Dlaczego Ziemia potrzebuje jądra? Dlaczego jądro Ziemi nie ochładza się?

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. Współczesna nauka wierzy, że pole magnetyczne powstaje właśnie w metalicznym rdzeniu wodorowym.

Ponadto V.N. Lodochnikov i U. Ramsay zasugerowali, że dolny płaszcz i rdzeń mają ten sam skład chemiczny - na granicy rdzeń-płaszcz pod ciśnieniem 1,36 Mbar krzemiany płaszcza przechodzą do fazy 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 wewnętrznego jądra stałego 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 zanim rozpoczęło się wytapianie metalicznego żelaza, które zaczęło przenikać do wnętrza Ziemi. Jednocześnie, na skutek różniczkowania grawitacyjnego, duża liczba ciepło, a proces separacji rdzenia tylko 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 pierwiastków lekkich i ciężkich 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.

O miąższości około 2200 km, pomiędzy którymi czasami wyróżnia się strefa przejściowa. Masa rdzenia - 1,932 10 24 kg.

Bardzo niewiele wiadomo na temat jądra – wszystkie informacje uzyskano pośrednimi metodami geofizycznymi lub geochemicznymi, a obrazy materiału rdzenia nie są dostępne i jest mało prawdopodobne, że zostaną uzyskane w dającej się przewidzieć przyszłości. Jednak autorzy science fiction już kilkukrotnie szczegółowo opisali podróż do jądra Ziemi i ukryte tam niezliczone bogactwa. Nadzieja na skarby rdzenia ma pewne podstawy, ponieważ według współczesnych modeli geochemicznych rdzeń zawiera stosunkowo dużą zawartość metale szlachetne i inne cenne elementy.

Historia badania

Prawdopodobnie jednym z pierwszych, który zasugerował istnienie obszaru o zwiększonej gęstości wewnątrz Ziemi, był Henry Cavendish, który obliczył masę i średnią gęstość Ziemi i stwierdził, że jest ona znacznie większa od gęstości charakterystycznej skał odsłoniętych na powierzchni Ziemi .

Istnienie potwierdził w 1897 r. niemiecki sejsmolog E. Wichert, a głębokość występowania (2900 km) określił w 1910 r. amerykański geofizyk B. Gutenberg.

Podobne obliczenia można przeprowadzić dla meteorytów metalowych, które są fragmentami jąder małych ciał planetarnych. Okazało się, że powstawanie w nich jądra następowało znacznie szybciej, na przestrzeni około kilku milionów lat.

Teoria Sorochtina i Uszakowa

Opisywany model nie jest jedyny. Zatem zgodnie z modelem Sorochtina i Uszakowa przedstawionym w książce „Rozwój Ziemi” proces powstawania jądra Ziemi trwał około 1,6 miliarda lat (od 4 do 2,6 miliarda lat temu). Zdaniem autorów powstawanie jądra przebiegało dwuetapowo. Początkowo planeta była zimna i w jej głębinach nie wystąpiły żadne ruchy. Następnie został na tyle ogrzany w wyniku rozpadu radioaktywnego, że zaczął się topić. metaliczne żelazo. Zaczął gromadzić się w kierunku środka Ziemi, natomiast w wyniku różnicowania grawitacyjnego wyzwoliła się duża ilość ciepła, a proces oddzielania jądra tylko przyspieszył. Proces ten przebiegał tylko do pewnej głębokości, poniżej której substancja była tak lepka, że ​​żelazo nie mogło już tonąć. W rezultacie powstała gęsta (ciężka) pierścieniowa warstwa roztopionego żelaza i jego tlenku. Znajdował się nad lżejszą substancją pierwotnego „jądra” Ziemi.

Nasza planeta Ziemia ma strukturę warstwową i składa się z trzech głównych części: skorupy ziemskiej, płaszcza i jądra. Jakie jest centrum Ziemi? Rdzeń. Głębokość rdzenia wynosi 2900 km, a średnica około 3,5 tys. km. Wewnątrz panuje potworne ciśnienie wynoszące 3 miliony atmosfer i jest niewiarygodne wysoka temperatura- 5000°C. Naukowcom zajęło kilka stuleci, aby dowiedzieć się, co znajduje się w centrum Ziemi. Nawet nowoczesna technologia nie mógł przeniknąć głębiej niż dwanaście tysięcy kilometrów. Najgłębszy odwiert, znajdujący się na Półwyspie Kolskim, ma głębokość 12 262 metrów. To bardzo daleko od środka Ziemi.

Historia odkrycia jądra Ziemi

Jednym z pierwszych, który odgadł obecność jądra w centrum planety, był pod koniec XVIII wieku angielski fizyk i chemik Henry Cavendish. Używając eksperymenty fizyczne obliczył masę Ziemi i na podstawie jej rozmiarów wyznaczył średnią gęstość substancji naszej planety - 5,5 g/cm3. Gęstość znana skały a w skorupie ziemskiej było około dwa razy mniej minerałów. Doprowadziło to do logicznego założenia, że ​​w centrum Ziemi znajduje się obszar gęstszej materii – jądro.

W 1897 r. niemiecki sejsmolog E. Wichert, badając przejście fal sejsmologicznych przez wnętrze Ziemi, był w stanie potwierdzić założenie o obecności jądra. A w 1910 roku amerykański geofizyk B. Gutenberg określił głębokość jego położenia. Następnie narodziły się hipotezy dotyczące procesu powstawania jądra. Zakłada się, że powstała w wyniku osiadania cięższych pierwiastków w kierunku centrum i początkowo substancja planety była jednorodna (gazowa).

Z czego składa się rdzeń?

Badanie substancji, której próbki nie można pobrać w celu zbadania jej parametrów fizykochemicznych, jest dość trudne. Naukowcy muszą jedynie założyć istnienie pewnych właściwości, a także strukturę i skład jądra w oparciu o dowody pośrednie. Szczególnie pomocne w badaniach Struktura wewnętrzna Badania Ziemi dotyczące propagacji fal sejsmicznych. Sejsmografy zlokalizowane w wielu punktach powierzchni planety rejestrują prędkość i rodzaj przechodzących fal sejsmicznych powstałych na skutek wstrząsów skorupy ziemskiej. Wszystkie te dane pozwalają ocenić wewnętrzną strukturę Ziemi, w tym jej jądro.

W tej chwili naukowcy zakładają, że środkowa część planety jest niejednorodna. Co znajduje się w centrum Ziemi? Część przylegająca do płaszcza to płynny rdzeń składający się ze stopionej substancji. Podobno zawiera mieszaninę żelaza i niklu. Naukowcy doszli do tego pomysłu po badaniu meteorytów żelaznych, które są fragmentami jąder asteroid. Z drugiej strony powstałe stopy żelaza i niklu mają więcej duża gęstość niż oczekiwana gęstość rdzenia. Dlatego wielu naukowców jest skłonnych zakładać, że w centrum Ziemi, w jądrze, znajdują się lżejsze pierwiastki chemiczne.

Geofizycy wyjaśniają istnienie planety obecnością płynnego jądra i obrotem planety wokół własnej osi. pole magnetyczne. Wiadomo, że pole elektromagnetyczne wokół przewodnika powstaje podczas przepływu prądu. Stopiona warstwa przylegająca do płaszcza służy jako gigantyczny przewodnik przewodzący prąd.

Wnętrze Jądro, pomimo temperatury kilku tysięcy stopni, jest substancją stałą. Dzieje się tak dlatego, że ciśnienie w centrum planety jest tak wysokie, że gorące metale stają się stałe. Niektórzy naukowcy sugerują, że stały rdzeń składa się z wodoru, który pod wpływem niesamowitego ciśnienia i ogromnej temperatury staje się jak metal. Dlatego nawet geofizycy nadal nie wiedzą na pewno, gdzie znajduje się środek Ziemi. Jeśli jednak rozważymy tę kwestię z matematycznego punktu widzenia, możemy powiedzieć, że środek Ziemi znajduje się w odległości około 6378 km. z powierzchni planety.

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

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 unoszącymi się nad nimi oceanami wodnymi skorupa Ziemska, który leży 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 pomieścić dużych ilości wodoru i helu.

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 elementem jądra Ziemi. Ale zaskakujące może być to, co pomiędzy twardy rdzeń a stały płaszcz to 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 znajduje się 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 odpowiednie badania, które mogą ujawnić odpowiedź! 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.

Ziemia, podobnie jak inne ciała Układu Słonecznego, powstała z chmury zimnego gazu i pyłu w wyniku akrecji cząstek składowych. Po pojawieniu się planety zaczęło się całkowicie Nowa scena jego rozwój, który w nauce nazywa się zwykle przedgeologicznym.
Nazwa tego okresu wynika z faktu, że najwcześniejsze dowody przeszłych procesów - skały magmowe lub wulkaniczne - nie są starsze niż 4 miliardy lat. Dziś mogą je badać tylko naukowcy.
Przedgeologiczny etap rozwoju Ziemi wciąż kryje wiele tajemnic. Obejmuje okres 0,9 miliarda lat i charakteryzuje się powszechnym wulkanizmem na planecie z uwolnieniem gazów i pary wodnej. W tym czasie rozpoczął się proces podziału Ziemi na jej główne powłoki - jądro, płaszcz, skorupę i atmosferę. Zakłada się, że ten proces zostało spowodowane intensywnym bombardowaniem naszej planety meteorytami i stopieniem jej poszczególnych części.
Jeden z kluczowe wydarzenia w historii Ziemi było utworzenie jej wewnętrznego jądra. Prawdopodobnie miało to miejsce na przedgeologicznym etapie rozwoju planety, kiedy cała materia została podzielona na dwie główne geosfery – jądro i płaszcz.
Niestety, nie istnieje jeszcze wiarygodna teoria dotycząca powstania jądra Ziemi, która zostałaby potwierdzona poważnymi informacjami i dowodami naukowymi. Jak powstało jądro Ziemi? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przedstawiają dwie główne hipotezy.
Według pierwszej wersji materia zaraz po powstaniu Ziemi była jednorodna.
Składał się w całości z mikrocząstek, które można dziś zaobserwować w meteorytach. Jednak po pewnym czasie ta pierwotna jednorodna masa podzieliła się na ciężki rdzeń, do którego wpłynęło całe żelazo, oraz lżejszy płaszcz krzemianowy. Innymi słowy, krople stopionego żelaza i towarzyszący im ciężki związki chemiczne osiadł w centrum naszej planety i utworzył tam rdzeń, który do dziś pozostaje w dużej mierze stopiony. Jak ciężkie elementy skierowany do środka Ziemi, wręcz przeciwnie, lekkie żużle unosiły się w górę - do zewnętrznych warstw planety. Obecnie te lekkie pierwiastki tworzą górny płaszcz i skorupę.
Dlaczego nastąpiło takie zróżnicowanie materii? Uważa się, że bezpośrednio po zakończeniu procesu jej powstawania Ziemia zaczęła się intensywnie nagrzewać, przede wszystkim na skutek energii uwalnianej podczas grawitacyjnej akumulacji cząstek, a także na skutek energii rozpadu radioaktywnego poszczególnych substancji chemicznych. elementy.
Dodatkowe nagrzewanie planety i powstawanie stopu żelaza i niklu, który ze względu na jego znaczne środek ciężkości stopniowo opadał w kierunku środka Ziemi, czemu sprzyjało rzekome bombardowanie meteorytami.
Hipoteza ta napotyka jednak pewne trudności. Na przykład nie jest do końca jasne, w jaki sposób stop żelaza i niklu, nawet w stanie ciekłym, był w stanie przebyć ponad tysiąc kilometrów i dotrzeć w rejon jądra planety.
Zgodnie z drugą hipotezą, jądro Ziemi powstało z meteorytów żelaznych, które zderzyły się z powierzchnią planety, a później porosło krzemianową skorupą meteorytów kamiennych i utworzyło płaszcz.

Hipoteza ta ma poważny błąd. W tej sytuacji w przestrzeń kosmiczna meteoryty żelazne i kamienne muszą istnieć osobno. Współczesne badania pokazują, że meteoryty żelazne mogły powstać jedynie w głębinach planety, która uległa rozpadowi pod znacznym ciśnieniem, to znaczy po uformowaniu się naszego Układu Słonecznego i wszystkich planet.
Pierwsza wersja wydaje się bardziej logiczna, gdyż przewiduje dynamiczną granicę pomiędzy jądrem Ziemi a płaszczem. Oznacza to, że proces podziału materii pomiędzy nimi może trwać na planecie bardzo długo. przez długi czas, wywierając tym samym ogromny wpływ na dalszą ewolucję Ziemi.
Jeśli więc za podstawę przyjmiemy pierwszą hipotezę o powstaniu jądra planety, proces różnicowania się materii trwał około 1,6 miliarda lat. Dzięki zróżnicowaniu grawitacyjnemu i rozpadowi radioaktywnemu zapewnione zostało oddzielenie materii.
Ciężkie pierwiastki opadały tylko na głębokość, poniżej której substancja była tak lepka, że ​​żelazo nie mogło już tonąć. W wyniku tego procesu powstała bardzo gęsta i ciężka pierścieniowa warstwa roztopionego żelaza i jego tlenku. Znajdował się nad lżejszą materią pierwotnego jądra naszej planety. Następnie ze środka Ziemi wyciśnięto lekką substancję krzemianową. Co więcej, został przesunięty na równiku, co mogło oznaczać początek asymetrii planety.
Zakłada się, że podczas formowania się żelaznego jądra Ziemi nastąpiło znaczne zmniejszenie objętości planety, w wyniku czego obecnie zmniejszyła się jej powierzchnia. Lekkie pierwiastki i ich związki, które „wypłynęły” na powierzchnię, utworzyły cienką pierwotną skorupę, która, podobnie jak wszystkie planety, składała się z grupa naziemna z bazaltów wulkanicznych, przykrytych grubą warstwą osadów.
Nie jest jednak możliwe znalezienie żywych dowodów geologicznych na przeszłe procesy związane z powstawaniem jądra i płaszcza Ziemi. Jak już wspomniano, najstarsze skały na Ziemi mają około 4 miliardów lat. Najprawdopodobniej na początku ewolucji planety, pod wpływem wysokich temperatur i ciśnień, pierwotne bazalty przekształciły się, stopiły i przekształciły w znane nam skały granitowo-gnejsowe.
Jaki jest rdzeń naszej planety, który prawdopodobnie powstał na najwcześniejszych etapach rozwoju Ziemi? Składa się z powłoki zewnętrznej i wewnętrznej. Według założeń naukowych na głębokości 2900-5100 km znajduje się jądro zewnętrzne, które w swojej właściwości fizyczne zbliża się do cieczy.
Zewnętrzny rdzeń to strumień stopionego żelaza i niklu, który dobrze przewodzi prąd elektryczny. To właśnie z tym jądrem naukowcy kojarzą pochodzenie ziemskiego pola magnetycznego. Pozostałą odległość 1270 km od centrum Ziemi zajmuje jądro wewnętrzne, które składa się w 80% z żelaza i 20% z dwutlenku krzemu.
Jądro wewnętrzne jest twarde i gorące. Jeśli część zewnętrzna jest bezpośrednio połączona z płaszczem, wówczas wewnętrzne jądro Ziemi istnieje samodzielnie. Pomimo swojej twardości wysokie temperatury, zapewnia gigantyczne ciśnienie w centrum planety, które może osiągnąć 3 miliony atmosfer.
W rezultacie wiele pierwiastków chemicznych przechodzi w stan metaliczny. Dlatego zasugerowano nawet, że wewnętrzne jądro Ziemi składa się z metalicznego wodoru.
Gęsty rdzeń wewnętrzny ma poważny wpływ na życie naszej planety. Koncentruje się w nim planetarne pole grawitacyjne, które zapobiega rozproszeniu lekkich powłok gazowych, hydrosfery i geosfery Ziemi.
Prawdopodobnie takie pole było charakterystyczne dla jądra od momentu powstania planety, niezależnie od tego, co wtedy było skład chemiczny i struktura. Przyczyniło się to do kurczenia się powstałych cząstek w kierunku środka.
Jednak najważniejsze są pochodzenie jądra i badanie wewnętrznej struktury Ziemi aktualny problem dla naukowców ściśle zaangażowanych w badanie historii geologicznej naszej planety. Do ostatecznego rozwiązania tej kwestii jeszcze daleka droga. Aby uniknąć różnych sprzeczności, w nowoczesna nauka przyjęto hipotezę, że proces powstawania jądra zaczął zachodzić jednocześnie z powstawaniem Ziemi.