Miezul pământului este lichid sau solid. De ce nucleul pământului nu se răcește? Cum s-a format nucleul Pământului

De ce nucleul pământului nu s-a răcit și a rămas încălzit la o temperatură de aproximativ 6000°C timp de 4,5 miliarde de ani? Întrebarea este extrem de complexă, la care, de altfel, știința nu poate da un răspuns 100% exact și inteligibil. Cu toate acestea, există motive obiective pentru aceasta.

Secretul excesiv

Misterul excesiv, ca să spunem așa, al miezului pământului este asociat cu doi factori. În primul rând, nimeni nu știe sigur cum, când și în ce circumstanțe s-a format - acest lucru s-a întâmplat în timpul formării proto-pământului sau deja la primele etape existența unei planete formate este un mare mister. În al doilea rând, este absolut imposibil să obțineți mostre din miezul pământului - nimeni nu știe sigur în ce constă. Mai mult, toate datele pe care le cunoaștem despre nucleu sunt colectate folosind metode și modele indirecte.

De ce nucleul Pământului rămâne fierbinte?

Pentru a încerca să înțelegeți de ce miezul pământului nu se răcește atât de mult timp, trebuie mai întâi să înțelegeți ce a făcut să se încălzească inițial. Interiorul planetei noastre, ca și cel al oricărei alte planete, este eterogen; ele reprezintă straturi relativ clar delimitate de diferite densități. Dar nu a fost întotdeauna cazul: elementele grele s-au scufundat încet, formând miezul intern și extern, în timp ce elementele ușoare au fost forțate în vârf, formând mantaua și scoarța terestră. Acest proces decurge extrem de lent și este însoțit de eliberarea de căldură. Cu toate acestea, acesta nu a fost motivul principal al încălzirii. Întreaga masă a Pământului putere enormă apasă pe centrul său, producând o presiune fenomenală de aproximativ 360 GPa (3,7 milioane de atmosfere), în urma căreia elementele radioactive cu viață lungă conținute în miezul fier-silicio-nichel au început să se descompună, ceea ce a fost însoțit de emisii colosale de căldură.

O sursă suplimentară de încălzire este energia cinetică generată ca urmare a frecării dintre diferite straturi (fiecare strat se rotește independent de celălalt): miezul interior cu exteriorul și exteriorul cu mantaua.

Interiorul planetei (nu se respecta proportiile). Frecarea dintre cele trei straturi interioare servește sursă suplimentară Incalzi

Pe baza celor de mai sus, putem concluziona că Pământul și în special intestinele sale sunt o mașinărie autosuficientă care se încălzește singur. Dar acest lucru nu poate continua pentru totdeauna: rezervele de elemente radioactive din interiorul nucleului dispar încet și nu va mai exista nimic care să mențină temperatura.

Se face frig!

De fapt, procesul de răcire a început deja cu foarte mult timp în urmă, dar decurge extrem de lent - la o fracțiune de grad pe secol. Conform estimărilor aproximative, vor trece cel puțin 1 miliard de ani înainte ca miezul să se răcească complet și reacțiile chimice și alte reacții din el să înceteze.

Răspuns scurt: Pământul, și în special miezul pământului, este o mașină autosuficientă care se încălzește singur. Întreaga masă a planetei apasă pe centrul său, producând o presiune fenomenală și, prin urmare, declanșând procesul de dezintegrare a elementelor radioactive, în urma căruia se eliberează căldură.

Oamenii au umplut Pământul. Am cucerit pământuri, am zburat prin aer, ne-am scufundat în adâncurile oceanului. Am vizitat chiar și luna. Dar nu am fost niciodată în miezul planetei. Nici nu ne-am apropiat de el. Punctul central al Pământului se află la 6.000 de kilometri mai jos și chiar și cea mai îndepărtată parte a nucleului se află la 3.000 de kilometri sub picioarele noastre. Cea mai adâncă gaură pe care am făcut-o la suprafață este , și chiar și atunci intră adânc în pământ 12,3 kilometri.

Toate evenimentele cunoscute de pe Pământ au loc aproape de suprafață. Lava care erupe din vulcani se topește mai întâi la o adâncime de câteva sute de kilometri. Chiar și diamantele, care necesită căldură și presiune extremă pentru a se forma, se nasc în roci la cel mult 500 de kilometri adâncime.

Tot ce este dedesubt este învăluit în mister. Pare de neatins. Și totuși știm destul de multe lucruri interesante despre nucleul nostru. Avem chiar și o idee despre cum s-a format acum miliarde de ani - toate fără un singur specimen fizic. Cum am reușit să învățăm atât de multe despre miezul Pământului?

Primul pas este să ne gândim cu atenție la masa Pământului, spune Simon Redfern de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie. Putem estima masa Pământului observând efectul pe care gravitația planetei îl are asupra obiectelor de la suprafață. S-a dovedit că masa Pământului este de 5,9 sextilioane de tone: adică 59 urmate de douăzeci de zerouri.

Dar nu există niciun semn de o astfel de masă la suprafață.

„Densitatea materialului de pe suprafața Pământului este mult mai mică decât densitatea medie a întregului Pământ, ceea ce ne spune că există ceva mai dens acolo”, spune Redfern. „Acesta este primul.”

In esenta majoritatea masa pământului ar trebui să fie situată spre centrul planetei. Următorul pas este să aflați din ce materiale grele este făcut miezul. Și constă aproape în întregime din fier. Cu toate acestea, 80% din miez este fier cifra exacta mai trebuie să aflu.

Principala dovadă în acest sens este cantitatea uriașă de fier din Universul din jurul nostru. Este unul dintre cele mai abundente zece elemente din galaxia noastră și se găsește, de asemenea, în mod obișnuit în meteoriți. Cu toate acestea, pe suprafața Pământului există mult mai puțin fier decât ne-am aștepta. Conform teoriei, atunci când Pământul s-a format acum 4,5 miliarde de ani, o mulțime de fier a coborât în ​​miez.

Cea mai mare parte a masei este concentrată acolo, ceea ce înseamnă că fierul ar trebui să fie acolo. Fierul este, de asemenea, un element relativ dens în condiții normale, iar sub presiune extremă în miezul Pământului va fi și mai dens. Un miez de fier ar putea explica toată masa lipsă.

Dar asteapta. Cum a ajuns fierul acolo în primul rând? Fierul de călcat trebuia atras cumva – spre literalmente- spre centrul Pământului. Dar acum acest lucru nu se întâmplă.

Cea mai mare parte a restului Pământului este alcătuită din roci - silicați - iar fierul topit trece cu dificultate prin ele. Așa cum apa formează picături pe o suprafață grasă, fierul se adună în rezervoare mici, refuzând să se răspândească și să se verse.

O posibilă soluție a fost descoperită în 2013 de Wendy Mao de la Universitatea Stanford și colegii ei. S-au întrebat ce se întâmplă când fierul și silicatul sunt supuse unei presiuni intense adânc în pământ.

Prin stoarcerea strânsă a ambelor substanțe folosind diamante, oamenii de știință au reușit să forțeze fierul topit prin silicat. „Această presiune modifică semnificativ proprietățile de interacțiune ale fierului cu silicații”, spune Mao. - La presiune mare se formează o „rețea de topire”.


Acest lucru poate indica faptul că fierul a alunecat treptat prin rocile Pământului de-a lungul a milioane de ani până a ajuns la miez.

În acest moment, vă puteți întreba: de unde știm de fapt dimensiunea nucleului? De ce cred oamenii de știință că începe la 3000 de kilometri distanță? Există un singur răspuns: seismologia.

Când are loc un cutremur, acesta trimite unde de șoc în întreaga planetă. Seismologii înregistrează aceste vibrații. E ca și cum am lovi o parte a planetei cu un ciocan uriaș și ascultăm zgomotul de pe cealaltă parte.

„A fost un cutremur în Chile în anii 1960, care ne-a oferit o cantitate imensă de date”, spune Redfern. „Fiecare stație seismică din jurul Pământului a înregistrat tremurul acestui cutremur.”

În funcție de traseul pe care îl parcurg aceste vibrații, trec prin diferite părți ale Pământului, iar acest lucru afectează ce „sunet” scot la celălalt capăt.

La începutul istoriei seismologiei, a devenit evident că lipseau unele oscilații. Aceste „unde S” erau de așteptat să fie văzute la celălalt capăt al Pământului după ce au apărut la un capăt, dar nu au fost văzute. Motivul pentru aceasta este simplu. Undele S reverberează prin materialul solid și nu pot călători prin lichid.

Probabil că au întâlnit ceva topit în centrul Pământului. Prin cartografierea căilor undelor S, oamenii de știință au ajuns la concluzia că, la o adâncime de aproximativ 3.000 de kilometri, rocile devin lichide. Acest lucru sugerează, de asemenea, că întregul miez este topit. Dar seismologii au avut o altă surpriză în această poveste.


În anii 1930, seismologul danez Inge Lehman a descoperit că un alt tip de undă, undele P, a trecut în mod neașteptat prin nucleu și a fost detectat de cealaltă parte a planetei. Imediat a urmat presupunerea că miezul a fost împărțit în două straturi. Miezul „interior”, care începe la 5.000 de kilometri mai jos, era solid. Doar miezul „exterior” este topit.

Ideea lui Lehman a fost confirmată în 1970, când seismografele mai sensibile au arătat că undele P au călătorit într-adevăr prin nucleu și, în unele cazuri, s-au reflectat din acesta în anumite unghiuri. Nu este de mirare că ajung pe cealaltă parte a planetei.

Nu doar cutremurele trimit unde de șoc prin Pământ. De fapt, seismologii datorează mult dezvoltării arme nucleare.

O explozie nucleară creează și valuri pe sol, motiv pentru care statele apelează la seismologi pentru ajutor în timpul testării armelor nucleare. Pe parcursul război rece acest lucru a fost extrem de important, așa că seismologii precum Lehman au primit mult sprijin.

Țările concurente învățau una despre capacitățile nucleare ale celeilalte și, în același timp, învățăm din ce în ce mai multe despre nucleul Pământului. Seismologia este folosită și astăzi pentru a detecta exploziile nucleare.


Acum putem face o imagine aproximativă a structurii Pământului. Există un nucleu exterior topit care începe la jumătatea distanței spre centrul planetei, iar în interiorul acestuia se află un nucleu interior solid cu un diametru de aproximativ 1.220 de kilometri.

Acest lucru nu reduce întrebările, mai ales pe tema nucleului interior. De exemplu, cât de cald este? Să-ți dai seama de acest lucru nu a fost atât de ușor, iar oamenii de știință s-au scarpinat în cap de mult timp, spune Lidunka Vokadlo de la University College London din Marea Britanie. Nu putem pune un termometru acolo, deci singurul varianta posibila- aceasta este pentru a crea presiunea necesară în condiții de laborator.


La conditii normale fierul se topește la o temperatură de 1538 de grade

În 2013, un grup de oameni de știință francezi a produs cea mai bună estimare de până acum. Au supus fierului pur la jumătate din presiunea a ceea ce este în miez și au pornit de acolo. Punctul de topire al fierului pur în miez este de aproximativ 6230 de grade. Prezența altor materiale poate scădea ușor punctul de topire, până la 6000 de grade. Dar este încă mai fierbinte decât suprafața Soarelui.

Ca un fel de cartof jachetă, miezul Pământului rămâne fierbinte datorită căldurii rămase de la formarea planetei. De asemenea, extrage căldură din frecarea care are loc pe măsură ce materialele dense se mișcă, precum și din degradarea elementelor radioactive. Se răcește cu aproximativ 100 de grade Celsius la fiecare miliard de ani.

Cunoașterea acestei temperaturi este utilă deoarece afectează viteza cu care vibrațiile se deplasează prin miez. Și acest lucru este convenabil, pentru că există ceva ciudat în aceste vibrații. Undele P călătoresc surprinzător de încet prin miezul interior - mai lent decât dacă ar fi făcut din fier pur.

„Vitezele undelor pe care le-au măsurat seismologii în timpul cutremurelor sunt mult mai mici decât ceea ce arată experimentele sau calculele computerizate”, spune Vokadlo. „Nimeni nu știe încă de ce este așa.”

Se pare că există un alt material amestecat cu fierul de călcat. Posibil nichel. Dar oamenii de știință au calculat modul în care undele seismice ar trebui să treacă printr-un aliaj fier-nichel și nu au putut să potrivească calculele cu observațiile.

Vokadlo și colegii ei analizează acum posibilitatea ca alte elemente, cum ar fi sulful și siliciul, să fie prezente în miez. Până acum, nimeni nu a reușit să vină cu o teorie a compoziției nucleului interior care să mulțumească pe toată lumea. Problema Cenușăreasa: pantoful nu se potrivește nimănui. Vokadlo încearcă să experimenteze cu materiale de bază interioare pe un computer. Ea speră să găsească o combinație de materiale, temperaturi și presiuni care să încetinească undele seismice cu cantitatea potrivită.


Ea spune că secretul poate sta în faptul că miezul interior este aproape la punctul de topire. Ca urmare, proprietățile exacte ale materialului pot diferi de cele ale unei substanțe complet solide. Ar putea explica, de asemenea, de ce undele seismice călătoresc mai lent decât se aștepta.

„Dacă acest efect este real, am putea reconcilia rezultatele fizicii minerale cu rezultatele seismologiei”, spune Vokadlo. „Oamenii nu pot face asta încă.”

Există încă multe mistere legate de miezul Pământului care nu au fost încă rezolvate. Dar incapabili să se scufunde la aceste adâncimi inimaginabile, oamenii de știință reușesc isprava de a afla ce se află la mii de kilometri sub noi. Procesele ascunse din interiorul Pământului sunt extrem de importante de studiat. Pământul are un câmp magnetic puternic care este generat de miezul său parțial topit. Mișcarea constantă a miezului topit generează un curent electric în interiorul planetei, iar acesta, la rândul său, generează un câmp magnetic care se extinde departe în spațiu.

Acest câmp magnetic ne protejează de radiațiile solare dăunătoare. Dacă nucleul Pământului nu ar fi așa cum este, nu ar exista camp magnetic, și am suferi serios din cauza asta. Este puțin probabil ca vreunul dintre noi să poată vedea miezul cu propriii ochi, dar este bine să știm doar că este acolo.

Când îți arunci cheile într-un flux de lavă topită, spune-le la revedere pentru că, ei, băiete, sunt totul.
- Jack Handy

Privind planeta noastră natală, vei observa că 70% din suprafața sa este acoperită cu apă.

Știm cu toții de ce este așa: pentru că oceanele Pământului plutesc deasupra stâncilor și murdăriei care alcătuiesc pământul. Conceptul de flotabilitate, în care obiectele mai puțin dense plutesc deasupra celor mai dense care se scufundă dedesubt, explică mult mai mult decât oceanele.

Același principiu care explică de ce gheața plutește în apă, un balon cu heliu se ridică în atmosferă și rocile se scufundă într-un lac explică de ce straturile planetei Pământ sunt aranjate așa cum sunt.

Cea mai puțin densă parte a Pământului, atmosfera, plutește deasupra oceanelor de apă, care plutesc deasupra scoarței terestre, care se află deasupra mantalei mai dense, care nu se scufundă în cea mai densă parte a Pământului: scoarța.

În mod ideal, cea mai stabilă stare a Pământului ar fi cea care ar fi distribuită în mod ideal în straturi, ca o ceapă, cu elementele cele mai dense în centru, iar pe măsură ce vă deplasați spre exterior, fiecare strat ulterior ar fi compus din elemente mai puțin dense. Și fiecare cutremur, de fapt, mișcă planeta spre această stare.

Și aceasta explică nu numai structura Pământului, ci și a tuturor planetelor, dacă vă amintiți de unde provin aceste elemente.


Când Universul era tânăr – în vârstă de doar câteva minute – existau doar hidrogen și heliu. Elementele din ce în ce mai grele au fost create în stele și numai atunci când aceste stele au murit, elementele mai grele au scăpat în Univers, permițând să se formeze noi generații de stele.


Dar de această dată, un amestec al tuturor acestor elemente - nu numai hidrogen și heliu, ci și carbon, azot, oxigen, siliciu, magneziu, sulf, fier și altele - formează nu numai o stea, ci și un disc protoplanetar în jurul acestei stele.

Presiunea din interior spre exterior într-o stea în formare împinge elementele mai ușoare în afară, iar gravitația face ca neregulile din disc să se prăbușească și să formeze planete.


Când sistem solar cele patru lumi interioare sunt cele mai dense dintre toate planetele din sistem. Mercurul este format din elementele cele mai dense care nu puteau ține un numar mare de hidrogen și heliu.

Alte planete, mai masive și mai îndepărtate de Soare (și, prin urmare, primesc mai puțină radiație), au fost capabile să rețină mai multe dintre aceste elemente ultra-ușoare - așa s-au format giganții gazosi.

Pe toate lumi, ca și pe Pământ, în medie, cele mai dense elemente sunt concentrate în miez, iar cele ușoare formează în jurul lui straturi din ce în ce mai puțin dense.


Nu este de mirare că fierul, cel mai stabil element și cel mai greu element creat în cantități mari la marginea supernovelor, este cel mai abundent element din nucleul pământului. Dar poate surprinzător, între nucleul solid și mantaua solidă se află un strat lichid de peste 2.000 km grosime: nucleul exterior al Pământului.


Pământul are un strat gros de lichid care conține 30% din masa planetei! Și am aflat despre existența sa folosind o metodă destul de ingenioasă - datorită undelor seismice provenite din cutremure!


În cutremur, se nasc unde seismice de două tipuri: unda principală de compresie, cunoscută sub numele de undă P, care se deplasează de-a lungul unui traseu longitudinal.

și o a doua undă de forfecare, cunoscută sub numele de undă S, similară cu valurile de pe suprafața mării.

Stațiile seismice din întreaga lume sunt capabile să capteze undele P și S, dar undele S nu călătoresc prin lichid, iar undele P nu doar călătoresc prin lichid, ci sunt refractate!

Drept urmare, putem înțelege că Pământul are un nucleu exterior lichid, în afara căruia există o manta solidă, iar în interior există un nucleu interior solid! Acesta este motivul pentru care nucleul Pământului conține cele mai grele și mai dense elemente și așa știm că nucleul exterior este un strat lichid.

Dar de ce este lichidul miezului exterior? Ca toate elementele, starea fierului, fie solid, lichid, gaz sau altele, depinde de presiunea și temperatura fierului.

Fierul este un element mai complex decât multele cu care sunteți obișnuiți. Desigur, poate avea diferite faze solide cristaline, așa cum este indicat în grafic, dar nu ne interesează presiunile obișnuite. Coborâm în miezul pământului, unde presiunile sunt de un milion de ori mai mari decât nivelul mării. Cum arată diagrama de fază pentru presiuni atât de mari?

Frumusețea științei este că, chiar dacă nu aveți răspunsul la o întrebare imediat, sunt șanse ca cineva să fi făcut deja cercetările care ar putea duce la răspuns! În acest caz, Ahrens, Collins și Chen în 2001 au găsit răspunsul la întrebarea noastră.

Și deși diagrama arată presiuni gigantice de până la 120 GPa, este important de reținut că presiunea atmosferică este de numai 0,0001 GPa, în timp ce în miezul interior presiunile ajung la 330-360 GPa. Linia continuă superioară arată limita dintre fierul de topire (sus) și fierul solid (jos). Ai observat cum linia continuă de la capăt face o întoarcere bruscă în sus?

Pentru ca fierul să se topească la o presiune de 330 GPa, este necesară o temperatură enormă, comparabilă cu cea care predomină pe suprafața Soarelui. Aceleași temperaturi la presiuni mai mici vor menține cu ușurință fierul în stare lichidă, iar la presiuni mai mari - în stare solidă. Ce înseamnă asta în ceea ce privește nucleul Pământului?


Aceasta înseamnă că, pe măsură ce Pământul se răcește, temperatura sa internă scade, dar presiunea rămâne neschimbată. Adică, în timpul formării Pământului, cel mai probabil, întregul nucleu a fost lichid și, pe măsură ce se răcește, nucleul interior crește! Și în acest proces, deoarece fierul solid are o densitate mai mare decât fierul lichid, Pământul se contractă încet, ceea ce duce la cutremure!


Așadar, nucleul Pământului este lichid deoarece este suficient de fierbinte pentru a topi fierul, dar numai în regiunile cu presiune suficient de scăzută. Pe măsură ce Pământul îmbătrânește și se răcește, tot mai mult nucleu devine solid și astfel Pământul se micșorează puțin!

Dacă vrem să privim departe în viitor, ne putem aștepta să apară aceleași proprietăți ca cele observate la Mercur.


Mercurul, datorită dimensiunilor sale mici, s-a răcit deja și s-a contractat semnificativ și are fracturi lungi de sute de kilometri care au apărut din cauza nevoii de compresie din cauza răcirii.

Deci, de ce Pământul are un nucleu lichid? Pentru că încă nu s-a răcit. Și fiecare cutremur este o mică apropiere a Pământului până la starea sa finală, răcită și complet solidă. Dar nu-ți face griji, cu mult înainte de acel moment Soarele va exploda și toți cei pe care îi cunoști vor fi morți pentru o perioadă foarte lungă de timp.

20321 0

Folosind o combinație subtilă de acceleratori de particule, raze X, lasere de mare intensitate, diamante și atomi de fier, oamenii de știință au reușit să calculeze temperatura nucleului interior al planetei noastre.

Potrivit noilor calcule, este de 6000 de grade Celsius, ceea ce este cu o mie de grade mai mare decât se credea anterior.

Astfel, nucleul planetei Pământ are o temperatură mai mare decât suprafața Soarelui.

Noile date pot conduce la o regândire a faptelor considerate anterior imuabile în domenii precum geofizica, seismologia, geodinamica și alte discipline orientate spre planetă.

Privind în jos de la suprafață, Pământul este format dintr-o crustă, o manta superioară solidă, apoi o manta în mare parte solidă, un miez exterior de fier topit și nichel și un miez interior de fier și nichel solid. Miezul exterior este lichid din cauza temperaturilor ridicate, dar presiunea mai mare din miezul interior previne topirea rocii.

Distanța de la suprafață până la centrul Pământului este de 6371 km. Grosimea crustei este de 35 km, mantaua este de 2855 km; pe fundalul unor astfel de distanțe, fântâna superadâncă Kola, adâncă de 12 km, arată ca un simplu fleac. În esență, nu știm nimic sigur despre ce se întâmplă sub crustă. Toate datele noastre se bazează pe undele seismice ale cutremurelor reflectate din diferite straturi ale Pământului și pe firimiturile jalnice care cad la suprafață din adâncuri, precum magma vulcanică.

Desigur, oamenii de știință cu mare plăcere ar fora un puț până la miez, dar cu nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei, această sarcină nu este posibilă. Deja la doisprezece kilometri, forarea puțului Kola a trebuit să fie oprită, deoarece temperatura la o astfel de adâncime era de 180 de grade.

La cincisprezece kilometri temperatura este prognozată a fi de 300 de grade, iar la acest nivel instalațiile moderne de foraj nu vor putea funcționa. Si cu atat mai mult, acum nu exista tehnologii care sa faca posibila gaurirea in manta, in intervalul de temperatura de 500-4000 de grade. Nu ar trebui să uităm de partea practică a problemei: nu există ulei în afara crustei, așa că s-ar putea să nu fie cineva dispus să investească în încercarea de a crea astfel de tehnologii.

Pentru a calcula temperatura din nucleul interior, cercetătorii francezi au făcut tot posibilul pentru a recrea temperaturile și presiunile ultra-înalte ale nucleului în laborator. Simularea presiunii este cea mai dificilă sarcină: la această adâncime se ajunge la o valoare de 330 gigapascali, care este de trei milioane de ori mai mare decât presiunea atmosferică.

Pentru a o rezolva, a fost folosită o celulă de nicovală de diamant. Este format din două diamante conice care impactează materialul pe ambele părți pe o suprafață mai mică de un milimetru în diametru; astfel, asupra probei de fier s-a exercitat o presiune de 200 gigapascali. Fierul a fost apoi încălzit folosind un laser și supus analizei de difracție cu raze X pentru a observa trecerea de la solid la lichid în aceste condiții. În cele din urmă, oamenii de știință au făcut corecții la rezultatele obținute pentru o presiune de 330 gigapascali, obținând o temperatură de acoperire a miezului interior de 5957 plus sau minus 500 de grade. În interiorul nucleului în sine, este aparent chiar mai mare.

De ce este atât de importantă regândirea temperaturii nucleului planetei?

Câmpul magnetic al Pământului este generat tocmai de nucleu și influențează multe evenimente care au loc pe suprafața planetei - de exemplu, menținerea atmosferei pe loc. Știind că temperatura centrală este cu o mie de grade mai mare decât se credea anterior, nu oferă încă aplicații practice, dar poate fi util în viitor. Noua valoare a temperaturii va fi utilizată în noi modele seismologice și geofizice, care în viitor ar putea duce la descoperiri științifice serioase. În general, o imagine mai completă și mai precisă a lumii din jurul nostru este valoroasă pentru oamenii de știință în sine.

Pentru a calcula ce valori atinge presiunea din interiorul Pământului, cauzată de greutatea rocilor care alcătuiesc diferitele cochilii, trebuie să cunoașteți densitatea rocilor la toate adâncimile și magnitudinea forței gravitaționale. adâncimi până în centru.

După cum am văzut, densitatea rocilor crește odată cu adâncimea, deși în mod neuniform. De la 2,5 la suprafață ajunge la 3,4 la o adâncime de aproximativ 100 kmși până la 6.0 la nivelul 2900 km sub suprafata. Aici, la limita nucleului, se observă un salt în valoarea densității: ajunge imediat la o valoare de 9,5 (aproximativ), apoi crește din nou uniform, ajungând la 12,5 în centrul nucleului (conform M. S. Molodensky, 1955). ) (vezi Fig. 8).

Orez. 8. Schimbarea densității în interiorul Pământului.


În ceea ce privește gravitația, se pot spune următoarele despre ea. Gravitația este forța cu care Pământul atrage toate corpurile spre sine. Sub influența acestei forțe, corpurile care se află în stare liberă (de exemplu, în aer) cad pe Pământ, adică se deplasează spre centrul Pământului, accelerând treptat, adică primind „accelerare”. Mărimea „accelerației gravitaționale” poate fi calculată. Pe suprafața Pământului, accelerația datorată gravitației este de aproximativ 9,8 m/sec 2; în adâncurile Pământului ea crește mai întâi ușor, atingând un maxim în apropierea suprafeței nucleului, apoi cade rapid, ajungând la zero în centrul Pământului (Fig. 9). Acest lucru este de înțeles: un punct situat în centrul globului este atras de toate părțile care îl înconjoară, cu aceeași forță de-a lungul tuturor razelor, iar în final rezultatul va fi egal cu zero.



Orez. 9. Modificarea accelerației gravitației în interiorul Pământului.


Cu aceste informații, putem calcula greutatea unei coloane de rocă cu o secțiune transversală egală cu 1 metru pătrat. centimetru și lungime, egală cu raza Pământul sau orice parte a acestuia. Aceasta va fi presiunea exercitată de greutatea rocilor de deasupra platformei elementare (1 mp cm)în adâncurile Pământului. Calculele duc la următoarele cifre: în „jos” Scoarta terestra, adică la baza membranei sialice (la o adâncime de 50 km) - aproximativ 13 mii de atmosfere, adică aproximativ 13 tone pe centimetru pătrat; la limita centrală - aproximativ 1,4 milioane de atmosfere; în centrul Pământului – aproximativ 3 milioane de atmosfere (Fig. 10). Trei milioane de atmosfere înseamnă aproximativ trei mii de tone pe centimetru pătrat. Aceasta este o sumă uriașă. Niciun laborator nu a reușit încă să realizeze astfel de presiuni.



Orez. 10. Modificări ale presiunii în interiorul Pământului.


Să trecem la temperatură. Conform măsurătorilor în foraje, precum și în mine, s-a constatat că temperatura crește odată cu adâncimea, crescând cu aproximativ 3° la fiecare 100 de metri. O rată similară de creștere a temperaturii se menține peste tot, pe toate continentele, dar numai în părțile exterioare ale Pământului, aproape de însăși suprafața sa. Odată cu adâncimea, magnitudinea „gradientului geotermal” (gradientul geotermal este modificarea temperaturii în grade pe centimetru) scade. Calculele bazate pe conductivitatea termică a rocilor arată că gradientul geotermal cunoscut pentru părțile exterioare ale globului persistă nu mai mult decât în ​​primele 20 de ani. km; Mai jos, creșterea temperaturii încetinește vizibil. La baza membranei sialice este puțin probabil ca temperatura să fie peste 900°; la o adâncime de 100 km - aproximativ 1500°; în continuare, creșterea sa încetinește și mai mult. În ceea ce privește părțile centrale ale Pământului, în special miezul, este foarte dificil să oferim ceva cu certitudine despre ele. Experții care au studiat această problemă cred că interiorul Pământului nu este încălzit mai mult de 2-3 mii de grade (Fig. 11).



Orez. 11. Schimbări de temperatură în interiorul Pământului.


Poate fi interesant să ne amintim pentru comparație că în centrul Soarelui temperatura este estimată la 1 milion de grade, la suprafața Soarelui - aproximativ 6000°. Un păr de arsură becîncălzit la 3000°.

Sunt disponibile date interesante despre problema surselor de căldură și a regimului termic al globului. Se credea cândva că Pământul păstrează căldura „primordială” lăsată lui „moștenită” de Soare și o pierde treptat, răcindu-se și micșorându-se în volum. Descoperirea elementelor radioactive a schimbat ideile anterioare. S-a dovedit că rocile care alcătuiesc scoarța terestră conțin elemente radioactive care emit spontan și continuu căldură. Cantitatea acestei călduri este estimată la aproximativ 6 ppm dintr-o calorie mică pe 1 centimetru cub rocă pe an, iar pentru a acoperi întregul consum de căldură emisă de suprafața pământului în spațiu, este necesar ca același cub elementar de rocă să elibereze doar trei zece milioane de calorii mici pe an. Cu alte cuvinte, nu există niciun motiv să credem că globul se răcește. Mai degrabă, dimpotrivă, se poate încălzi. Pe această bază în anul trecut s-au propus noi ipoteze pentru dezvoltarea scoarţei terestre şi originea mişcărilor experimentate de aceasta.

Având în vedere disponibilitatea temperatura ridicataîn intestinele Pământului, avem dreptul să punem următoarea întrebare: în ce stare fizică („agregată”) se află părțile interne ale Pământului? În solid sau lichid, sau poate gazos?

Ultima versiune, adică ideea unei stări gazoase a materiei în interiorul Pământului, poate fi imediat respinsă. Pentru a transforma mineralele care alcătuiesc Pământul în gaz, este nevoie de o temperatură mult mai mare decât ceea ce este permis, judecând după datele prezentate mai sus.

Dar rocile pot ajunge în stare lichidă. Se știe, de exemplu, că rocile „acide” se topesc la 1000°, rocile „bazice” la 1000–1200° și rocile „ultrabazice” la 1300–1400°. Aceasta înseamnă că deja la o adâncime de 100-130 km pietrele ar trebui să se topească. Dar există o presiune foarte mare, iar presiunea crește punctul de topire. A căror influență va fi mai mare: temperatură ridicată sau presiune ridicata?

Aici trebuie să apelăm din nou la ajutorul observațiilor seismice. Undele longitudinale și transversale trec liber prin toate învelișurile Pământului, închise între suprafața Pământului și limita nucleului; prin urmare, peste tot aici substanța se comportă ca un solid. Această concluzie este în concordanță cu concluzia astronomilor și geofizicienilor, care au arătat că duritatea Pământului în ansamblu este apropiată de duritatea oțelului. Conform calculelor lui V.F. Bonchkovsky, duritatea Pământului este estimată la 12 10 11 dine pe centimetru pătrat, adică de patru ori duritatea granitului.

Astfel, totalitatea datelor moderne sugerează că toate învelișurile Pământului (cu excepția miezului său!) ar trebui considerate a fi în stare solidă. Stare lichida materia poate fi permisă numai pentru zone complet nesemnificative din grosimea scoarței terestre, cu care vulcanii sunt conectați direct.



 

Ar putea fi util să citiți: