаду.
Люди убеждаются в том, что под земной корой большие температуры, во время выхода лавы на поверхность
Считается, что внутренняя твердая сфера постоянно увеличивается, потому что внешнее кипящее ядро при соприкосновении с более холодным внутренним затвердевает. Есть гипотезы о том, что вся планета постепенно остывает, на 100°C за 1 млн лет. Но это не предполагает гибель Земли, по крайней мере в ближайшие несколько миллиардов лет, но когда-нибудь сердцевина все же остынет.
Теория распада подтверждена
Гипотеза о том, что Земля внутри горячая из-за радиоактивного распада урана-238 и тория-232 рассматривается учеными как достоверная и доказанная. К этим выводам еще в 2005 году пришли специалисты американо-японской коллаборации KamLAND. Им удалось обнаружить антинейтрино, испускаемые при распаде атомных ядер и поднимающиеся из глубин планеты.
Исходя из числа антинейтрино, выходящих на поверхность, ученые сделали вывод, что мощность распада атомных ядер составляет 16 тераватт. Это восполняет около половины рассеянного Землей тепла. Конечно, любое космическое тело остывает, и это научно доказано. Но Земля еще полна внутреннего жара, поэтому нам и нашим предкам в 1000-м поколении переживать по этому поводу совершенно не зачем.
Внутренности многих планет остаются горячими из-за ядерных реакций, а точнее радиогенных процессов. В случае Земли это в основном распады изотопов урана, тория и калия.
Как быстро камень может остыть? Даже если он достаточно процветающий, скажем, размером с планету?
Миллионов, не говоря уже о миллиардах лет, должно быть более чем достаточно, чтобы полностью охладить и укрепить его. Это вызвано нашей интуицией, поддерживаемой вторым непобедимым законом термодинамики. Мы все знаем, что каждое тело отдает тепло своему окружению, и каждый костер должен когда-нибудь погаснуть.
Тем не менее, несмотря на здравый смысл, "вечное тепло", похоже, царит глубоко под поверхностью земной коры. Итак, давайте посмотрим на саму суть нашей планеты.
Никель-железный шар диаметром 7 тыс. километров, объединяющий почти 1/3 массы всего земного шара, остается постоянно освещенным до температуры свыше 5,5 тыс. С. Через 4,6 миллиарда лет внутренняя часть нашей планеты все еще генерирует густые тераватты энергии и горит немного меньше, чем поверхность Солнца. И пусть не будет никаких сомнений, что тепло от мантии и ядра протекает максимально, даже в процессе конвекции.
Расплавленное вещество под нашими ногами неутомимо поднимается, отдавая часть температуры, затем сгущается и снова начинает падать к центру.
(Однако это не относится к самому внутреннему ядру. Несмотря на огромные температуры достаточных для плавного плавления любого металла, давление удерживает их в форме твердого вещества).
Казалось бы, обычно такой процесс давно должен был охладить наш мир и привести к его геологической гибели. Возможно ли, что планеты просто так медленно теряют энергию, которая все еще получается в процессе их бурного рождения? Оказывается, что . да. Хотя это было бы невозможно без помощи собственного автономного источника энергии в форме ядерных реакций. Пусть не будет недопонимания (с чем я столкнулся): речь идет не о термоядерных процессах, то есть о слиянии атомных ядер, типичном для звездных внутренностей.
Планеты не имеют достаточной массы (или в нашем случае достаточного количества топлива), чтобы обеспечить необходимые условия для поддержания синтеза. Однако у нас есть примеси тяжелых радиоактивных изотопов, которые легко подвергаются самопроизвольному распаду, что сопровождается выделением определенных порций энергии.
В 2005 году команда японского детектора KamLand начала ловить те геонейтрино, на основании которых они сделали тщательную оценку явлений, происходящих внутри Земли. Согласно существующей модели, ядерные распады генерируют до 20 тераватт энергии, причем около 40% этого значения приходится на распад урана-238, еще 40% - на распад тория-232 и 20% - на распад калия-40.
Следует отметить еще два факта.
Прежде всего, наши теории о тепловом балансе Земли не являются полными и все еще оставляют место для обсуждения. Радиоактивность — мощная сила, но, вероятно, не ответственная за всю произведенную энергию. Во-вторых, распады изотопов происходят в мантии нашей планеты, но не в ядре. По мнению физиков и геологов, уран, торий и калий практически отсутствуют в самом ядре Земли, поэтому все радиогенное тепло должно подниматься немного выше.
Так каков правильный ответ на заглавный вопрос?
Кажется, что ядро фактически горит исходным теплом, которое является реликтом после рождения планеты. Тем не менее, оно не остыло, потому что оно остается завернутым в толстый слой расплавленных пород, постоянно нагреваемых ядерными распадами. Поэтому мантию можно рассматривать здесь даже не как обычное одеяло, а как электрическое одеяло с собственным источником нагрева.
Означает ли все это, что Земля никогда не замерзнет?
Конечно нет, но процесс охлаждения её интерьера невероятно медленный. Учитывая скорость тепловыделения и все остальное, ядру понадобится от 55 до 90 миллиардов лет, чтобы полностью затвердеть. Потому что высокая температура и конвекционные движения миллиардов тонн расплавленного железа являются условием существования магнитосферы Земли.
Читайте также: