هسته زمین مایع یا جامد است. چرا هسته زمین سرد نمی شود؟ هسته زمین چگونه تشکیل شد؟

چرا هسته زمین سرد نمی شود و به مدت 4.5 میلیارد سال تا دمای 6000 درجه سانتیگراد گرم می شود؟ این سوال بسیار پیچیده است، که علاوه بر این، علم نمی تواند یک پاسخ قابل فهم 100٪ دقیق به آن بدهد. با این حال، دلایل عینی برای این وجود دارد.

رمز و راز بیش از حد

بیش از حد، به اصطلاح، رمز و راز هسته زمین با دو عامل همراه است. اولا، هیچ کس با اطمینان نمی داند که چگونه، چه زمانی و در چه شرایطی شکل گرفته است - این اتفاق در هنگام شکل گیری زمین اولیه یا در حال حاضر رخ داده است. مراحل اولیهوجود یک سیاره تشکیل شده همه یک راز بزرگ است. ثانیاً، گرفتن نمونه از هسته زمین کاملاً غیرممکن است - مطمئناً هیچ کس نمی داند از چه چیزی تشکیل شده است. علاوه بر این، تمام داده هایی که در مورد هسته می دانیم با روش ها و مدل های غیر مستقیم جمع آوری شده است.

چرا هسته زمین داغ می ماند؟

برای اینکه بفهمید چرا هسته زمین برای مدت طولانی سرد نمی شود، ابتدا باید بفهمید که چه چیزی باعث گرم شدن آن شده است. روده های ما، مانند هر سیاره دیگری، ناهمگن هستند، آنها لایه های نسبتاً مشخصی با چگالی های مختلف هستند. اما همیشه اینطور نبود: عناصر سنگین به آرامی پایین آمدند و هسته درونی و بیرونی را تشکیل دادند، عناصر سبک به زور به سمت بالا خارج شدند و گوشته و پوسته زمین را تشکیل دادند. این فرآیند بسیار کند پیش می رود و با انتشار گرما همراه است. با این حال، این دلیل اصلی گرمایش نبود. کل جرم زمین نیروی عظیمبر مرکز آن فشار می آورد و فشار فوق العاده ای در حدود 360 گیگا پاسکال (3.7 میلیون اتمسفر) ایجاد می کند که در نتیجه تجزیه عناصر رادیواکتیو با عمر طولانی موجود در هسته آهن-سیلیکون- نیکل شروع به رخ دادن کرد که با عظیمی همراه بود. انتشار گرما

یک منبع اضافی گرمایش انرژی جنبشی تولید شده در نتیجه اصطکاک بین لایه های مختلف است (هر لایه مستقل از دیگری می چرخد): هسته داخلی با بیرون و بیرون با گوشته.

روده های سیاره (نسبت ها برآورده نمی شود). اصطکاک بین سه لایه داخلی خدمت می کند منبع اضافیگرمایش

با توجه به مطالب فوق می توان نتیجه گرفت که زمین و به ویژه روده های آن دستگاهی خودکفا هستند که خود را گرم می کنند. اما نمی تواند تا ابد به طور طبیعی ادامه یابد: ذخایر عناصر رادیواکتیو درون هسته به آرامی در حال ناپدید شدن هستند و چیزی برای حفظ دما باقی نخواهد ماند.

هوا داره سرد میشه!

در واقع، فرآیند خنک‌سازی از مدت‌ها قبل آغاز شده است، اما بسیار کند پیش می‌رود - کسری از یک درجه در هر قرن. بر اساس برآوردهای تقریبی، حداقل 1 میلیارد سال طول می کشد تا هسته به طور کامل خنک شود و واکنش های شیمیایی و دیگر در آن متوقف شود.

جواب کوتاه:زمین و به ویژه هسته زمین یک ماشین خودکفا است که خودش را گرم می کند. کل جرم سیاره به مرکز آن فشار می آورد و فشار خارق العاده ای ایجاد می کند و در نتیجه فرآیند فروپاشی عناصر رادیواکتیو آغاز می شود که در نتیجه گرما آزاد می شود.

مردم زمین را پر کردند. ما سرزمین ها را فتح کردیم، در هوا پرواز کردیم، به اعماق اقیانوس شیرجه زدیم. حتی به ماه هم رفتیم. اما ما هرگز به هسته این سیاره نرسیده ایم. ما حتی به او نزدیک نشدیم. نقطه مرکزی زمین 6000 کیلومتر پایین تر است و حتی دورترین قسمت هسته 3000 کیلومتر زیر پای ما قرار دارد. عمیق‌ترین حفره‌ای که روی سطح ایجاد کرده‌ایم، و حتی پس از آن به عمق 12.3 کیلومتری غم‌انگیز می‌رود.

تمام رویدادهای شناخته شده روی زمین نزدیک به سطح زمین اتفاق می افتد. گدازه هایی که از آتشفشان ها فوران می کنند ابتدا در عمق چند صد کیلومتری ذوب می شوند. حتی الماس‌هایی که برای شکل‌گیری به گرما و فشار شدید نیاز دارند، در سنگ‌هایی در عمق بیش از 500 کیلومتری متولد می‌شوند.

همه چیز در زیر پوشیده از رمز و راز است. دست نیافتنی به نظر می رسد و با این حال ما چیزهای جالب زیادی در مورد هسته خود می دانیم. ما حتی ایده ای از چگونگی شکل گیری آن در میلیاردها سال پیش داریم - همه بدون یک الگوی فیزیکی واحد. چگونه توانستیم این همه چیز درباره هسته زمین بیاموزیم؟

سیمون ردفرن از دانشگاه کمبریج در بریتانیا می گوید ابتدا باید به دقت در مورد جرم زمین فکر کنید. ما می توانیم جرم زمین را با مشاهده تأثیر گرانش سیاره بر روی اجرام روی سطح تخمین بزنیم. معلوم شد که جرم زمین 5.9 600000000000 تن است: این 59 و بعد از آن بیست صفر است.

اما هیچ نشانه ای از چنین جرمی در سطح وجود ندارد.

ردفرن می‌گوید: چگالی مواد روی سطح زمین بسیار کمتر از چگالی متوسط کل زمین است که به ما می‌گوید چگالی‌تر وجود دارد. - این اولین است.

اساسا، بیشترجرم زمین باید به سمت مرکز سیاره قرار گیرد. مرحله بعدی این است که بفهمیم هسته از چه مواد سنگینی ساخته شده است. و تقریباً به طور کامل از آهن تشکیل شده است. با این حال، 80٪ از هسته آهن است رقم دقیقهنوز باید کشف شود

شواهد اصلی این امر، وجود مقدار عظیم آهن در جهان اطراف ما است. این یکی از ده عنصر رایج در کهکشان ما است و همچنین اغلب در شهاب سنگ ها یافت می شود. با همه اینها، آهن بسیار کمتری در سطح زمین وجود دارد که انتظار می رود. بر اساس این نظریه، زمانی که زمین در 4.5 میلیارد سال پیش شکل گرفت، مقدار زیادی آهن به سمت هسته جریان پیدا کرد.

بیشتر جرم در آنجا متمرکز است، به این معنی که آهن باید آنجا باشد. آهن نیز در شرایط عادی یک عنصر نسبتاً متراکم است و تحت فشار شدید در هسته زمین، حتی متراکم تر خواهد بود. یک هسته آهنی می تواند تمام جرم از دست رفته را تشکیل دهد.

اما صبر کن آهن چطور به آنجا رسید؟ آهن باید به نحوی جذب شود - در به معنای واقعی کلمه- به مرکز زمین. اما اکنون این اتفاق نمی افتد.

بیشتر قسمت های دیگر زمین از سنگ ها - سیلیکات ها - ساخته شده است و آهن مذاب به سختی از آنها عبور می کند. همانطور که آب قطرات را روی یک سطح چرب تشکیل می دهد، آهن در مخازن کوچک جمع می شود و از پخش شدن و ریختن خودداری می کند.

یک راه حل ممکن در سال 2013 توسط وندی مائو از دانشگاه استنفورد و همکارانش کشف شد. آنها تعجب کردند که وقتی آهن و سیلیکات در عمق زمین تحت فشار شدید قرار می گیرند چه اتفاقی می افتد.

با فشرده کردن محکم هر دو ماده با الماس، دانشمندان توانستند آهن مذاب را از طریق سیلیکات عبور دهند. مائو می گوید: «این فشار به طور قابل توجهی خواص برهمکنش آهن با سیلیکات ها را تغییر می دهد. - در فشار بالا، "شبکه ذوب" تشکیل می شود.

این ممکن است نشان دهد که آهن به تدریج طی میلیون‌ها سال از میان سنگ‌های زمین می‌لغزد تا زمانی که به هسته می‌رسد.

در این مرحله، ممکن است بپرسید: واقعاً چگونه اندازه هسته را بدانیم؟ چرا دانشمندان معتقدند که از فاصله 3000 کیلومتری شروع می شود؟ تنها یک پاسخ وجود دارد: زلزله شناسی.

هنگامی که زمین لرزه رخ می دهد، امواج شوکی را به سراسر سیاره می فرستد. زلزله شناسان این ارتعاشات را ثبت می کنند. انگار با یک چکش غول پیکر به یک طرف سیاره ضربه می زنیم و از طرف دیگر به سر و صدا گوش می دهیم.

ردفرن می‌گوید: «در دهه 1960 زلزله‌ای در شیلی روی داد که حجم عظیمی از داده‌ها را به ما داد. تمامی ایستگاه های لرزه نگاری اطراف زمین تکان های این زمین لرزه را ثبت کردند.

بسته به مسیر این نوسانات، آنها از نقاط مختلف زمین می گذرند و این بر نوع "صدایی" آنها در انتهای دیگر تأثیر می گذارد.

در اوایل تاریخ لرزه شناسی، مشخص شد که برخی از ارتعاشات وجود ندارد. این "امواج S" پس از سرچشمه گرفتن در یک انتهای زمین، انتظار می رفت که در انتهای دیگر زمین دیده شوند، اما اینطور نبود. دلیل این کار این ساده است. امواج S از طریق مواد جامد طنین انداز می شوند و نمی توانند در مایع حرکت کنند.

آنها باید به چیزی مذاب در مرکز زمین برخورد کرده باشند. پس از ترسیم مسیرهای امواج S، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در عمق حدود 3000 کیلومتری، سنگ ها به مایع تبدیل می شوند. این همچنین نشان می دهد که کل هسته مذاب است. اما زلزله شناسان در این ماجرا شگفتی دیگری داشتند.

در دهه 1930، اینگه لمان، زلزله شناس دانمارکی کشف کرد که نوع دیگری از موج، امواج P، به طور غیرمنتظره ای از هسته عبور کرده و در طرف دیگر سیاره یافت شده است. بلافاصله فرض شد که هسته به دو لایه تقسیم شده است. هسته "درونی" که از 5000 کیلومتری پایین تر شروع می شود، جامد بود. فقط هسته "خارجی" ذوب می شود.

ایده Lehman در سال 1970 تأیید شد، زمانی که لرزه نگارهای حساس تر نشان دادند که امواج P واقعاً از هسته عبور می کنند و در برخی موارد، در زوایای خاصی از آن منعکس می شوند. جای تعجب نیست که آنها در آن سوی کره زمین قرار می گیرند.

امواج شوک فراتر از زمین لرزه ها را در سراسر زمین ارسال می کنند. در واقع زلزله شناسان مدیون توسعه هستند سلاح های هسته ای.

انفجار هسته‌ای نیز امواجی را در زمین ایجاد می‌کند، بنابراین دولت‌ها برای کمک در طول آزمایش تسلیحات هسته‌ای به زلزله‌شناسان مراجعه می‌کنند. در حین جنگ سردبسیار مهم بود، بنابراین زلزله شناسانی مانند لمان از حمایت زیادی برخوردار شدند.

کشورهای رقیب در مورد توانایی های هسته ای یکدیگر یاد می گرفتند و به موازات آن، ما بیشتر و بیشتر در مورد هسته زمین یاد می گرفتیم. امروزه هنوز از لرزه‌شناسی برای شناسایی انفجارهای هسته‌ای استفاده می‌شود.

اکنون می‌توانیم تصویری تقریبی از ساختار زمین ترسیم کنیم. یک هسته بیرونی مذاب وجود دارد که از نیمه راه تا مرکز سیاره شروع می شود و درون آن یک هسته داخلی جامد با قطر حدود 1220 کیلومتر وجود دارد.

سوالات کمتری از این موضوع وجود ندارد، به خصوص در مورد موضوع هسته داخلی. مثلا چقدر گرمه؟ لیدونکا ووکادلو از دانشگاه کالج لندن در بریتانیا می‌گوید کشف این موضوع کار آسانی نبوده است و دانشمندان برای مدت طولانی در حال بررسی مغزشان بوده‌اند. ما نمی توانیم دماسنج را در آنجا بچسبانیم، بنابراین تنها نوع ممکن- ایجاد فشار مورد نظر در آزمایشگاه است.

در شرایط عادیآهن در 1538 درجه ذوب می شود

در سال 2013، گروهی از دانشمندان فرانسوی بهترین تخمین را تا به امروز ارائه کردند. آنها آهن خالص را تحت فشار نصف فشاری که در هسته است، قرار دادند و از این شروع کردند. نقطه ذوب آهن خالص در هسته تقریباً 6230 درجه است. وجود مواد دیگر ممکن است نقطه ذوب را کمی تا 6000 درجه کاهش دهد. اما هنوز گرمتر از سطح خورشید است.

هسته زمین که نوعی سیب زمینی سرخ شده در پوست آنها است، به لطف گرمای باقی مانده از شکل گیری سیاره، داغ باقی می ماند. همچنین گرما را از اصطکاک ایجاد شده در اثر حرکت مواد متراکم و همچنین فروپاشی عناصر رادیواکتیو استخراج می کند. هر میلیارد سال حدود 100 درجه سانتیگراد سرد می شود.

دانستن این دما مفید است زیرا بر سرعت حرکت ارتعاشات در هسته تأثیر می گذارد. و این راحت است، زیرا چیزی عجیب در این ارتعاشات وجود دارد. امواج P به طور شگفت انگیزی به آرامی در هسته داخلی حرکت می کنند - کندتر از زمانی که از آهن خالص ساخته شده بود.

ووکادلو می‌گوید: «سرعت‌های موجی که زلزله‌شناسان در زمین‌لرزه‌ها اندازه‌گیری کرده‌اند، بسیار کمتر از شبیه‌سازی‌های تجربی یا رایانه‌ای است. "هنوز هیچکس نمی داند چرا اینطور است."

بدیهی است که ماده دیگری با آهن مخلوط شده است. احتمالا نیکل اما دانشمندان محاسبه کردند که امواج لرزه ای چگونه باید از میان آلیاژ آهن نیکل عبور کنند و نتوانستند محاسبات را با مشاهدات مطابقت دهند.

ووکادلو و همکارانش در حال حاضر در حال بررسی وجود عناصر دیگری مانند گوگرد و سیلیکون در هسته هستند. تاکنون هیچ کس نتوانسته نظریه ای درباره ترکیب هسته درونی ارائه دهد که همه را راضی کند. مشکل سیندرلا: کفش به هیچکس نمی خورد. Vocadlo سعی می کند با مواد هسته داخلی کامپیوتر آزمایش کند. او امیدوار است که ترکیبی از مواد، دما و فشار را بیابد که امواج لرزه ای را به میزان مناسب کاهش دهد.

او می گوید راز ممکن است در این واقعیت باشد که هسته داخلی تقریباً در نقطه ذوب خود است. در نتیجه، خواص دقیق مواد ممکن است با خواص یک ماده کاملا جامد متفاوت باشد. همچنین می تواند توضیح دهد که چرا امواج لرزه ای کندتر از حد انتظار حرکت می کنند.

ووکادلو می‌گوید: «اگر این اثر واقعی باشد، می‌توانیم نتایج فیزیک کانی‌ها را با نتایج زلزله‌شناسی تطبیق دهیم. مردم هنوز نمی توانند این کار را انجام دهند.

هنوز رازهای زیادی در ارتباط با هسته زمین وجود دارد که هنوز حل نشده است. اما دانشمندان قادر به شیرجه رفتن به این اعماق غیرقابل تصور نیستند و به این شاهکار دست می یابند که هزاران کیلومتر زیر ما چیست. بررسی فرآیندهای پنهان درون زمین بسیار مهم است. زمین دارای میدان مغناطیسی قدرتمندی است که به دلیل هسته نیمه مذاب ایجاد می شود. حرکت مداوم هسته مذاب جریان الکتریکی را در داخل سیاره ایجاد می کند و به نوبه خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند که به فضا می رسد.

این میدان مغناطیسی از ما در برابر تشعشعات مضر خورشید محافظت می کند. اگر هسته زمین آن چیزی که هست نبود، وجود نداشت میدان مغناطیسی، و ما به طور جدی از این آسیب خواهیم دید. بعید است که هیچ یک از ما بتوانیم هسته را با چشمان خود ببینیم، اما خوب است فقط بدانیم که وجود دارد.

پس از انداختن کلیدها در جریان گدازه مذاب، با آنها خداحافظی کنید، زیرا، خوب، رفیق، آنها همه چیز هستند.
- جک هندی

با نگاهی به سیاره اصلی خود، می توانید ببینید که 70 درصد سطح آن با آب پوشیده شده است.

همه ما می دانیم که چرا چنین است: زیرا اقیانوس های زمین از سنگ ها و گل هایی که زمین را تشکیل می دهند بالا می روند. مفهوم شناوری، که در آن اجسام با چگالی کمتر بر روی اجسام متراکم تر که در زیر فرو می روند، شناور می شوند، بسیار بیشتر از اقیانوس ها را توضیح می دهد.

همان اصل که توضیح می‌دهد چرا یخ در آب شناور است، یک بالن هلیوم در جو بالا می‌آید و سنگ‌ها در دریاچه فرو می‌روند، توضیح می‌دهد که چرا لایه‌های سیاره زمین به شکلی که هستند چیده شده‌اند.

کم‌تراکم‌ترین بخش زمین، جو، بالای اقیانوس‌های آبی شناور است که بالای پوسته زمین شناور است، که بالای گوشته چگال‌تر است که در متراکم‌ترین قسمت زمین فرو نمی‌رود: پوسته.

در حالت ایده‌آل، پایدارترین حالت زمین حالتی است که در حالت ایده‌آل مانند یک پیاز، با متراکم‌ترین عناصر در مرکز، لایه‌بندی شود، و همانطور که به سمت بیرون حرکت می‌کنید، هر لایه متوالی از عناصر کم‌تر تشکیل می‌شود. و هر زلزله در واقع سیاره را به سمت آن حالت حرکت می دهد.

و این ساختار نه تنها زمین، بلکه تمام سیارات را توضیح می دهد، اگر به خاطر داشته باشید که این عناصر از کجا آمده اند.

زمانی که جهان جوان بود - فقط چند دقیقه - فقط هیدروژن و هلیوم وجود داشت. عناصر سنگین بیشتر و بیشتری در ستارگان ایجاد می‌شدند و تنها زمانی که این ستارگان مردند، عناصر سنگین به کیهان رفتند و به نسل‌های جدیدی از ستارگان اجازه تشکیل دادند.

اما این بار، مخلوط همه این عناصر - نه تنها هیدروژن و هلیوم، بلکه کربن، نیتروژن، اکسیژن، سیلیکون، منیزیم، گوگرد، آهن و غیره - نه تنها یک ستاره، بلکه یک دیسک پیش سیاره ای را نیز در اطراف این ستاره تشکیل می دهد.

فشار از درون به بیرون در ستاره در حال شکل گیری، عناصر سبک تر را به بیرون رانده می کند و گرانش باعث می شود که بی نظمی در دیسک فرو بریزد و سیارات را تشکیل دهد.

چه زمانی منظومه شمسیچهار جهان درونی متراکم‌ترین سیاره‌های منظومه هستند. عطارد از متراکم ترین عناصری تشکیل شده است که نمی توانند نگه دارند تعداد زیادی ازهیدروژن و هلیوم

سیارات دیگر، پرجرم تر و دورتر از خورشید (و در نتیجه تابش کمتری دریافت می کنند)، قادر به نگهداری بیشتر این عناصر فوق سبک بودند - غول های گازی اینگونه شکل گرفتند.

در تمام دنیاها، مانند زمین، به طور متوسط، متراکم ترین عناصر در هسته متمرکز می شوند، در حالی که ریه ها به تدریج لایه های متراکم کمتری در اطراف آن تشکیل می دهند.

جای تعجب نیست که آهن، پایدارترین عنصر، و سنگین ترین عنصری که به مقدار زیاد در لبه ابرنواخترها ایجاد می شود، فراوان ترین عنصر در هسته زمین است. اما شاید به طرز شگفت انگیزی، بین هسته جامد و گوشته جامد، یک لایه مایع با ضخامت بیش از 2000 کیلومتر قرار دارد: هسته بیرونی زمین.

زمین دارای یک لایه مایع ضخیم است که حاوی 30 درصد جرم سیاره است! و ما در مورد وجود آن با روشی مبتکرانه - به لطف امواج لرزه ای ناشی از زلزله - یاد گرفتیم!

امواج لرزه ای دو نوع در زلزله ایجاد می شوند: امواج فشاری اصلی که به عنوان موج P شناخته می شود و از مسیر طولی عبور می کنند.

و یک موج برشی دوم که به موج S معروف است، شبیه امواج روی سطح دریا.

ایستگاه های لرزه نگاری در سرتاسر جهان قادر به گرفتن امواج P و S هستند، اما امواج S از مایع عبور نمی کنند و امواج P نه تنها از مایع عبور می کنند، بلکه شکسته می شوند!

در نتیجه می توان فهمید که زمین یک هسته بیرونی مایع دارد که خارج از آن یک گوشته جامد وجود دارد و در داخل - یک هسته داخلی جامد! به همین دلیل است که هسته زمین حاوی سنگین ترین و متراکم ترین عناصر است و از این طریق می دانیم که هسته بیرونی یک لایه مایع است.

اما چرا هسته بیرونی مایع است؟ مانند همه عناصر، حالت آهن، اعم از جامد، مایع، گاز یا غیره، به فشار و دمای آهن بستگی دارد.

آهن عنصری پیچیده تر از بسیاری از مواردی است که شما با آن آشنا هستید. البته، همانطور که در نمودار نشان داده شده است، می تواند جامدات کریستالی مختلفی داشته باشد، اما ما علاقه ای به فشارهای معمولی نداریم. ما در حال فرود آمدن به هسته زمین هستیم، جایی که فشار یک میلیون برابر بیشتر از سطح دریا است. و نمودار فاز برای چنین فشارهای بالایی چگونه است؟

زیبایی علم در این است که حتی اگر بلافاصله پاسخی برای یک سوال نداشته باشید، احتمال این وجود دارد که کسی قبلاً تحقیق درستی را انجام داده باشد تا بتواند پاسخ را پیدا کند! در این مورد، آرنس، کالینز و چن در سال 2001 پاسخ سوال ما را پیدا کردند.

و اگرچه نمودار فشارهای غول پیکر را تا 120 گیگا پاسکال نشان می دهد، مهم است که به یاد داشته باشید که فشار جو فقط 0.0001 گیگا پاسکال است، در حالی که فشار در هسته داخلی به 330-360 گیگا پاسکال می رسد. خط جامد بالا مرز بین آهن ذوب (بالا) و آهن جامد (پایین) را نشان می دهد. آیا متوجه شده اید که چگونه خط ثابت در انتهای آن یک چرخش شدید به سمت بالا ایجاد می کند؟

برای اینکه آهن در فشار 330 گیگا پاسکال ذوب شود، به دمای بسیار بالایی نیاز است که با دمایی که بر روی سطح خورشید وجود دارد، قابل مقایسه است. همین دماها در فشارهای پایین تر، آهن را به راحتی در حالت مایع و در فشارهای بالاتر در حالت جامد حفظ می کند. این از نظر هسته زمین به چه معناست؟

این بدان معنی است که با سرد شدن زمین، دمای داخلی آن کاهش می یابد، در حالی که فشار بدون تغییر باقی می ماند. یعنی در زمان شکل گیری زمین به احتمال زیاد تمام هسته مایع بوده و با سرد شدن هسته داخلی رشد می کند! و در این فرآیند، از آنجایی که آهن جامد چگالی بالاتری نسبت به آهن مایع دارد، زمین به آرامی در حال کوچک شدن است که منجر به زلزله می شود!

بنابراین هسته زمین مایع است زیرا به اندازه کافی گرم است که آهن را ذوب کند، اما فقط در مناطقی که فشار به اندازه کافی کم است. با افزایش سن و سرد شدن زمین، هسته بیشتر و بیشتر جامد می شود و بنابراین زمین کمی کوچک می شود!

اگر بخواهیم به آینده‌ای دور نگاه کنیم، می‌توانیم منتظر همان ویژگی‌هایی باشیم که در عطارد مشاهده می‌شود.

عطارد به دلیل اندازه کوچکش قبلاً به میزان قابل توجهی سرد و منقبض شده است و به دلیل نیاز به انقباض در اثر سرد شدن دچار شکستگی هایی به طول صدها کیلومتر شده است.

پس چرا زمین یک هسته مایع دارد؟ چون هنوز خنک نشده و هر زمین لرزه تقریب کوچکی از زمین به حالت نهایی، سرد شده و جامد است. اما نگران نباشید، خورشید مدت‌ها قبل از آن منفجر می‌شود و هرکسی که می‌شناسید برای مدتی طولانی مرده خواهد بود.

20321 0

دانشمندان با استفاده از ترکیبی ظریف از شتاب دهنده های ذرات، اشعه ایکس، لیزرهای با شدت بالا، الماس و اتم های آهن توانسته اند دمای هسته داخلی سیاره ما را محاسبه کنند.

طبق محاسبات جدید 6000 درجه سانتیگراد است که هزار درجه بالاتر از آنچه قبلا تصور می شد.

بنابراین، هسته سیاره زمین دمای بالاتری نسبت به سطح خورشید دارد.

داده‌های جدید ممکن است مستلزم بازنگری در حقایقی باشد که در زمینه‌های دانشی مانند ژئوفیزیک، زلزله‌شناسی، ژئودینامیک و سایر رشته‌های متمرکز بر مطالعه سیاره غیرقابل انکار هستند.

از سطح به پایین، زمین از یک پوسته، یک گوشته فوقانی جامد، سپس یک گوشته عمدتاً جامد، یک هسته بیرونی از آهن و نیکل مذاب و یک هسته داخلی از آهن جامد و نیکل تشکیل شده است. هسته بیرونی به دلیل دمای بالا در حالت مایع است، اما فشار بیشتر در هسته داخلی مانع از ذوب شدن سنگ می شود.

فاصله سطح زمین تا مرکز زمین 6371 کیلومتر است. ضخامت پوسته 35 کیلومتر، گوشته 2855 کیلومتر است. در پس زمینه چنین فواصل، چاه فوق عمیق کولا با عمق 12 کیلومتر مانند یک چیز کوچک به نظر می رسد. در اصل، ما هیچ چیز مطمئنی در مورد آنچه در زیر پوسته اتفاق می افتد نمی دانیم. همه داده‌های ما بر اساس امواج لرزه‌ای زمین‌لرزه‌هایی است که از لایه‌های مختلف زمین پرتاب می‌شوند و خرده‌های رقت‌انگیز که از اعماق درون به سطح می‌افتند، مانند ماگمای آتشفشانی.

طبیعتاً دانشمندان با کمال میل یک چاه را تا هسته حفر می کنند، اما با سطح فعلی توسعه فناوری، این کار ممکن نیست. در حال حاضر در دوازده کیلومتری، حفاری چاه کولا باید متوقف می شد، زیرا دما در چنین عمقی 180 درجه است.

در پانزده کیلومتری دمای 300 درجه پیش‌بینی می‌شود و با آن دکل‌های حفاری مدرن نمی‌توانند کار کنند. و حتی بیشتر از آن، اکنون هیچ فناوری وجود ندارد که امکان حفاری در گوشته را در محدوده دمایی 500-4000 درجه فراهم کند. ما نباید جنبه عملی موضوع را فراموش کنیم: هیچ نفتی خارج از پوسته وجود ندارد، بنابراین ممکن است کسی مایل به سرمایه گذاری در تلاش برای ایجاد چنین فناوری هایی نباشد.

برای محاسبه دما در هسته داخلی، محققان فرانسوی تمام تلاش خود را کرده اند تا دما و فشار فوق العاده بالای هسته را در آزمایشگاه بازسازی کنند. شبیه سازی فشار سخت ترین کار است: در این عمق به مقدار 330 گیگا پاسکال می رسد که سه میلیون برابر بیشتر از فشار اتمسفر است.

برای حل آن از سلولی با سندان الماس استفاده شد. از دو الماس مخروطی تشکیل شده است که از دو طرف در ناحیه ای با قطر کمتر از یک میلی متر بر روی مواد اثر می گذارند. بنابراین، فشار 200 گیگا پاسکال به نمونه آهن اعمال شد. سپس آهن با لیزر حرارت داده شد و تحت آنالیز پراش اشعه ایکس قرار گرفت تا انتقال از جامد به مایع در این شرایط مشاهده شود. در نهایت، دانشمندان نتایج خود را برای فشار 330 گیگا پاسکال تنظیم کردند که در نتیجه دمای پوشش هسته داخلی 5957 مثبت یا منفی 500 درجه بود. در داخل خود هسته، به نظر می رسد که حتی بالاتر است.

چرا بازنگری دمای هسته سیاره مهم است؟

میدان مغناطیسی زمین دقیقاً توسط هسته ایجاد می شود و بر بسیاری از رویدادهای رخ داده در سطح سیاره تأثیر می گذارد - به عنوان مثال، جو را در جای خود نگه می دارد. دانستن اینکه دمای هسته هزار درجه گرمتر از چیزی است که قبلاً تصور می شد، هنوز کاربرد عملی ندارد، اما ممکن است در آینده مفید باشد. مقدار دمای جدید در مدل‌های لرزه‌شناسی و ژئوفیزیک جدید استفاده خواهد شد که در آینده ممکن است به اکتشافات علمی جدی منجر شود. به طور کلی، تصویر کامل تر و دقیق تر از دنیای اطراف به خودی خود برای دانشمندان ارزشمند است.

برای محاسبه فشار داخل زمین که ناشی از وزن سنگ‌هایی است که پوسته‌های مختلف را تشکیل می‌دهند به چه مقادیری می‌رسد، باید چگالی سنگ‌ها در تمام اعماق و قدر گرانش را نیز در تمام اعماق تا حد امکان دانست. مرکز.

همانطور که دیدیم، چگالی سنگ ها با عمق افزایش می یابد، هرچند ناهموار. از 2.5 در سطح، به 3.4 در عمق حدود 100 می رسد. کیلومترو تا 6.0 در 2900 کیلومترزیر سطح. در اینجا، در مرز هسته، یک پرش در مقدار چگالی مشاهده می شود: بلافاصله به مقدار 9.5 (تقریبا) می رسد، و سپس دوباره به طور یکنواخت رشد می کند و در مرکز هسته به 12.5 می رسد (طبق گفته M. S. Molodensky، 1955). ) (نگاه کنید به. شکل 8).

برنج. 8. تغییر چگالی در داخل زمین.

در مورد جاذبه، موارد زیر را می توان در مورد آن گفت. گرانش نیرویی است که زمین با آن تمام اجسام را به سمت خود جذب می کند. تحت تأثیر این نیرو، اجسام در حالت آزاد (مثلاً در هوا) به زمین سقوط می کنند، یعنی به سمت مرکز زمین حرکت می کنند، به تدریج شتاب می گیرند، یعنی «شتاب» دریافت می کنند. بزرگی "شتاب گرانش" را می توان محاسبه کرد. در سطح زمین، شتاب ناشی از گرانش تقریباً 9.8 است m/s 2; در اعماق زمین، ابتدا کمی افزایش می یابد و در نزدیکی سطح هسته به حداکثر می رسد و سپس به سرعت کاهش می یابد و در مرکز زمین به صفر می رسد (شکل 9). این قابل درک است: نقطه ای که در مرکز کره زمین قرار دارد توسط تمام قسمت های اطراف آن با نیروی یکسان در امتداد تمام شعاع ها جذب می شود و در نتیجه حاصل برابر با صفر خواهد بود.

برنج. 9. تغییر در شتاب گرانش در داخل زمین.

با این اطلاعات می توان وزن ستونی از سنگ ها را با مقطع 1 مربع محاسبه کرد. سانتی متر و طول برابر با شعاعزمین یا هر قسمتی از آن. این فشاری است که توسط وزن سنگ های پوشاننده روی ناحیه ابتدایی وارد می شود (1 مربع سانتی متر) در اعماق زمین. محاسبات منجر به ارقام زیر می شود: در "تنها" پوسته زمین، یعنی در پایه غشای سیالیک (در عمق 50 کیلومتر) - حدود 13 هزار اتمسفر، یعنی حدود 13 تن در سانتی متر مربع؛ در مرز هسته - حدود 1.4 میلیون اتمسفر؛ در مرکز زمین - حدود 3 میلیون اتمسفر (شکل 10). سه میلیون اتمسفر تقریباً سه هزار تن بر سانتی متر مربع است. این مقدار زیادی است. هیچ آزمایشگاهی هنوز نتوانسته به چنین فشارهایی دست یابد.

برنج. 10. تغییرات فشار در داخل زمین.

بیایید به سمت دما برویم. با توجه به اندازه‌گیری‌ها در گمانه‌ها و همچنین در معادن، مشخص شد که دما با عمق افزایش می‌یابد و به ازای هر 100 متر تقریباً 3 درجه افزایش می‌یابد. نرخ مشابهی از رشد دما در همه جا، در تمام قاره‌ها، وجود دارد، اما فقط در قسمت‌های بیرونی زمین، نزدیک به سطح آن. با عمق، قدر " گرادیان زمین گرمایی" ( گرادیان زمین گرمایی - تغییر دما بر حسب درجه بر سانتی متر) کاهش می یابد. محاسبات بر اساس رسانایی حرارتی سنگ ها نشان می دهد که گرادیان زمین گرمایی شناخته شده برای بخش های بیرونی کره زمین بیش از 20 مورد اول باقی نمی ماند. کیلومتر; در زیر، افزایش دما به طور قابل توجهی کند می شود. در کف غلاف سیالیک، دما بعید است که بالاتر از 900 درجه باشد. در عمق 100 کیلومتر -حدود 1500 درجه؛ علاوه بر این، رشد آن حتی بیشتر کاهش می یابد. در مورد بخش های مرکزی زمین، به ویژه هسته، بسیار دشوار است که با قطعیت چیزی در مورد آنها ارائه دهیم. کارشناسانی که این موضوع را مطالعه کرده اند معتقدند که فضای داخلی زمین بیش از 2-3 هزار درجه گرم نمی شود (شکل 11).

برنج. 11. تغییر دمای داخل زمین.

شاید جالب باشد که برای مقایسه به یاد بیاوریم که در مرکز خورشید دمای 1 میلیون درجه، در سطح خورشید - حدود 6000 درجه تخمین زده می شود. یک موی سوزش لامپ روشناییتا 3000 درجه حرارت داده شود.

اطلاعات جالبی در مورد منابع گرما و رژیم حرارتی کره زمین در دسترس است. زمانی اعتقاد بر این بود که زمین گرمای "اصلی" را که خورشید به آن "به ارث رسیده" حفظ می کند و به تدریج آن را از دست می دهد و سرد می شود و حجم آن کاهش می یابد. کشف عناصر رادیواکتیو ایده های قبلی را تغییر داده است. مشخص شد که سنگ های تشکیل دهنده پوسته زمین حاوی عناصر رادیواکتیو هستند که به طور خود به خود و پیوسته گرما از خود ساطع می کنند. مقدار این گرما تقریباً 6 میلیونم یک کالری کوچک در هر 1 تخمین زده می شود سانتیمتر مکعبسنگ ها در سال و برای پوشش کل مصرف گرمای تابش شده از سطح زمین به فضای جهان، لازم است که همان مکعب ابتدایی سنگ تنها سه ده میلیونم کالری کمی در سال منتشر کند. به عبارت دیگر، دلیلی وجود ندارد که باور کنیم کره زمین در حال سرد شدن است. در عوض، برعکس، می تواند گرم شود. بر این اساس، در سال های گذشتهفرضیه های جدیدی برای توسعه پوسته زمین و منشاء حرکات تجربه شده توسط آن ارائه شده است.

با توجه به حضور درجه حرارت بالادر روده های زمین، ما حق داریم این سوال را مطرح کنیم: بخش های داخلی زمین در چه وضعیت فیزیکی ("جمع") قرار دارند؟ جامد یا مایع یا شاید گاز؟

آخرین نسخه، یعنی ایده حالت گازی ماده در داخل زمین را می توان بلافاصله رد کرد. با قضاوت بر اساس داده های ارائه شده در بالا، برای تبدیل مواد معدنی تشکیل دهنده زمین به گاز به دمای بسیار بالاتر از دمای قابل قبول نیاز است.

اما سنگ ها می توانند در حالت مایع باشند. برای مثال، مشخص است که سنگ‌های «اسیدی» در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد، سنگ‌های «اساسی» در دمای 1000 تا 1200 درجه سانتی‌گراد و سنگ‌های «اولترابازیک» در دمای 1300 تا 1400 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شوند. این بدان معنی است که در حال حاضر در عمق 100-130 کیلومترسنگ ها باید ذوب شوند اما فشار بسیار بالایی وجود دارد و فشار نقطه ذوب را بالا می برد. تأثیر چه کسی بیشتر خواهد بود: درجه حرارت بالا یا فشار بالا?

در اینجا باید دوباره به کمک رصدهای لرزه ای روی آوریم. امواج طولی و عرضی آزادانه از تمام پوسته های زمین که بین سطح زمین و مرز هسته محصور شده است عبور می کنند. در نتیجه، همه جا در اینجا ماده مانند یک جامد رفتار می کند. این نتیجه گیری با نتیجه گیری اخترشناسان و ژئوفیزیکدانان مطابقت دارد که نشان داده اند سختی زمین به طور کلی نزدیک به سختی فولاد است. بر اساس محاسبات V. F. Bonchkovsky، سختی زمین 12 10 11 داین در هر سانتی متر مربع تخمین زده می شود که چهار برابر بیشتر از سختی گرانیت است.

بنابراین، مجموع داده های مدرن نشان می دهد که تمام پوسته های زمین (به جز هسته آن!) باید در حالت جامد در نظر گرفته شوند. حالت مایعماده را می توان فقط برای مناطق بسیار ناچیز در ضخامت پوسته زمین، که آتشفشان ها به طور مستقیم با آنها مرتبط هستند، فرض کرد.

شاید خواندن آن مفید باشد: