დედამიწის ბირთვი არის თხევადი ან მყარი. რატომ არ გაცივდება დედამიწის ბირთვი? როგორ ჩამოყალიბდა დედამიწის ბირთვი?

რატომ არ გაცივდება დედამიწის ბირთვი და თბება დაახლოებით 6000°C ტემპერატურამდე 4,5 მილიარდი წლის განმავლობაში? კითხვა უკიდურესად რთულია, რაზეც, უფრო მეტიც, მეცნიერებას არ შეუძლია 100%-ით ზუსტი გასაგები პასუხის გაცემა. თუმცა ამას ობიექტური მიზეზები აქვს.

ძალიან ბევრი საიდუმლო

გადაჭარბებული, ასე ვთქვათ, დედამიწის ბირთვის საიდუმლო ორ ფაქტორთან არის დაკავშირებული. ჯერ ერთი, არავინ იცის ზუსტად როგორ, როდის და რა ვითარებაში ჩამოყალიბდა - ეს მოხდა პროტო-დედამიწის ფორმირების დროს თუ უკვე ადრეული ეტაპებიჩამოყალიბებული პლანეტის არსებობა დიდი საიდუმლოა. მეორეც, დედამიწის ბირთვიდან ნიმუშების მიღება აბსოლუტურად შეუძლებელია - რა თქმა უნდა, არავინ იცის რისგან შედგება. უფრო მეტიც, ყველა მონაცემი, რაც ჩვენ ვიცით ბირთვის შესახებ, გროვდება არაპირდაპირი მეთოდებითა და მოდელებით.

რატომ რჩება დედამიწის ბირთვი ცხელი?

იმის გასაგებად, თუ რატომ არ გაცივდება დედამიწის ბირთვი ამდენი ხნის განმავლობაში, ჯერ უნდა გაარკვიოთ, რა გამოიწვია მისი გახურება. ჩვენი ნაწლავები, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა პლანეტა, ჰეტეროგენულია, ისინი შედარებით მკაფიოდ გამოკვეთილი სხვადასხვა სიმკვრივის ფენებია. მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ იყო: მძიმე ელემენტები ნელ-ნელა ჩამოდიოდნენ და ქმნიდნენ შიდა და გარე ბირთვს, მსუბუქი ელემენტები იძულებით ავიდა ზევით, ქმნიდა მანტიას და დედამიწის ქერქს. ეს პროცესი მიმდინარეობს უკიდურესად ნელა და თან ახლავს სითბოს გამოყოფას. თუმცა, ეს არ იყო გათბობის მთავარი მიზეზი. დედამიწის მთელი მასა უზარმაზარი ძალაიჭერს მის ცენტრს, წარმოქმნის ფენომენალურ წნევას დაახლოებით 360 GPa (3,7 მილიონი ატმოსფერო), რის შედეგადაც დაიწყო რკინა-სილიკონ-ნიკელის ბირთვში შემავალი რადიოაქტიური ხანგრძლივი ელემენტების დაშლა, რასაც თან ახლდა კოლოსალური. სითბოს გამონაბოლქვი.

გათბობის დამატებითი წყაროა კინეტიკური ენერგია, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა ფენებს შორის ხახუნის შედეგად (თითოეული ფენა ბრუნავს მეორისგან დამოუკიდებლად): შიდა ბირთვი გარესთან და გარე - მანტიით.

პლანეტის ნაწლავები (პროპორციები არ არის დაცული). სამ შიდა ფენას შორის ხახუნი ემსახურება დამატებითი წყაროგათბობა.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ დედამიწა და, კერძოდ, მისი ნაწლავები არის თვითკმარი მანქანა, რომელიც თბება. მაგრამ ასე ბუნებრივად სამუდამოდ ვერ გაგრძელდება: ბირთვში რადიოაქტიური ელემენტების მარაგი ნელ-ნელა ქრება და ტემპერატურის შესანარჩუნებლად აღარაფერი დარჩება.

ცივა!

სინამდვილეში, გაგრილების პროცესი უკვე დაწყებულია ძალიან დიდი ხნის წინ, მაგრამ ის მიმდინარეობს უკიდურესად ნელა - საუკუნეში ერთი გრადუსით. უხეში შეფასებით, ბირთვის სრულად გაგრილებას და მასში ქიმიური და სხვა რეაქციების შეჩერებას მინიმუმ 1 მილიარდი წელი დასჭირდება.

Მოკლე პასუხი:დედამიწა და, კერძოდ, დედამიწის ბირთვი, არის თვითკმარი მანქანა, რომელიც თბება. პლანეტის მთელი მასა იჭერს მის ცენტრს, წარმოქმნის ფენომენალურ წნევას და ამით იწყება რადიოაქტიური ელემენტების დაშლის პროცესი, რის შედეგადაც სითბო გამოიყოფა.

ხალხმა აავსო დედამიწა. ჩვენ დავიპყრეთ მიწები, გავფრინდით ჰაერში, ჩავძირეთ ოკეანის სიღრმეში. მთვარეზეც წავედით. მაგრამ ჩვენ არასოდეს ვყოფილვართ პლანეტის ბირთვში. ჩვენ არც კი მივუახლოვდით მას. დედამიწის ცენტრალური წერტილი 6000 კილომეტრით ქვემოთაა და ბირთვის ყველაზე შორი ნაწილიც კი 3000 კილომეტრით ჩვენს ფეხქვეშაა. ყველაზე ღრმა ხვრელი, რომელიც ჩვენ გავაკეთეთ ზედაპირზე, არის და მაშინაც კი ის ღრმად ჩადის დედამიწაში 12,3 კილომეტრის მანძილზე.

დედამიწაზე ყველა ცნობილი მოვლენა ზედაპირთან ახლოს ხდება. ვულკანებიდან ამოფრქვეული ლავა ჯერ რამდენიმე ასეული კილომეტრის სიღრმეზე დნება. ბრილიანტიც კი, რომლის ფორმირებისთვის უკიდურესი სითბო და წნევაა საჭირო, იბადება კლდეებში არაუმეტეს 500 კილომეტრის სიღრმეზე.

ქვემოთ ყველაფერი საიდუმლოებით არის მოცული. მიუწვდომელი ჩანს. და მაინც, ჩვენ ვიცით საკმაოდ ბევრი საინტერესო რამ ჩვენი ბირთვის შესახებ. ჩვენ გარკვეული წარმოდგენაც კი გვაქვს იმის შესახებ, თუ როგორ ჩამოყალიბდა ის მილიარდობით წლის წინ - ეს ყველაფერი ერთი ფიზიკური ნიმუშის გარეშე. როგორ შევძელით ამდენი რამის გაგება დედამიწის ბირთვის შესახებ?

ჯერ კარგად უნდა იფიქროთ დედამიწის მასაზე, ამბობს საიმონ რედფერნი დიდი ბრიტანეთის კემბრიჯის უნივერსიტეტიდან. დედამიწის მასა შეგვიძლია შევაფასოთ პლანეტის მიზიდულობის გავლენის ზედაპირზე მდებარე ობიექტებზე დაკვირვებით. აღმოჩნდა, რომ დედამიწის მასა 5,9 სექსტილიონი ტონაა: ეს არის 59, რასაც მოჰყვება ოცი ნული.

მაგრამ ზედაპირზე ასეთი მასის ნიშნები არ არის.

„დედამიწის ზედაპირზე მასალის სიმკვრივე გაცილებით დაბალია, ვიდრე მთელი დედამიწის საშუალო სიმკვრივე, რაც გვეუბნება, რომ არსებობს რაღაც უფრო მკვრივი“, ამბობს რედფერნი. - ეს პირველია.

არსებითად, უმეტესობადედამიწის მასა უნდა იყოს განთავსებული პლანეტის ცენტრისკენ. შემდეგი ნაბიჯი არის იმის გარკვევა, თუ რა მძიმე მასალებისგან არის დამზადებული ბირთვი. და იგი თითქმის მთლიანად რკინისგან შედგება. თუმცა, ბირთვის 80% რკინაა ზუსტი ფიგურაჯერ კიდევ გასარკვევია.

ამის მთავარი მტკიცებულება არის რკინის უზარმაზარი რაოდენობა ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროში. ეს არის ერთ-ერთი ათი ყველაზე გავრცელებული ელემენტიდან ჩვენს გალაქტიკაში და ასევე ხშირად გვხვდება მეტეორიტებში. ამ ყველაფერთან ერთად, დედამიწის ზედაპირზე გაცილებით ნაკლები რკინაა, ვიდრე მოსალოდნელია. თეორიის თანახმად, როდესაც დედამიწა ჩამოყალიბდა 4,5 მილიარდი წლის წინ, ბევრი რკინა მიედინებოდა ბირთვში.

მასის უმეტესი ნაწილი იქ არის კონცენტრირებული, რაც იმას ნიშნავს, რომ რკინა იქ უნდა იყოს. რკინა ასევე შედარებით მკვრივი ელემენტია ნორმალურ პირობებში და დედამიწის ბირთვში ინტენსიური წნევის პირობებში ის კიდევ უფრო მკვრივი იქნება. რკინის ბირთვს შეეძლო მთელი დაკარგული მასის გამოთვლა.

Მაგრამ მოიცადე. როგორ მოხვდა რკინა იქ? რკინა როგორმე უნდა მიიზიდოს - ში ფაქტიურად- დედამიწის ცენტრამდე. მაგრამ ახლა ეს არ ხდება.

დედამიწის დანარჩენი ნაწილის უმეტესი ნაწილი შედგება ქანებისგან - სილიკატებისაგან - და მდნარი რკინა თითქმის არ გადის მათში. ისევე როგორც წყალი აყალიბებს წვეთებს ცხიმიან ზედაპირზე, რკინა გროვდება პატარა ავზებში და უარს ამბობს გავრცელებაზე და დაღვრაზე.

შესაძლო გამოსავალი 2013 წელს აღმოაჩინეს ვენდი მაომ სტენფორდის უნივერსიტეტიდან და მისმა კოლეგებმა. მათ აინტერესებდათ რა ხდება, როდესაც რკინა და სილიკატი ექვემდებარება ძლიერ წნევას დედამიწის სიღრმეში.

ორივე ნივთიერების ბრილიანტებით მჭიდრო შეკუმშვით, მეცნიერებმა შეძლეს გამდნარი რკინის სილიკატის გავლით. ”ეს წნევა მნიშვნელოვნად ცვლის რკინის ურთიერთქმედების თვისებებს სილიკატებთან”, - ამბობს მაო. - მაღალი წნევის დროს იქმნება „დნობის ქსელი“.


ეს შეიძლება მიუთითებდეს იმაზე, რომ რკინა თანდათან ცურავდა დედამიწის ქანებში მილიონობით წლის განმავლობაში, სანამ არ მიაღწევდა ბირთვს.

ამ ეტაპზე შეიძლება იკითხოთ: როგორ ვიცით რეალურად ბირთვის ზომა? რატომ თვლიან მეცნიერებს, რომ ის იწყება 3000 კილომეტრის დაშორებით? პასუხი მხოლოდ ერთია: სეისმოლოგია.

როდესაც მიწისძვრა ხდება, ის აგზავნის შოკის ტალღებს მთელ პლანეტაზე. სეისმოლოგები აღრიცხავენ ამ ვიბრაციას. თითქოს გიგანტური ჩაქუჩით პლანეტის ერთ მხარეს ვეჯახებით და მეორე მხრიდან ხმაურს ვუსმენთ.

„1960-იან წლებში ჩილეში მიწისძვრა მოხდა, რამაც უზარმაზარი მონაცემები მოგვცა“, - ამბობს რედფერნი. „დედამიწის ირგვლივ ყველა სეისმურმა სადგურმა დააფიქსირა ამ მიწისძვრის დარტყმა.

ამ რხევების მარშრუტიდან გამომდინარე, ისინი გადიან დედამიწის სხვადასხვა ნაწილს და ეს გავლენას ახდენს იმაზე, თუ რა სახის „ხმას“ გამოსცემენ ისინი მეორე ბოლოში.

სეისმოლოგიის ისტორიის დასაწყისში აშკარა გახდა, რომ ზოგიერთი ვიბრაცია არ იყო. მოსალოდნელი იყო, რომ ეს "S- ტალღები" დედამიწის მეორე ბოლოში გამოჩნდნენ მას შემდეგ, რაც წარმოიშვა ერთში, მაგრამ ეს ასე არ მოხდა. ამის მიზეზი მარტივია. S- ტალღები რეკავს მყარ მასალაში და არ შეუძლია სითხეში გადაადგილება.

მათ უნდა დაეჯახათ რაღაც დნობა დედამიწის ცენტრში. S- ტალღების ბილიკების რუქის შედგენის შემდეგ, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ დაახლოებით 3000 კილომეტრის სიღრმეზე ქანები თხევადი ხდება. ეს ასევე ვარაუდობს, რომ მთელი ბირთვი გამდნარია. მაგრამ სეისმოლოგებს კიდევ ერთი სიურპრიზი ჰქონდათ ამ ამბავში.


1930-იან წლებში დანიელმა სეისმოლოგმა ინგე ლემანმა აღმოაჩინა, რომ სხვა ტიპის ტალღები, P-ტალღები, მოულოდნელად გაიარა ბირთვში და აღმოაჩინეს პლანეტის მეორე მხარეს. მაშინვე მოჰყვა ვარაუდი, რომ ბირთვი ორ ფენად იყო დაყოფილი. "შიდა" ბირთვი, რომელიც იწყება 5000 კილომეტრის ქვემოთ, მყარი იყო. მხოლოდ "გარე" ბირთვი დნება.

ლემანის იდეა დადასტურდა 1970 წელს, როდესაც უფრო მგრძნობიარე სეისმოგრაფებმა აჩვენეს, რომ P- ტალღები მართლაც გადის ბირთვს და, ზოგიერთ შემთხვევაში, მას გარკვეული კუთხით ეცემა. გასაკვირი არ არის, რომ ისინი პლანეტის მეორე მხარეს აღმოჩნდებიან.

შოკური ტალღები აგზავნის არა მხოლოდ მიწისძვრებს დედამიწაზე. ფაქტობრივად, სეისმოლოგებს ბევრი რამ აქვთ დაკისრებული განვითარება ბირთვული იარაღები.

ბირთვული აფეთქება ასევე ქმნის ტალღებს ადგილზე, ამიტომ სახელმწიფოები მიმართავენ სეისმოლოგებს დახმარებისთვის ბირთვული იარაღის ტესტირების დროს. დროს ცივი ომიეს იყო ძალიან მნიშვნელოვანი, ამიტომ სეისმოლოგებს, როგორიცაა ლემანი, დიდი მხარდაჭერა ჰქონდათ.

კონკურენტი ქვეყნები სწავლობდნენ ერთმანეთის ბირთვულ შესაძლებლობებს და პარალელურად ჩვენ სულ უფრო მეტს ვსწავლობდით დედამიწის ბირთვის შესახებ. სეისმოლოგია დღესაც გამოიყენება ბირთვული აფეთქებების გამოსავლენად.


ახლა ჩვენ შეგვიძლია დავხატოთ დედამიწის სტრუქტურის უხეში სურათი. არსებობს გამდნარი გარე ბირთვი, რომელიც იწყება პლანეტის ცენტრის ნახევრამდე და მის შიგნით არის მყარი შიდა ბირთვი, რომლის დიამეტრი დაახლოებით 1220 კილომეტრია.

აქედან არ არის ნაკლები კითხვები, განსაკუთრებით შინაგანი ბირთვის თემაზე. მაგალითად, რამდენად ცხელა? ამის გარკვევა ადვილი არ ყოფილა და მეცნიერები დიდი ხნის განმავლობაში ამუშავებდნენ ტვინს, ამბობს ლიდუნკა ვოკადლო ლონდონის საუნივერსიტეტო კოლეჯიდან დიდ ბრიტანეთში. ჩვენ არ შეგვიძლია იქ თერმომეტრის ჩასმა, ასე რომ ერთადერთი შესაძლო ვარიანტი- არის ლაბორატორიაში სასურველი წნევის შექმნა.


ზე ნორმალური პირობებირკინა დნება 1538 გრადუსზე

2013 წელს ფრანგმა მეცნიერთა ჯგუფმა დღემდე საუკეთესო შეფასება მოახდინა. მათ წმინდა რკინას დაუქვემდებარეს წნევა, რაც ბირთვშია, და აქედან დაიწყეს. ბირთვში სუფთა რკინის დნობის წერტილი დაახლოებით 6230 გრადუსია. სხვა მასალების არსებობამ შეიძლება ოდნავ შეამციროს დნობის წერტილი 6000 გრადუსამდე. მაგრამ მაინც უფრო ცხელია ვიდრე მზის ზედაპირზე.

როგორც ერთგვარი შემწვარი კარტოფილი მათ კანში, დედამიწის ბირთვი რჩება ცხელი, პლანეტის წარმოქმნიდან დარჩენილი სითბოს წყალობით. იგი ასევე ამოიღებს სითბოს მკვრივი მასალების გადაადგილების შედეგად წარმოქმნილი ხახუნისგან, ასევე რადიოაქტიური ელემენტების დაშლისგან. ყოველ მილიარდ წელიწადში ერთხელ ცივდება დაახლოებით 100 გრადუსი ცელსიუსით.

სასარგებლოა ამ ტემპერატურის ცოდნა, რადგან ის გავლენას ახდენს ვიბრაციის სიჩქარეზე ბირთვში. და ეს მოსახერხებელია, რადგან რაღაც უცნაურია ამ ვიბრაციაში. P- ტალღები საოცრად ნელა მოძრაობენ შიდა ბირთვში - უფრო ნელა, ვიდრე სუფთა რკინისგან.

„ტალღის სიჩქარე, რომელიც სეისმოლოგებმა გაზომეს მიწისძვრებში, გაცილებით დაბალია, ვიდრე ექსპერიმენტული ან კომპიუტერული სიმულაციები აჩვენებს“, - ამბობს ვოკადლო. "ჯერ არავინ იცის რატომ არის ეს."

ცხადია, სხვა მასალას ურევენ რკინას. შესაძლოა ნიკელი. მაგრამ მეცნიერებმა გამოთვალეს, თუ როგორ უნდა გადიოდეს სეისმური ტალღები რკინა-ნიკელის შენადნობში და ვერ შეძლეს გამოთვლების მორგება დაკვირვებებთან.

ვოკადლო და მისი კოლეგები ამჟამად განიხილავენ ბირთვში სხვა ელემენტების არსებობას, როგორიცაა გოგირდი და სილიკონი. აქამდე ვერავინ შეძლო შინაგანი ბირთვის შემადგენლობის თეორია, რომელიც ყველას დააკმაყოფილებდა. კონკიას პრობლემა: ფეხსაცმელი არავის უხდება. Vocadlo ცდილობს ექსპერიმენტი ჩაატაროს კომპიუტერზე შიდა ბირთვის მასალებზე. იგი იმედოვნებს, რომ აღმოაჩენს მასალების, ტემპერატურისა და წნევის კომბინაციას, რომელიც შეანელებს სეისმურ ტალღებს მხოლოდ სათანადო რაოდენობით.


მისი თქმით, საიდუმლო შეიძლება იმაში მდგომარეობდეს, რომ შიდა ბირთვი თითქმის დნობის წერტილშია. შედეგად, მასალის ზუსტი თვისებები შეიძლება განსხვავდებოდეს იდეალურად მყარი ნივთიერებისგან. მას ასევე შეუძლია ახსნას, თუ რატომ მოძრაობენ სეისმური ტალღები მოსალოდნელზე ნელა.

„თუ ეს ეფექტი რეალურია, ჩვენ შეგვიძლია შევადაროთ მინერალური ფიზიკის შედეგები სეისმოლოგიის შედეგებთან“, ამბობს ვოკადლო. ხალხი ამას ჯერ ვერ ახერხებს.

დედამიწის ბირთვთან დაკავშირებული ჯერ კიდევ ბევრი საიდუმლოა, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ამოხსნილი. მაგრამ ამ წარმოუდგენელ სიღრმეში ჩაძირვის გარეშე, მეცნიერები ასრულებენ ბედს, გაარკვიონ რა არის ათასობით კილომეტრში ჩვენს ქვემოთ. დედამიწის ინტერიერის ფარული პროცესები ძალიან მნიშვნელოვანია შესასწავლად. დედამიწას აქვს ძლიერი მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ნაწილობრივ გამდნარი ბირთვის გამო. გამდნარი ბირთვის მუდმივი მოძრაობა წარმოქმნის ელექტრო დენს პლანეტის შიგნით და ის, თავის მხრივ, წარმოქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც აღწევს შორს კოსმოსში.

ეს მაგნიტური ველი გვიცავს მზის მავნე გამოსხივებისგან. დედამიწის ბირთვი რომ არ იყოს ის, რაც არის, არ იქნებოდა მაგნიტური ველიდა ჩვენ სერიოზულად დაზარალდებით ამით. ნაკლებად სავარაუდოა, რომ რომელიმე ჩვენგანმა შეძლოს ბირთვის დანახვა საკუთარი თვალით, მაგრამ კარგია მხოლოდ იმის ცოდნა, რომ ის იქ არის.

გასაღებები გამდნარ ლავას ნაკადში ჩავარდნის შემდეგ დაემშვიდობეთ მათ, რადგან, ძმაო, ეს ყველაფერია.
- ჯეკ ჰენდი

ჩვენი პლანეტის დათვალიერებისას ხედავთ, რომ მისი ზედაპირის 70% წყლით არის დაფარული.

ჩვენ ყველამ ვიცით, რატომ არის ეს ასე: რადგან დედამიწის ოკეანეები მაღლა დგას კლდეებზე და ტალახზე, რომლებიც ქმნიან მიწას. ძაბვის კონცეფცია, რომლის დროსაც ნაკლებად მკვრივი ობიექტები ცურავს უფრო მკვრივ ობიექტებზე, რომლებიც იძირებიან ქვემოთ, ხსნის ბევრად მეტს, ვიდრე უბრალოდ ოკეანეები.

იგივე პრინციპი, რომელიც განმარტავს, თუ რატომ ცურავს ყინული წყალში, ჰელიუმის ბუშტი ამოდის ატმოსფეროში და კლდეები იძირება ტბაში, განმარტავს, რატომ არის პლანეტა დედამიწის ფენები მოწყობილი ისე, როგორც არის.

დედამიწის ყველაზე ნაკლებად მკვრივი ნაწილი, ატმოსფერო, ცურავს წყლის ოკეანეებზე, რომლებიც ცურავს დედამიწის ქერქის ზემოთ, რომელიც არის უფრო მკვრივი მანტიის ზემოთ, რომელიც არ იძირება დედამიწის ყველაზე მჭიდრო ნაწილში: ქერქი.

იდეალურ შემთხვევაში, დედამიწის ყველაზე სტაბილური მდგომარეობა იქნება ისეთი, რომელიც იდეალურად იქნება ფენიანი, როგორც ხახვი, ცენტრში ყველაზე მკვრივი ელემენტებით, და როცა გარეთ მოძრაობთ, ყოველი მომდევნო ფენა შედგება ნაკლებად მკვრივი ელემენტებისაგან. და ყოველი მიწისძვრა ფაქტობრივად მოძრაობს პლანეტაზე ამ მდგომარეობისკენ.

და ეს ხსნის არა მხოლოდ დედამიწის, არამედ ყველა პლანეტის სტრუქტურას, თუ გახსოვთ, საიდან გაჩნდა ეს ელემენტები.


როდესაც სამყარო ახალგაზრდა იყო - მხოლოდ რამდენიმე წუთის ასაკი - მხოლოდ წყალბადი და ჰელიუმი არსებობდა. უფრო და უფრო მეტი მძიმე ელემენტები იქმნებოდა ვარსკვლავებში და მხოლოდ მაშინ, როცა ეს ვარსკვლავები დაიღუპნენ, მძიმე ელემენტები გამოვიდნენ სამყაროში, რამაც ვარსკვლავების ახალი თაობის ფორმირების საშუალება მისცა.


მაგრამ ამჯერად, ყველა ამ ელემენტის ნარევი - არა მხოლოდ წყალბადი და ჰელიუმი, არამედ ნახშირბადი, აზოტი, ჟანგბადი, სილიციუმი, მაგნიუმი, გოგირდი, რკინა და სხვა - ქმნის არა მხოლოდ ვარსკვლავს, არამედ პროტოპლანეტურ დისკს ამ ვარსკვლავის გარშემო.

შიგნიდან ზეწოლა ჩამოყალიბებულ ვარსკვლავში უბიძგებს მსუბუქ ელემენტებს გარეთ, ხოლო გრავიტაცია იწვევს დისკზე დარღვევებს და პლანეტების ფორმირებას.


Როდესაც მზის სისტემაოთხი შიდა სამყარო ყველაზე მკვრივია სისტემის ყველა პლანეტას შორის. მერკური შედგება ყველაზე მკვრივი ელემენტებისაგან, რომლებიც ვერ იტევს დიდი რიცხვიწყალბადი და ჰელიუმი.

სხვა პლანეტებმა, უფრო მასიური და მზიდან უფრო დაშორებული (და შესაბამისად მისი გამოსხივების ნაკლებს) შეძლეს ამ ულტრა მსუბუქი ელემენტების მეტი შეკავება - ასე ჩამოყალიბდნენ გაზის გიგანტები.

ყველა სამყაროში, ისევე როგორც დედამიწაზე, საშუალოდ, ყველაზე მკვრივი ელემენტები კონცენტრირებულია ბირთვში, ხოლო ფილტვები მის გარშემო თანდათან ნაკლებად მკვრივ ფენებს ქმნიან.


გასაკვირი არ არის, რომ რკინა, ყველაზე სტაბილური ელემენტი და უმძიმესი ელემენტი, რომელიც დიდი რაოდენობით შეიქმნა სუპერნოვაების კიდეზე, არის ყველაზე უხვი ელემენტი დედამიწის ბირთვში. მაგრამ გასაკვირია, რომ მყარ ბირთვსა და მყარ მანტიას შორის არის 2000 კმ-ზე მეტი სისქის თხევადი ფენა: დედამიწის გარე ბირთვი.


დედამიწას აქვს სქელი თხევადი ფენა, რომელიც შეიცავს პლანეტის მასის 30%-ს! მისი არსებობის შესახებ კი საკმაოდ გენიალური მეთოდით გავიგეთ - მიწისძვრებიდან წამოსული სეისმური ტალღების წყალობით!


მიწისძვრების დროს წარმოიქმნება ორი ტიპის სეისმური ტალღები: ძირითადი კომპრესიული, რომელიც ცნობილია როგორც P- ტალღა, რომელიც გადის გრძივი ბილიკის გასწვრივ.

და მეორე ათვლის ტალღა, რომელიც ცნობილია როგორც S- ტალღა, ზღვის ზედაპირზე ტალღების მსგავსი.

სეისმურ სადგურებს მთელს მსოფლიოში შეუძლიათ აიღონ P- და S- ტალღები, მაგრამ S- ტალღები არ მოძრაობენ სითხეში და P- ტალღები არა მხოლოდ სითხეში მოძრაობენ, არამედ ირღვევა!

შედეგად, შეიძლება გავიგოთ, რომ დედამიწას აქვს თხევადი გარე ბირთვი, რომლის გარეთ არის მყარი მანტია, ხოლო შიგნით - მყარი შიდა ბირთვი! სწორედ ამიტომ დედამიწის ბირთვი შეიცავს უმძიმეს და მკვრივ ელემენტებს და ასე ვიცით, რომ გარე ბირთვი თხევადი ფენაა.

მაგრამ რატომ არის გარე ბირთვი თხევადი? ყველა ელემენტის მსგავსად, რკინის მდგომარეობა, მყარი, თხევადი, აირისებრი თუ სხვა, დამოკიდებულია რკინის წნევასა და ტემპერატურაზე.

რკინა უფრო რთული ელემენტია, ვიდრე ბევრს იცნობთ. რა თქმა უნდა, მას შეიძლება ჰქონდეს სხვადასხვა კრისტალური მყარი, როგორც ეს გრაფიკზეა ნაჩვენები, მაგრამ ჩვენ არ გვაინტერესებს ჩვეულებრივი წნევა. ჩვენ ვეშვებით დედამიწის ბირთვში, სადაც წნევა მილიონჯერ მეტია, ვიდრე ზღვის დონიდან. და როგორ გამოიყურება ფაზის დიაგრამა ასეთი მაღალი წნევისთვის?

მეცნიერების მშვენიერი ის არის, რომ მაშინაც კი, თუ თქვენ არ გაქვთ პასუხი კითხვაზე დაუყოვნებლივ, შანსი არის, რომ ვინმემ უკვე ჩაატარა სწორი კვლევა, რომელშიც პასუხის პოვნა! ამ შემთხვევაში არენსმა, კოლინზმა და ჩენმა 2001 წელს იპოვეს პასუხი ჩვენს კითხვაზე.

და მიუხედავად იმისა, რომ დიაგრამა აჩვენებს გიგანტურ წნევას 120 გპა-მდე, მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ატმოსფეროს წნევა მხოლოდ 0,0001 გპა-ს შეადგენს, ხოლო შიდა ბირთვში წნევა 330-360 გპა-ს აღწევს. ზედა მყარი ხაზი აჩვენებს საზღვარს დნობის რკინას (ზედა) და მყარ რკინას (ქვედა) შორის. შენიშნეთ, როგორ აკეთებს მკვეთრი ხაზი ბოლოში მკვეთრად ზემოთ?

იმისათვის, რომ რკინა დნება 330 გპა წნევაზე, საჭიროა უზარმაზარი ტემპერატურა, რომელიც მზის ზედაპირზე ჭარბობს. დაბალი წნევის დროს იგივე ტემპერატურა ადვილად შეინარჩუნებს რკინას თხევად მდგომარეობაში, ხოლო მაღალ წნევაზე მყარ მდგომარეობაში. რას ნიშნავს ეს დედამიწის ბირთვის თვალსაზრისით?


ეს ნიშნავს, რომ როდესაც დედამიწა გაცივდება, მისი შიდა ტემპერატურა ეცემა, ხოლო წნევა უცვლელი რჩება. ანუ, დედამიწის ფორმირების დროს, დიდი ალბათობით, მთელი ბირთვი თხევადი იყო და როგორც გაცივდა, შიდა ბირთვი იზრდება! და ამ პროცესში, ვინაიდან მყარ რკინას აქვს უფრო მაღალი სიმკვრივე, ვიდრე თხევადი, დედამიწა ნელ-ნელა მცირდება, რაც იწვევს მიწისძვრებს!


ამრიგად, დედამიწის ბირთვი თხევადია, რადგან ის საკმარისად ცხელია რკინის დნობისთვის, მაგრამ მხოლოდ იმ რეგიონებში, სადაც წნევა საკმარისად დაბალია. როგორც დედამიწა დაბერდება და გაცივდება, უფრო და უფრო მეტი ბირთვი ხდება მყარი და დედამიწა ცოტათი იკუმშება!

თუ ჩვენ გვინდა ვიყუროთ შორს მომავალში, ჩვენ შეგვიძლია ველოდოთ იგივე თვისებებს, რაც შეინიშნება მერკურიში.


მერკური, თავისი მცირე ზომის გამო, უკვე გაცივდა და მნიშვნელოვნად შეკუმშვა, გაგრილების გამო შეკუმშვის აუცილებლობის გამო ასობით კილომეტრის სიგრძის მოტეხილობები აქვს.

რატომ აქვს დედამიწას თხევადი ბირთვი? იმიტომ რომ ჯერ არ გაციებულა. და თითოეული მიწისძვრა არის დედამიწის მცირე მიახლოება საბოლოო, გაცივებულ და მყარ მდგომარეობამდე. მაგრამ არ ინერვიულოთ, მზე მანამდე დიდი ხნით ადრე იფეთქებს და ყველა, ვისაც იცნობთ, ძალიან დიდი ხნით მკვდარი იქნება.

20321 0

ნაწილაკების ამაჩქარებლების, რენტგენის სხივების, მაღალი ინტენსივობის ლაზერების, ალმასის და რკინის ატომების დახვეწილი კომბინაციის გამოყენებით მეცნიერებმა შეძლეს გამოთვალონ ჩვენი პლანეტის შიდა ბირთვის ტემპერატურა.

ახალი გათვლებით, ეს არის 6000 გრადუსი ცელსიუსი, რაც ათასი გრადუსით მეტია ვიდრე აქამდე ეგონათ.

ამრიგად, პლანეტა დედამიწის ბირთვს უფრო მაღალი ტემპერატურა აქვს, ვიდრე მზის ზედაპირი.

ახალმა მონაცემებმა შეიძლება გამოიწვიოს ფაქტების გადახედვა, რომლებიც უდავოა ცოდნის ისეთ სფეროებში, როგორიცაა გეოფიზიკა, სეისმოლოგია, გეოდინამიკა და პლანეტის შესწავლაზე ორიენტირებული სხვა დისციპლინები.

ზედაპირიდან ქვემოდან დანახული, დედამიწა შედგება ქერქისგან, მყარი ზედა მანტიისგან, შემდეგ ძირითადად მყარი მანტიისგან, გამდნარი რკინისა და ნიკელის გარე ბირთვისგან და მყარი რკინისა და ნიკელის შიდა ბირთვისგან. გარე ბირთვი მაღალი ტემპერატურის გამო თხევად მდგომარეობაშია, მაგრამ შიდა ბირთვში მაღალი წნევა ხელს უშლის კლდის დნობას.

მანძილი ზედაპირიდან დედამიწის ცენტრამდე 6371 კმ-ია. ქერქის სისქე 35 კმ, მანტიის 2855 კმ; ასეთი მანძილების ფონზე კოლას სუპერღრმა ჭა, რომლის სიღრმე 12 კმ-ია, უბრალო წვრილმანს ჰგავს. არსებითად, ჩვენ არაფერი ვიცით დანამდვილებით იმის შესახებ, თუ რა ხდება ქერქის ქვეშ. ჩვენი ყველა მონაცემი ემყარება მიწისძვრების სეისმურ ტალღებს, რომლებიც ახდენენ დედამიწის სხვადასხვა ფენებს და საცოდავი ნამსხვრევები, რომლებიც შიგნიდან ზედაპირზე ცვივა, როგორც ვულკანური მაგმა.

ბუნებრივია, მეცნიერები დიდი სიამოვნებით ბურღავდნენ ჭას ბოლომდე, მაგრამ ტექნოლოგიების განვითარების ამჟამინდელი დონით, ეს ამოცანა შეუძლებელია. უკვე თორმეტ კილომეტრზე, კოლას ჭაბურღილის ბურღვა უნდა შეჩერებულიყო, რადგან ასეთ სიღრმეზე ტემპერატურა 180 გრადუსია.

თხუთმეტ კილომეტრზე ტემპერატურა 300 გრადუსს პროგნოზირებენ და მასთან ერთად თანამედროვე საბურღი დანადგარები ვერ იმუშავებენ. და მით უმეტეს, ახლა არ არსებობს ტექნოლოგიები, რომლებიც შესაძლებელს გახდის მანტიაში ბურღვას, 500-4000 გრადუს ტემპერატურაზე. ჩვენ არ უნდა დავივიწყოთ საკითხის პრაქტიკული მხარე: ქერქის გარეთ ნავთობი არ არის, ამიტომ შეიძლება ვინმეს არ ჰქონდეს ინვესტიციის ჩადება ასეთი ტექნოლოგიების შექმნის მცდელობაში.

შიდა ბირთვში ტემპერატურის გამოსათვლელად, ფრანგმა მკვლევარებმა დიდი ძალისხმევა გასწიეს ლაბორატორიაში ბირთვის ულტრა მაღალი ტემპერატურისა და წნევის ხელახლა შესაქმნელად. წნევის სიმულაცია ყველაზე რთული ამოცანაა: ამ სიღრმეზე ის 330 გიგაპასკალს აღწევს, რაც სამ მილიონჯერ აღემატება ატმოსფერულ წნევას.

მის ამოსახსნელად გამოიყენეს უჯრედი ალმასის კოჭებით. იგი შედგება ორი კონუსური ბრილიანტისაგან, რომლებიც მოქმედებენ მასალაზე ორი მხრიდან მილიმეტრზე ნაკლები დიამეტრის ფართობზე; ამრიგად, 200 გიგაპასკალის წნევა იქნა გამოყენებული რკინის ნიმუშზე. შემდეგ რკინა თბებოდა ლაზერით, ექვემდებარებოდა რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზს ამ პირობებში მყარიდან თხევადზე გადასვლაზე დასაკვირვებლად. საბოლოოდ, მეცნიერებმა შეცვალეს შედეგები 330 გიგაპასკალის წნევაზე, რის შედეგადაც შიდა ბირთვის საფარის ტემპერატურა 5957 პლუს-მინუს 500 გრადუსია. თავად ბირთვის შიგნით, როგორც ჩანს, ის კიდევ უფრო მაღალია.

რატომ არის მნიშვნელოვანი პლანეტის ბირთვის ტემპერატურის გადახედვა?

დედამიწის მაგნიტური ველი წარმოიქმნება ზუსტად ბირთვით და გავლენას ახდენს პლანეტის ზედაპირზე მომხდარ მრავალ მოვლენაზე – მაგალითად, ის ინარჩუნებს ატმოსფეროს თავის ადგილზე. იმის ცოდნა, რომ ბირთვის ტემპერატურა ათასი გრადუსით უფრო თბილია, ვიდრე ადრე ეგონათ, ჯერ არ იძლევა რაიმე პრაქტიკულ გამოყენებას, მაგრამ მომავალში შეიძლება გამოდგება. ახალი ტემპერატურის მნიშვნელობა გამოყენებული იქნება ახალ სეისმოლოგიურ და გეოფიზიკურ მოდელებში, რამაც მომავალში შესაძლოა სერიოზული სამეცნიერო აღმოჩენები გამოიწვიოს. ზოგადად, გარემომცველი სამყაროს უფრო სრულყოფილი და ზუსტი სურათი თავისთავად ღირებულია მეცნიერებისთვის.

იმის გამოსათვლელად, თუ რა მნიშვნელობებს აღწევს დედამიწის შიგნით წნევა, გამოწვეული ქანების წონით, რომლებიც ქმნიან სხვადასხვა გარსებს, თქვენ უნდა იცოდეთ ქანების სიმკვრივე ყველა სიღრმეზე და სიმძიმის სიდიდე ასევე ყველა სიღრმეზე. ცენტრი.

როგორც ვნახეთ, ქანების სიმკვრივე იზრდება სიღრმესთან ერთად, თუმცა არათანაბრად. ზედაპირზე 2,5-დან, დაახლოებით 100 სიღრმეზე ადის 3,4-მდე. კმდა 6.0-მდე 2900-ზე კმზედაპირის ქვემოთ. აქ, ბირთვის საზღვარზე, შეინიშნება ნახტომი სიმკვრივის მნიშვნელობაში: ის მაშინვე აღწევს მნიშვნელობას 9,5 (დაახლოებით), შემდეგ კი კვლავ იზრდება ერთნაირად და აღწევს 12,5-ს ბირთვის ცენტრში (M. S. Molodensky, 1955 წ. ) (იხ. სურ. 8).

ბრინჯი. 8. სიმკვრივის ცვლილება დედამიწის შიგნით.


რაც შეეხება გრავიტაციას, ამის შესახებ შეიძლება ითქვას შემდეგი. გრავიტაცია არის ძალა, რომლითაც დედამიწა იზიდავს ყველა სხეულს თავისკენ. ამ ძალის გავლენით თავისუფალ მდგომარეობაში მყოფი სხეულები (მაგალითად, ჰაერში) ეცემა დედამიწაზე, ანუ მოძრაობენ დედამიწის ცენტრისკენ, თანდათან აჩქარდებიან, ანუ იღებენ „აჩქარებას“. "სიმძიმის აჩქარების" სიდიდე შეიძლება გამოითვალოს. დედამიწის ზედაპირზე, გრავიტაციის გამო აჩქარება დაახლოებით 9,8-ია მ/წმ 2; დედამიწის სიღრმეში ის ჯერ ოდნავ იზრდება, აღწევს მაქსიმუმს ბირთვის ზედაპირთან ახლოს, შემდეგ კი სწრაფად იკლებს და დედამიწის ცენტრში ნულს აღწევს (სურ. 9). ეს გასაგებია: წერტილი, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ცენტრში, იზიდავს მის გარშემო მყოფ ყველა ნაწილს, ყველა რადიუსზე ერთი და იგივე ძალით, და შედეგად, შედეგი იქნება ნულის ტოლი.



ბრინჯი. 9. გრავიტაციის აჩქარების ცვლილება დედამიწის შიგნით.


ამ ინფორმაციის საშუალებით შეგვიძლია გამოვთვალოთ 1 კვადრატული კვეთის მქონე ქანების სვეტის წონა. სანტიმეტრი და სიგრძე, რადიუსის ტოლიდედამიწა ან მისი რომელიმე ნაწილი. ეს იქნება ზეწოლა, რომელიც მოახდენს გადახურული ქანების მასით ელემენტარულ ზონაზე (1 კვ. სმ) დედამიწის სიღრმეში. გამოთვლები მივყავართ შემდეგ ციფრებს: "ერთად" დედამიწის ქერქი, ანუ სილიის გარსის ძირში (50 სიღრმეზე კმ) - დაახლოებით 13 ათასი ატმოსფერო, ანუ დაახლოებით 13 ტონა კვადრატულ სანტიმეტრზე; ბირთვის საზღვარზე - დაახლოებით 1,4 მილიონი ატმოსფერო; დედამიწის ცენტრში - დაახლოებით 3 მილიონი ატმოსფერო (სურ. 10). სამი მილიონი ატმოსფერო არის დაახლოებით სამი ათასი ტონა კვადრატულ სანტიმეტრზე. ეს არის უზარმაზარი თანხა. ჯერ ვერცერთმა ლაბორატორიამ ვერ მიაღწია ასეთ წნევას.



ბრინჯი. 10. წნევის ცვლილებები დედამიწის შიგნით.


მოდით გადავიდეთ ტემპერატურაზე. ჭაბურღილების, ისევე როგორც მაღაროების გაზომვების მიხედვით, დადგინდა, რომ ტემპერატურა იზრდება სიღრმესთან ერთად, იზრდება დაახლოებით 3 ° -ით ყოველ 100 მეტრზე. ტემპერატურის ზრდის მსგავსი ტემპი შენარჩუნებულია ყველგან, ყველა კონტინენტზე, მაგრამ მხოლოდ დედამიწის გარე ნაწილებში, მის ზედაპირთან ახლოს. სიღრმესთან ერთად, "გეოთერმული გრადიენტის" სიდიდე ეცემა (გეოთერმული გრადიენტი - ტემპერატურის ცვლილება გრადუსიან სანტიმეტრში). ქანების თბოგამტარობაზე დაფუძნებული გამოთვლები აჩვენებს, რომ გეოთერმული გრადიენტი, რომელიც ცნობილია დედამიწის გარე ნაწილებისთვის, შენარჩუნებულია არაუმეტეს პირველი 20. კმ; ქვემოთ ტემპერატურის მატება საგრძნობლად ნელდება. სილიური გარსის ძირში ტემპერატურა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ იყოს 900°-ზე მეტი; 100 სიღრმეზე კმ -დაახლოებით 1500°; გარდა ამისა, მისი ზრდა კიდევ უფრო შენელდება. რაც შეეხება დედამიწის ცენტრალურ ნაწილებს, კერძოდ ბირთვს, ძალიან რთულია მათ შესახებ რაიმეს დარწმუნებით მიცემა. ექსპერტები, რომლებმაც ეს საკითხი შეისწავლეს, თვლიან, რომ დედამიწის ინტერიერი თბება არაუმეტეს 2-3 ათასი გრადუსით (სურ. 11).



ბრინჯი. 11. ტემპერატურის ცვლილება დედამიწის შიგნით.


შეიძლება საინტერესო იყოს შედარებისთვის გავიხსენოთ, რომ მზის ცენტრში ტემპერატურა 1 მილიონი გრადუსია, მზის ზედაპირზე - დაახლოებით 6000 °. დამწვარი თმა ნათურათბება 3000°-მდე.

საინტერესო მონაცემები ხელმისაწვდომია სითბოს წყაროების და დედამიწის თერმული რეჟიმის შესახებ. ოდესღაც ითვლებოდა, რომ დედამიწა ინარჩუნებს მზის მიერ „მემკვიდრეობით“ დატოვებულ „ორიგინალურ“ სითბოს და თანდათან კარგავს მას, გაცივდება და მოცულობაში იკლებს. რადიოაქტიური ელემენტების აღმოჩენამ შეცვალა წინა იდეები. აღმოჩნდა, რომ ქანები, რომლებიც ქმნიან დედამიწის ქერქს, შეიცავს რადიოაქტიურ ელემენტებს, რომლებიც სპონტანურად და განუწყვეტლივ ასხივებენ სითბოს. ამ სითბოს რაოდენობა შეფასებულია მცირე კალორიის დაახლოებით 6 მემილიონედად 1 კალორიაზე კუბური სანტიმეტრიქანები წელიწადში და იმისთვის, რომ დედამიწის ზედაპირის მიერ გამოსხივებული სითბოს მთელი მოხმარება დაიფაროს მსოფლიო სივრცეში, აუცილებელია, რომ კლდის ერთი და იგივე ელემენტარული კუბი წელიწადში მხოლოდ სამი ათმილიონედი მცირე კალორიას გამოყოფს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არ არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ დედამიწა გაცივდა. პირიქით, მას შეუძლია გაათბო. ამის საფუძველზე, ქ ბოლო წლებიშემოთავაზებულია ახალი ჰიპოთეზები დედამიწის ქერქის განვითარებისა და მის მიერ განცდილი მოძრაობების წარმოშობის შესახებ.

ყოფნის გათვალისწინებით მაღალი ტემპერატურადედამიწის წიაღში ჩვენ გვაქვს უფლება დავსვათ შემდეგი კითხვა: რა ფიზიკურ („აგრეგატულ“) მდგომარეობაშია დედამიწის შიდა ნაწილები? მყარი ან თხევადი, ან იქნებ აირისებრი?

უახლესი ვერსია, ანუ დედამიწის შიგნით მატერიის აირისებრი მდგომარეობის იდეა შეიძლება დაუყოვნებლივ უარყოს. დედამიწის შემადგენელი მინერალების გაზად გადაქცევას სჭირდება გაცილებით მაღალი ტემპერატურა, ვიდრე დასაშვებია, ზემოთ წარმოდგენილი მონაცემებით ვიმსჯელებთ.

მაგრამ ქანები შეიძლება იყოს თხევად მდგომარეობაში. მაგალითად, ცნობილია, რომ "მჟავე" ქანები დნება 1000°C-ზე, "ძირითადი" ქანები დნება 1000-1200°C, ხოლო "ულტრაბაზური" ქანები დნება 1300-1400°C ტემპერატურაზე. ეს ნიშნავს, რომ უკვე 100–130 სიღრმეზე კმქანები უნდა დნება. მაგრამ არის ძალიან მაღალი წნევა და წნევა ამაღლებს დნობის წერტილს. ვისი გავლენა იქნება უფრო დიდი: მაღალი ტემპერატურა ან მაღალი წნევა?

აქ კვლავ უნდა მივმართოთ სეისმური დაკვირვებების დახმარებას. გრძივი და განივი ტალღები თავისუფლად გადის დედამიწის ყველა გარსში, რომელიც ჩაკეტილია დედამიწის ზედაპირსა და ბირთვის საზღვარს შორის; შესაბამისად, ყველგან აქ მატერია იქცევა როგორც მყარი. ეს დასკვნა შეესაბამება ასტრონომებისა და გეოფიზიკოსების დასკვნას, რომლებმაც აჩვენეს, რომ მთლიანი დედამიწის სიმტკიცე ახლოს არის ფოლადის სიმტკიცესთან. ვ.ფ.ბონჩკოვსკის გამოთვლებით, დედამიწის სიხისტე შეფასებულია 12 10 11 დინი კვადრატულ სანტიმეტრზე, რაც ოთხჯერ აღემატება გრანიტის სიმტკიცეს.

ამრიგად, თანამედროვე მონაცემების მთლიანობა ვარაუდობს, რომ დედამიწის ყველა ჭურვი (გარდა მისი ბირთვისა!) უნდა ჩაითვალოს მყარ მდგომარეობაში. თხევადი მდგომარეობამატერია შეიძლება ვივარაუდოთ მხოლოდ დედამიწის ქერქის სისქეში საკმაოდ უმნიშვნელო უბნებზე, რომელთანაც ვულკანები პირდაპირ კავშირშია.

 

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: