Model Ziemi z jądrem. Z czego zbudowana jest nasza planeta: przekrojowa struktura Ziemi

Kiedy wrzucisz klucze do strumienia roztopionej lawy, pożegnaj się z nimi, bo cóż, koleś, są wszystkim.
- Jacka Handy'ego

Patrząc na naszą rodzimą planetę, zauważysz, że 70% jej powierzchni pokrywa woda.

Wszyscy wiemy, dlaczego tak się dzieje: ponieważ oceany Ziemi unoszą się nad skałami i ziemią, z których składa się ląd. Koncepcja wyporu, w której mniej gęste obiekty unoszą się nad gęstszymi, które toną poniżej, wyjaśnia znacznie więcej niż tylko oceany.

Ta sama zasada, która wyjaśnia, dlaczego lód unosi się w wodzie, balon wypełniony helem unosi się w atmosferze, a skały toną w jeziorze, wyjaśnia, dlaczego warstwy planety Ziemia są ułożone w taki, a nie inny sposób.

Najmniej gęsta część Ziemi, atmosfera, unosi się nad oceanami wody, które unoszą się nad skorupą ziemską, która znajduje się nad gęstszym płaszczem, który nie zagłębia się w najgęstszą część Ziemi: jądro.

Idealnie, najbardziej stabilny stan Ziemi to taki, który byłby idealnie rozłożony na warstwy, jak cebula, z najgęstszymi pierwiastkami w środku, a w miarę przesuwania się na zewnątrz każda kolejna warstwa składałaby się z mniej gęstych pierwiastków. I tak naprawdę każde trzęsienie ziemi przesuwa planetę w stronę tego stanu.

I to wyjaśnia strukturę nie tylko Ziemi, ale także wszystkich planet, jeśli pamiętasz, skąd pochodzą te pierwiastki.

Kiedy Wszechświat był młody – miał zaledwie kilka minut – istniały tylko wodór i hel. W gwiazdach powstawały coraz cięższe pierwiastki i dopiero gdy gwiazdy te umarły, cięższe pierwiastki uciekały do ​​Wszechświata, umożliwiając powstawanie nowych pokoleń gwiazd.

Ale tym razem mieszanina wszystkich tych pierwiastków – nie tylko wodoru i helu, ale także węgla, azotu, tlenu, krzemu, magnezu, siarki, żelaza i innych – tworzy nie tylko gwiazdę, ale także dysk protoplanetarny wokół tej gwiazdy.

Ciśnienie od wewnątrz na zewnątrz tworzącej się gwiazdy wypycha lżejsze pierwiastki na zewnątrz, a grawitacja powoduje, że nieregularności dysku zapadają się i tworzą planety.

Gdy Układ Słoneczny cztery wewnętrzny świat są najgęstszymi ze wszystkich planet układu. Rtęć składa się z najgęstszych pierwiastków, które nie mogły utrzymać się duża liczba wodór i hel.

Inne planety, bardziej masywne i położone dalej od Słońca (a zatem otrzymujące mniej jego promieniowania), były w stanie zatrzymać więcej tych ultralekkich pierwiastków – w ten sposób powstały gazowe olbrzymy.

Na wszystkich światach, podobnie jak na Ziemi, najgęstsze pierwiastki skupiają się w jądrze, a lekkie tworzą wokół niego coraz mniej gęste warstwy.

Nic dziwnego, że żelazo, najbardziej stabilny i najcięższy pierwiastek, powstało w duże ilości na granicy supernowej i jest najpowszechniejszym pierwiastkiem rdzeń ziemi. Ale, co być może zaskakujące, pomiędzy stałym jądrem a stałym płaszczem znajduje się warstwa cieczy o grubości ponad 2000 km: zewnętrzne jądro Ziemi.

Ziemia posiada grubą warstwę cieczy zawierającą 30% masy planety! A o jego istnieniu dowiedzieliśmy się dość pomysłową metodą – dzięki falom sejsmicznym powstałym podczas trzęsień ziemi!

Podczas trzęsień ziemi powstają fale sejsmiczne dwóch rodzajów: główna fala kompresji, znana jako fala P, która przemieszcza się wzdłuż ścieżki

Oraz druga fala poprzeczna, znana jako fala S, podobna do fal na powierzchni morza.

Stacje sejsmiczne na całym świecie są w stanie wychwycić fale P i S, ale fale S nie przemieszczają się przez ciecz, a fale P nie tylko przemieszczają się przez ciecz, ale są załamywane!

W rezultacie możemy zrozumieć, że Ziemia ma płynne jądro zewnętrzne, na zewnątrz którego znajduje się stały płaszcz, a wewnątrz - stałe jądro wewnętrzne! Dlatego jądro Ziemi zawiera najcięższe i najgęstsze pierwiastki i stąd wiemy, że zewnętrzne jądro jest warstwą cieczy.

Ale dlaczego zewnętrzny rdzeń jest płynny? Podobnie jak wszystkie pierwiastki, stan żelaza, czy to stały, ciekły, gazowy czy inny, zależy od ciśnienia i temperatury żelaza.

Żelazo jest pierwiastkiem bardziej złożonym niż wiele, do których jesteś przyzwyczajony. Oczywiście może mieć różne krystaliczne fazy stałe, jak pokazano na wykresie, ale nie interesują nas zwykłe ciśnienia. Schodzimy do jądra Ziemi, gdzie ciśnienie jest milion razy większe niż poziom morza. Jak wygląda diagram fazowy dla tak wysokich ciśnień?

Piękno nauki polega na tym, że nawet jeśli nie znasz od razu odpowiedzi na pytanie, istnieje prawdopodobieństwo, że ktoś przeprowadził już badania, które mogą doprowadzić do odpowiedzi! W tym przypadku Ahrens, Collins i Chen w 2001 roku znaleźli odpowiedź na nasze pytanie.

I choć na wykresie widać gigantyczne ciśnienia sięgające 120 GPa, warto pamiętać, że ciśnienie atmosferyczne wynosi zaledwie 0,0001 GPa, podczas gdy w wewnętrznym rdzeniu ciśnienia sięgają 330-360 GPa. Górna linia ciągła pokazuje granicę pomiędzy topiącym się żelazem (na górze) i stałym żelazem (na dole). Czy zauważyłeś, jak linia ciągła na samym końcu ostro zakręca w górę?

Aby żelazo stopiło się pod ciśnieniem 330 GPa, wymagana jest ogromna temperatura, porównywalna z tą, jaka panuje na powierzchni Słońca. Te same temperatury przy niższych ciśnieniach z łatwością utrzymają żelazo stan ciekły, a na wyższych poziomach - w ciele stałym. Co to oznacza w odniesieniu do jądra Ziemi?

Oznacza to, że w miarę ochładzania się Ziemi jej temperatura wewnętrzna spada, ale ciśnienie pozostaje niezmienione. Oznacza to, że podczas formowania się Ziemi najprawdopodobniej cały rdzeń był płynny, a gdy się ochładza, rdzeń wewnętrzny rośnie! W tym procesie, ponieważ stałe żelazo ma większą gęstość niż ciekłe żelazo, Ziemia powoli się kurczy, co prowadzi do trzęsień ziemi!

Zatem jądro Ziemi jest płynne, ponieważ jest wystarczająco gorące, aby stopić żelazo, ale tylko w obszarach o wystarczająco niskim ciśnieniu. W miarę jak Ziemia się starzeje i ochładza, coraz więcej jądra staje się stałe, przez co Ziemia trochę się kurczy!

Jeśli chcemy spojrzeć daleko w przyszłość, możemy spodziewać się, że pojawią się takie same właściwości, jak te zaobserwowane w Merkurym.

Rtęć, ze względu na swoje małe rozmiary, już znacznie ostygła i skurczyła się, a także ma pęknięcia o długości setek kilometrów, które pojawiły się w wyniku konieczności sprężania w wyniku chłodzenia.

Dlaczego więc Ziemia ma płynne jądro? Bo jeszcze nie ostygło. A każde trzęsienie ziemi to małe podejście Ziemi do jej ostatecznego, schłodzonego i całkowicie stałego stanu. Ale nie martw się, na długo przed tym momentem Słońce eksploduje i wszyscy, których znasz, będą martwi przez bardzo długi czas.

Jądro Ziemi – wewnętrzna geosfera Ziemi o średniej średnicy 3470 km, położona na średniej głębokości około 2900 km. Dzieli się na stały rdzeń wewnętrzny o średnicy około 1300 km i ciekły rdzeń zewnętrzny o grubości około 2200 km, pomiędzy którymi czasami wyróżnia się 250-kilometrową strefę przejściową cieczy o dużej gęstości. Prawdopodobnie składa się ze stopu żelaza i niklu z domieszką innych pierwiastków syderofilnych. Temperatura w centrum jądra Ziemi sięga 5000°C, gęstość wynosi około 12,5 t/m, ciśnienie dochodzi do 361 GPa. Masa rdzenia – 1932 x 10 24 kg.
Informacje na temat rdzenia są bardzo skąpe - wszystkie informacje uzyskano pośrednimi metodami geofizycznymi lub geochemicznymi, próbki materiału rdzenia nie są dostępne i prawdopodobnie nie zostaną uzyskane w najbliższej przyszłości.

Historia badania

Jednym z pierwszych, który zasugerował istnienie obszaru o zwiększonej gęstości wewnątrz Ziemi, był Henry Cavendish, który obliczył masę i średnia gęstość Ziemi i odkryłem, że jest ona znacznie większa od gęstości charakterystycznej skał odsłoniętych na powierzchni Ziemi.
Istnienie rdzenia zostało udowodnione w 1897 r. przez niemieckiego sejsmologa E. Wicherta na obecność tzw. efektu „cienia sejsmicznego”. W 1910 r., w wyniku gwałtownego skoku prędkości podłużnych fal sejsmicznych, amerykański geofizyk B. Gutenberg określił głębokość jego powierzchni - 2900 km.

Założyciel geochemii VM Goldschmidt (niemiecki) Victora Moritza Goldschmidta(1888-1947) zaproponowali w 1922 r., że jądro powstało w wyniku różnicowania grawitacyjnego pierwotnej Ziemi w okresie jej wzrostu lub w późniejszych okresach. Alternatywną hipotezę, że żelazne jądro powstało w obłoku protoplanetarnym, opracowali niemiecki naukowiec A. Eiken (1944), amerykański naukowiec E. Orovan i radziecki naukowiec A.P. Winogradow (lata 60.-70.).

W 1941 roku Kuhn i Ritman, opierając się na hipotezie identyczności składu chemicznego Słońca i Ziemi oraz obliczeniach przejścia fazowego w wodorze, zasugerowali, że jądro Ziemi składa się z wodoru metalicznego. Hipoteza ta nie została przetestowana eksperymentalnie. Eksperymenty z kompresją uderzeniową wykazały, że gęstość metalicznego wodoru jest w przybliżeniu o rząd wielkości mniejsza niż gęstość jądra. Jednak hipoteza ta została później dostosowana do wyjaśnienia struktury planet-olbrzymów - Jowisza, Saturna itp. Nowoczesna nauka Ważne jest, aby pole magnetyczne powstawało dokładnie w metalicznym rdzeniu wodorowym.

Ponadto V.N. Lodochnikov i U. Ramsay zasugerowali, że dolny płaszcz i rdzeń mają to samo skład chemiczny– na granicy rdzeń-płaszcz pod ciśnieniem 1,36 Mbar krzemiany płaszcza przechodzą w fazę ciekłego metalu (metalizowany rdzeń krzemianowy).

Skład jądra

Skład jądra można oszacować jedynie na podstawie kilku źródeł.

Za próbki najbliżej materiału jądra uważa się próbki meteorytów żelaznych, będących fragmentami jąder asteroid i protoplanet. Meteoryty żelazne nie są jednak odpowiednikiem materiału jądra Ziemi, gdyż uformowały się w znacznie mniejsze ciała, tj. z innymi parametrami fizykochemicznymi.

Gęstość rdzenia jest znana z danych grawimetrycznych, co dodatkowo ogranicza skład komponentów. Ponieważ gęstość rdzenia jest o około 10% mniejsza niż gęstość stopów żelaza i niklu, jądro Ziemi zawiera odpowiednio więcej lekkich pierwiastków niż meteoryty żelazne.

Na podstawie rozważań geochemicznych, obliczenia pierwotnego składu Ziemi oraz obliczenia proporcji pierwiastków występujących w innych geosferach można skonstruować przybliżone oszacowanie składu jądra. Pomoc w takich obliczeniach zapewniają doświadczenia wysokotemperaturowe i wysokociśnieniowe dotyczące rozkładu pierwiastków pomiędzy fazami roztopionego żelaza i krzemianu.

Powstawanie jądra Ziemi

Czas formacji

Zarodkowanie – kluczowy moment historia Ziemi. Do określenia wieku tego wydarzenia wykorzystano następujące względy:

Substancja, z której powstała Ziemia, zawierała izotop 182 Hf, którego okres półtrwania wynosi 9 milionów lat i przechodzi w izotop 182 W. Hafn jest pierwiastkiem litofilnym, tj. Kiedy pierwotną substancję Ziemi podzielono na fazę krzemianową i metaliczną, koncentrowała się ona głównie w fazie krzemianowej, a wolfram, pierwiastek syderofilowy, był skoncentrowany w fazie metalicznej. W metalicznym jądrze Ziemi stosunek Hf/W jest bliski zeru, natomiast w powłoce krzemianowej stosunek ten jest bliski 15.

Z analizy niefrakcjonowanych chondrytów i meteorytów żelaznych znany jest pierwotny stosunek izotopów hafnu i wolframu.
Gdyby rdzeń powstał po czasie znacznie dłuższym niż okres półtrwania wynoszący 182 Hf, wówczas miałby czas na niemal całkowite przekształcenie się w 182 W, a skład izotopowy wolframu w krzemianowej części Ziemi i jej jądrze byłby taki sam, taki sam jak w chondrytach.
Jeżeli rdzeń powstał, gdy 182 Hf jeszcze nie uległo rozkładowi, wówczas krzemianowa powłoka Ziemi powinna zawierać pewien nadmiar 182 W w porównaniu z chondrytami, co faktycznie obserwuje się.

W oparciu o ten model oddzielenia metalicznej i krzemianowej części Ziemi obliczenia wykazały, że rdzeń powstał w czasie krótszym niż 30 milionów lat, od momentu pierwszego powstania cząstek stałych w Układzie Słonecznym. Podobne obliczenia można przeprowadzić dla meteorytów metalowych, które są fragmentami jąder małych ciał planetarnych. W nich tworzenie jądra następowało znacznie szybciej – przez kilka milionów lat. Wiek wewnętrzny twardy rdzeń szacuje się na 2-4 miliardy lat.

Teoria Sorochtina – Uszakowa

Według modelu Sorochtina-Uszakowa proces powstawania jądra Ziemi trwał około 1,6 miliarda lat (od 4 do 2,6 miliarda lat temu). Według autorów powstawanie jądra Ziemi przebiegało w dwóch etapach. Początkowo planeta była zimna i w jej głębinach nie wystąpiły żadne ruchy. Potem rozgrzała się energią rozpad radioaktywny przed rozpoczęciem topienia metaliczne żelazo, który zaczął przenikać do środka Ziemi. Jednocześnie na skutek różnicowania grawitacyjnego wydzieliła się duża ilość ciepła, a proces separacji rdzeni jedynie przyspieszył. Proces ten sięgał jedynie do głębokości, poniżej której substancja pod bardzo wysokim ciśnieniem stała się tak lepka, że ​​żelazo nie mogło już zanurzyć się głębiej. W rezultacie powstała gęsta pierścieniowa warstwa roztopionego żelaza i jego tlenku. Znajdował się nad lżejszą substancją pierwotnego „jądra” Ziemi. Później substancję krzemianową wyciśnięto ze środka Ziemi na równiku, co doprowadziło do asymetrii planety.

Mechanizm powstawania jądra Ziemi

Bardzo niewiele wiadomo na temat mechanizmu zarodkowania. Według różnych szacunków formacja zachodziła przy ciśnieniu i temperaturze zbliżonej do tej panującej obecnie w górnym i środkowym płaszczu, a nie w planetozymalach i asteroidach. Oznacza to, że podczas akrecji Ziemi nastąpiła jej nowa homogenizacja.

Mechanizm ciągłej aktualizacji rdzenia wewnętrznego

Szereg badań ostatnie lata wykazało anomalne właściwości jądra Ziemi - stwierdzono, że fale sejsmiczne przechodzą przez wschodnią część jądra szybciej niż zachodnią. Klasyczne modele sugerują, że jądro wewnętrzne naszej planety jest formacją symetryczną, jednorodną i praktycznie stabilną, powoli rosnącą w wyniku krzepnięcia materiału jądra zewnętrznego. Jednakże rdzeń wewnętrzny jest strukturą dość dynamiczną.
Grupa badaczy z uniwersytetów Josepha Fouriera Uniwersytetu Josepha Fouriera i Lyon (fr. Uniwersytet w Lyonie) wysunąć założenie, że wewnętrzne jądro Ziemi stale krystalizuje na zachodzie i topi się na wschodzie. Geometryczny środek jądra wewnętrznego jest przesunięty względem środka Ziemi. Części rdzenia na zachodzie i wschodzie mają różne temperatury, co prowadzi do jednostronnego topnienia i krystalizacji. Wprawia w ruch całą masę jądra wewnętrznego, powoli przesuwa się ze strony zachodniej na wschodnią, gdzie się zapada solidny uzupełnia skład płynnej otoczki w tempie 1,5 cm/rok. Te. całkowite przetopienie w ciągu 100 milionów lat. Różnica w stosunku płuc i ciężkie elementy na zachodzie i wschodzie rdzenia w naturalny sposób prowadzi do różnicy prędkości fal sejsmicznych.

Tak potężne procesy krzepnięcia i topienia nie mogą nie wpływać na przepływy konwekcyjne w zewnętrznym rdzeniu. Wpływają na dynamo planetarne, pole magnetyczne Ziemi, zachowanie płaszcza i ruch kontynentów. Hipoteza wyjaśnia rozbieżność między prędkością obrotową jądra i reszty planety, przyspieszone przesunięcie biegunów magnetycznych.

W którym odwieczny czas czy to się wydarzyło? Wszystkie te pytania niepokoją ludzkość od dawna. A wielu naukowców chciało szybko dowiedzieć się, co kryje się w głębinach? Okazało się jednak, że nauczenie się tego wszystkiego nie jest takie proste. W końcu nawet dzisiaj mając wszystko nowoczesne urządzenia Aby przeprowadzić wszelkiego rodzaju badania, ludzkość jest w stanie wiercić studnie w podłożu tylko na odległość około piętnastu kilometrów – nie więcej. A w przypadku pełnoprawnych i kompleksowych eksperymentów wymagana głębokość powinna być o rząd wielkości większa. Dlatego naukowcy i musimy obliczyć, jak powstało jądro Ziemi, używając różnych precyzyjnych instrumentów.

Eksploracja Ziemi

Od czasów starożytnych ludzie się uczyli skały, naturalnie odsłonięty. Klify i zbocza gór, strome brzegi rzek i mórz... Tutaj możesz na własne oczy zobaczyć to, co istniało prawdopodobnie miliony lat temu. I w niektórych odpowiednie miejsca wiercone są studnie. Jeden z nich znajduje się na głębokości piętnastu tysięcy metrów. Kopalnie, które ludzie kopią, aby pomóc w badaniu wewnętrznego rdzenia, oczywiście nie mogą go „zdobyć”. Jednak z tych kopalń i studni naukowcy mogą wydobywać próbki skał, dowiadując się w ten sposób o ich zmianach oraz pochodzeniu, strukturze i składzie. Wadą tych metod jest to, że pozwalają one na badanie jedynie lądu i tylko górnej części skorupy ziemskiej.

Odtworzenie warunków panujących w jądrze Ziemi

Jednak geofizyka i sejsmologia – nauki o trzęsieniach ziemi i składzie geologicznym planety – pomagają naukowcom penetrować coraz głębiej bez kontaktu. Badając fale sejsmiczne i ich propagację, określa się, z czego składa się zarówno płaszcz, jak i jądro (podobnie określa się to np. składem upadłe meteoryty). Wiedza taka opiera się na otrzymanych danych – pośrednio – o właściwości fizyczne Substancje. Również dzisiaj współczesne dane uzyskane z sztuczne satelity, znajdujący się na orbicie.

Struktura planety

Podsumowując uzyskane dane, naukowcom udało się zrozumieć, że struktura Ziemi jest złożona. Składa się z co najmniej trzech nierównych części. W centrum znajduje się mały rdzeń otoczony ogromnym płaszczem. Płaszcz zajmuje około pięciu szóstych całkowitej objętości Glob. A na górze wszystko jest pokryte dość cienką zewnętrzną skorupą Ziemi.

Struktura rdzenia

Rdzeń to środkowa, środkowa część. Dzieli się na kilka warstw: wewnętrzną i zewnętrzną. Według większości współczesnych naukowców rdzeń wewnętrzny jest stały, a rdzeń zewnętrzny jest płynny (w stanie stopionym). Jądro jest również bardzo ciężkie: waży ponad jedną trzecią masy całej planety o objętości nieco ponad 15. Temperatura rdzenia jest dość wysoka i waha się od 2000 do 6000 stopni Celsjusza. Według założeń naukowych środek Ziemi składa się głównie z żelaza i niklu. Promień tego ciężkiego odcinka wynosi 3470 kilometrów. A jego powierzchnia wynosi około 150 milionów kilometrów kwadratowych, co jest w przybliżeniu równe powierzchni wszystkich kontynentów na powierzchni Ziemi.

Jak powstało jądro Ziemi

Informacje na temat jądra naszej planety są bardzo skąpe i można je uzyskać jedynie pośrednio (nie ma próbek skał rdzeniowych). Dlatego teorie na temat powstania jądra Ziemi można wyrazić jedynie hipotetycznie. Historia Ziemi sięga miliardów lat. Większość naukowców trzyma się teorii, że początkowo planeta uformowała się jako dość jednorodna. Proces izolowania jądra rozpoczął się później. A jego skład to nikiel i żelazo. Jak powstało jądro Ziemi? Stop tych metali stopniowo opadł do środka planety, tworząc rdzeń. Odbyło się to kosztem czegoś więcej środek ciężkości stopić.

Alternatywne teorie

Są też przeciwnicy tej teorii, którzy przedstawiają własne, całkiem rozsądne, argumenty. Po pierwsze, naukowcy ci kwestionują fakt, że stop żelaza i niklu przeszedł do środka jądra (czyli na odległość ponad 100 kilometrów). Po drugie, jeśli założymy, że z krzemianów uwalnia się nikiel i żelazo podobnie do meteorytów, to powinna nastąpić odpowiednia reakcja redukcji. To z kolei powinno towarzyszyć uwolnieniu ogromnej ilości tlenu, tworząc się Ciśnienie atmosferyczne kilkaset tysięcy atmosfer. Nie ma jednak dowodów na istnienie takiej atmosfery w przeszłości Ziemi. Dlatego wysunięto teorie na temat początkowego formowania się jądra podczas formowania się całej planety.

W 2015 roku naukowcy z Oksfordu zaproponowali nawet teorię, według której jądro planety Ziemia składa się z uranu i wykazuje radioaktywność. To pośrednio świadczy o tak długim istnieniu pole magnetyczne blisko Ziemi oraz fakt, że w nowoczesne czasy nasza planeta emituje znacznie więcej ciepła, niż zakładały poprzednie hipotezy naukowe.

Wyrażono niezliczone pomysły na temat struktury jądra Ziemi. Dmitrij Iwanowicz Sokołow, rosyjski geolog i akademik, powiedział, że substancje wewnątrz Ziemi są rozprowadzane w piecu do wytapiania, podobnie jak żużel i metal.

To obrazowe porównanie zostało potwierdzone więcej niż raz. Naukowcy dokładnie badali meteoryty żelazne przybywające z kosmosu, uznając je za fragmenty jądra zdezintegrowanej planety. Oznacza to, że jądro Ziemi powinno również składać się z ciężkiego żelaza w stanie stopionym.

W 1922 roku norweski geochemik Victor Moritz Goldschmidt wysunął pomysł ogólnego rozwarstwienia substancji ziemskiej w czasie, gdy cała planeta znajdowała się w stanie ciekłym. Wyprowadził to przez analogię do procesu metalurgicznego badanego w hutach stali. „Na etapie płynnego stopienia” – powiedział – „substancja Ziemi została podzielona na trzy niemieszające się ciecze - krzemianową, siarczkową i metaliczną. Podczas dalszego chłodzenia ciecze te utworzyły główne powłoki Ziemi - skorupę, płaszcz i żelazny rdzeń!

Jednak bliżej naszych czasów idea „gorącego” pochodzenia naszej planety była coraz gorsza od „zimnego” stworzenia. A w 1939 roku Lodochnikov zaproponował inny obraz powstawania wnętrza Ziemi. W tym czasie znana była już koncepcja przejść fazowych materii. Lodochnikov zasugerował, że zmiany fazowe w materii nasilają się wraz ze wzrostem głębokości, w wyniku czego materia dzieli się na powłoki. W tym przypadku rdzeń niekoniecznie musi być żelazny. Może składać się z nadmiernie skonsolidowanych skał krzemianowych, które są w stanie „metalicznym”. Pomysł ten został podchwycony i rozwinięty w 1948 roku przez fińskiego naukowca V. Ramseya. Okazało się, że choć jądro Ziemi ma inny stan fizyczny niż płaszcz, to nie ma powodu uważać, że składa się z żelaza. W końcu nadmiernie skonsolidowany oliwin może być tak ciężki jak metal...

W ten sposób wyłoniły się dwie wzajemnie wykluczające się hipotezy dotyczące składu jądra. Jeden opracowano na podstawie pomysłów E. Wicherta na temat stopu żelaza i niklu z niewielkimi dodatkami lekkich pierwiastków jako materiału na jądro Ziemi. I drugi - zaproponowany przez V.N. Lodochnikova i opracowany przez V. Ramseya, który stwierdza, że ​​skład rdzenia nie różni się od składu płaszcza, ale zawarta w nim substancja jest w szczególnie gęstym stanie metalizowanym.

Aby zdecydować, w którą stronę powinna się przechylić skala, naukowcy z wielu krajów przeprowadzili eksperymenty w laboratoriach oraz liczyli i liczyli, porównując wyniki swoich obliczeń z tym, co wykazały badania sejsmiczne i eksperymenty laboratoryjne.

W latach sześćdziesiątych eksperci w końcu doszli do wniosku: hipoteza o metalizacji krzemianów przy ciśnieniach i temperaturach panujących w rdzeniu nie została potwierdzona! Co więcej, przeprowadzone badania przekonująco wykazały, że w centrum naszej planety powinno znajdować się co najmniej osiemdziesiąt procent całkowitych zasobów żelaza... Czyli jednak jądro Ziemi jest z żelaza? Żelazo, ale nie do końca. Czysty metal lub czysty stop metalu, sprężony w centrum planety, byłby zbyt ciężki dla Ziemi. Należy zatem przyjąć, że substancję rdzenia zewnętrznego stanowią związki żelaza z lżejszymi pierwiastkami – tlenem, glinem, krzemem czy siarką, które najczęściej występują w skorupa Ziemska. Ale które konkretnie? To nie jest znane.

I tak rosyjski naukowiec Oleg Georgievich Sorokhtin podjął nowe badania. Spróbujmy prześledzić tok jego rozumowania w uproszczonej formie. Opierając się na najnowszych osiągnięciach nauk geologicznych, radziecki naukowiec dochodzi do wniosku, że w pierwszym okresie formowania Ziemia była najprawdopodobniej mniej więcej jednorodna. Cała jego substancja była w przybliżeniu równomiernie rozłożona w całej objętości.

Jednak z biegiem czasu cięższe pierwiastki, takie jak żelazo, zaczęły, że tak powiem, „zatapiać się” w płaszczu, wnikając coraz głębiej w kierunku centrum planety. Jeżeli tak jest, to porównując skały młode i stare, można się spodziewać, że w skałach młodych będzie mniejsza zawartość pierwiastków ciężkich, np. żelaza, które jest powszechne w substancji Ziemi.

Badania starożytnych law potwierdziły to założenie. Jednakże rdzeń Ziemi nie może być wykonany wyłącznie z żelaza. Jest na to za lekko.

Co było towarzyszem żelaza w drodze do centrum? Naukowiec wypróbował wiele elementów. Ale niektóre nie rozpuszczały się dobrze w stopie, podczas gdy inne okazały się niezgodne. I wtedy Sorochtinowi przyszła myśl: czy najpowszechniejszy pierwiastek, tlen, nie jest towarzyszem żelaza?

To prawda, obliczenia wykazały, że związek żelaza i tlenu – tlenek żelaza – wydaje się być zbyt lekki dla jądra. Ale w warunkach sprężania i ogrzewania w głębinach tlenek żelaza musi również ulegać przemianom fazowym. W warunkach panujących w pobliżu centrum Ziemi tylko dwa atomy żelaza są w stanie utrzymać jeden atom tlenu. Oznacza to, że gęstość powstałego tlenku będzie większa...

I znowu obliczenia, obliczenia. Ale jaka satysfakcja, gdy uzyskany wynik pokazał, że gęstość i masa jądra ziemi, zbudowanego z tlenku żelaza, który uległ przemianom fazowym, daje dokładnie taką wartość, jaka jest wymagana nowoczesny model rdzenie!

Oto jest - nowoczesny i być może najbardziej prawdopodobny model naszej planety w całej historii jej poszukiwań. „Zewnętrzne jądro Ziemi składa się z tlenku jednowartościowej fazy żelaza Fe2O, a wewnętrzne jądro jest wykonane z metalicznego żelaza lub stopu żelaza i niklu” – pisze w swojej książce Oleg Georgievich Sorokhtin. „Można uznać, że warstwę przejściową F pomiędzy rdzeniem wewnętrznym i zewnętrznym składa się z siarczku żelaza – troilitu FeS”.

W tworzeniu współczesnej hipotezy o uwolnieniu jądra z pierwotnej substancji Ziemi bierze udział wielu wybitnych geologów i geofizyków, oceanologów i sejsmologów - przedstawicieli dosłownie wszystkich gałęzi nauki badających planetę. Według naukowców procesy rozwoju tektonicznego Ziemi będą trwały w głębinach jeszcze dość długo, przynajmniej przed naszą planetą jeszcze kilka miliardów lat. Dopiero po tym niezmierzonym czasie Ziemia ostygnie i zamieni się w martwe ciało kosmiczne. Ale co się stanie do tego czasu?..

Ile lat ma ludzkość? Milion, dwa, cóż, dwa i pół. I w tym okresie ludzie nie tylko wstali z czworaków, oswoili ogień i zrozumieli, jak wydobyć energię z atomu, ale wysłali ludzi w kosmos, automaty na inne planety Układu Słonecznego i opanowali w pobliżu kosmosu dla potrzeb technicznych.

Eksploracja, a następnie wykorzystanie głębin naszej własnej planety to program, który już puka do drzwi postępu naukowego.