Jedro zemlje je tekoče ali trdno. Zakaj se Zemljino jedro ne ohladi? Kako je nastalo Zemljino jedro?

Zakaj se jedro Zemlje ne ohladi in ostane segreto na temperaturo približno 6000 °C 4,5 milijarde let? Vprašanje je izjemno kompleksno, na katerega poleg tega znanost ne more dati 100-odstotno natančnega razumljivega odgovora. Vendar za to obstajajo objektivni razlogi.

Preveč skrivnosti

Prekomerna, tako rekoč, skrivnost zemeljskega jedra je povezana z dvema dejavnikoma. Prvič, nihče ne ve zagotovo, kako, kdaj in v kakšnih okoliščinah je nastal – zgodil se je med nastankom prazemlje ali že l. zgodnje faze obstoj oblikovanega planeta je velika skrivnost. Drugič, absolutno je nemogoče dobiti vzorce iz zemeljskega jedra - zagotovo nihče ne ve, iz česa je sestavljeno. Poleg tega so vsi podatki, ki jih poznamo o jedru, zbrani s posrednimi metodami in modeli.

Zakaj Zemljino jedro ostane vroče?

Če želite razumeti, zakaj se zemeljsko jedro tako dolgo ne ohladi, morate najprej ugotoviti, kaj je povzročilo, da se je segrelo. Črevesje našega planeta je, tako kot vsakega drugega planeta, heterogeno, so relativno jasno razmejene plasti različnih gostot. Vendar ni bilo vedno tako: težki elementi so se počasi spuščali navzdol in tvorili notranje in zunanje jedro, lahki so bili izrinjeni na vrh ter tvorili plašč in zemeljsko skorjo. Ta proces poteka zelo počasi in ga spremlja sproščanje toplote. Vendar to ni bil glavni razlog za ogrevanje. Celotna masa zemlje velika sila pritisne na njegovo središče in ustvari fenomenalen tlak približno 360 GPa (3,7 milijona atmosfer), zaradi česar se začne razpadati radioaktivnih dolgoživih elementov v jedru železo-silicij-nikelj, ki ga spremlja kolosalni toplotne emisije.

Dodaten vir ogrevanja je kinetična energija, ki nastane kot posledica trenja med različnimi plastmi (vsaka plast se vrti neodvisno od druge): notranjega jedra z zunanjim in zunanjega s plaščem.

Črevesje planeta (razmerja niso izpolnjena). Služi trenje med tremi notranjimi plastmi dodatni vir ogrevanje.

Na podlagi navedenega lahko sklepamo, da je Zemlja in še posebej njeno črevesje samozadosten stroj, ki se segreva sam. Vendar tako naravno ne more nadaljevati večno: zaloge radioaktivnih elementov v jedru počasi izginjajo in ne bo več ničesar, kar bi vzdrževalo temperaturo.

Hladi se!

Dejansko se je proces ohlajanja začel že zelo dolgo nazaj, vendar poteka zelo počasi - za delček stopinje na stoletje. Po grobih ocenah bo trajalo najmanj 1 milijardo let, da se jedro popolnoma ohladi in ustavijo kemične in druge reakcije v njem.

Kratek odgovor: Zemlja, še posebej zemeljsko jedro, je samozadosten stroj, ki se segreva sam. Celotna masa planeta pritiska na njegovo središče, povzroča fenomenalen pritisk in s tem sproži proces razpadanja radioaktivnih elementov, posledično pa se sprošča toplota.

Ljudje so napolnili zemljo. Osvajali smo dežele, leteli po zraku, se potapljali v globine oceana. Šli smo celo na luno. Toda nikoli nismo bili v jedru planeta. Sploh se mu nismo približali. Osrednja točka Zemlje je 6000 kilometrov nižje in tudi najbolj oddaljeni del jedra je 3000 kilometrov pod našimi nogami. Najgloblja luknja, ki smo jo naredili na površju, je, pa še ta gre globoko v zemljo za mizernih 12,3 kilometra.

Vsi znani dogodki na Zemlji se odvijajo blizu površja. Lava, ki izbruhne iz vulkanov, se najprej stopi v globini nekaj sto kilometrov. Celo diamanti, ki zahtevajo ekstremno vročino in pritisk, da nastanejo, se rodijo v kamninah na globini največ 500 kilometrov.

Vse spodaj je zavito v tančico skrivnosti. Zdi se nedosegljivo. Pa vendar vemo precej zanimivih stvari o našem jedru. Imamo celo nekaj predstave o tem, kako je nastala pred milijardami let - vse brez enega fizičnega vzorca. Kako nam je uspelo izvedeti toliko o Zemljinem jedru?

Najprej morate dobro premisliti o masi Zemlje, pravi Simon Redfern z Univerze v Cambridgeu v Veliki Britaniji. Maso Zemlje lahko ocenimo z opazovanjem vpliva gravitacije planeta na predmete na površini. Izkazalo se je, da je masa Zemlje 5,9 sekstilijona ton: to je 59, ki mu sledi dvajset ničel.

Toda na površini ni znakov takšne mase.

"Gostota materiala na površju Zemlje je veliko nižja od povprečne gostote celotne Zemlje, kar nam pove, da obstaja nekaj gostejšega," pravi Redfern. - To je prvi.

v bistvu, večina Zemljina masa mora biti nameščena proti središču planeta. Naslednji korak je ugotoviti, iz katerih težkih materialov je jedro. In skoraj v celoti je sestavljen iz železa. 80 % jedra pa je železo natančna številka je še treba izvedeti.

Glavni dokaz za to je ogromna količina železa v vesolju okoli nas. Je eden izmed desetih najpogostejših elementov v naši galaksiji, pogosto pa ga najdemo tudi v meteoritih. Ob vsem tem je železa na površju Zemlje veliko manj, kot bi pričakovali. Po teoriji je ob nastanku Zemlje pred 4,5 milijarde let veliko železa steklo v jedro.

Tam je skoncentrirana večina mase, kar pomeni, da bi železo moralo biti tam. Tudi železo je v normalnih razmerah razmeroma gost element, pod intenzivnim pritiskom v jedru Zemlje pa bo še gostejši. Železno jedro bi lahko nadomestilo vso manjkajočo maso.

Ampak počakaj. Kako je železo sploh prišlo tja? Železo je treba nekako pritegniti – noter dobesedno- v središče zemlje. A zdaj se to ne dogaja.

Večino preostalega dela Zemlje sestavljajo kamnine – silikati – in staljeno železo le stežka prehaja skozi njih. Tako kot voda tvori kapljice na mastni površini, se železo zbira v majhnih rezervoarjih, ki se nočejo razširiti in razliti.

Možno rešitev je leta 2013 odkrila Wendy Mao z univerze Stanford s sodelavci. Spraševali so se, kaj se zgodi, ko sta železo in silikat izpostavljena močnemu pritisku globoko v zemlji.

S tesnim stiskanjem obeh snovi z diamanti je znanstvenikom uspelo potisniti staljeno železo skozi silikat. "Ta pritisk bistveno spremeni interakcijske lastnosti železa s silikati," pravi Mao. - Pri visokem tlaku nastane "talilna mreža".


To lahko nakazuje, da je železo skozi milijone let postopoma zdrsnilo skozi zemeljske kamnine, dokler ni doseglo jedra.

Na tej točki se morda sprašujete: kako pravzaprav vemo velikost jedra? Zakaj znanstveniki menijo, da se začne 3000 kilometrov stran? Odgovor je samo en: seizmologija.

Ko pride do potresa, pošlje udarne valove po vsem planetu. Seizmologi zabeležijo te vibracije. Kot da z ogromnim kladivom udarjamo po eni strani planeta in poslušamo hrup na drugi strani.

»V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je bil v Čilu potres, ki nam je dal ogromno podatkov,« pravi Redfern. "Vse seizmične postaje po Zemlji so zabeležile sunke tega potresa."

Odvisno od poti teh nihanj gredo skozi različne dele Zemlje, to pa vpliva na to, kakšen "zvok" oddajajo na drugem koncu.

Zgodaj v zgodovini seizmologije je postalo očitno, da nekatere vibracije manjkajo. Pričakovali so, da bodo ti "S-valovi" vidni na drugem koncu Zemlje, potem ko so nastali na enem, vendar niso bili. Razlog za to je preprost. S-valovi odmevajo skozi trden material in ne morejo potovati skozi tekočino.

Verjetno so zadeli nekaj staljenega v središču zemlje. Ko so preslikali poti S-valov, so znanstveniki prišli do zaključka, da na globini približno 3000 kilometrov kamnine postanejo tekoče. To tudi nakazuje, da je celotno jedro staljeno. Toda seizmologi so imeli v tej zgodbi še eno presenečenje.


V tridesetih letih prejšnjega stoletja je danska seizmologinja Inge Lehman odkrila, da je druga vrsta valov, P-valovi, nepričakovano potovala skozi jedro in bila najdena na drugi strani planeta. Takoj je sledila domneva, da je jedro razdeljeno na dve plasti. "Notranje" jedro, ki se začne 5000 kilometrov nižje, je bilo trdno. Le "zunanje" jedro je stopljeno.

Lehmanova ideja je bila potrjena leta 1970, ko so občutljivejši seizmografi pokazali, da P-valovi res prehajajo skozi jedro in se v nekaterih primerih od njega odbijajo pod določenimi koti. Ni čudno, da končajo na drugi strani planeta.

Udarni valovi pošiljajo po Zemlji več kot le potrese. Pravzaprav seizmologi veliko dolgujejo razvoju jedrska orožja.

Jedrska eksplozija ustvarja tudi valove na tleh, zato se države med testiranjem jedrskega orožja za pomoč obrnejo na seizmologe. Med hladna vojna bilo je izjemno pomembno, zato so seizmologi, kot je Lehman, dobili veliko podpore.

Konkurenčne države so druga druge spoznavale jedrske zmogljivosti, vzporedno pa smo vse več spoznavali Zemljino jedro. Seizmologija se še danes uporablja za odkrivanje jedrskih eksplozij.


Zdaj lahko narišemo grobo sliko zgradbe Zemlje. Obstaja staljeno zunanje jedro, ki se začne približno na polovici poti do središča planeta, v njem pa je trdno notranje jedro s premerom približno 1220 kilometrov.

Od tega ni nič manj vprašanj, zlasti na temo notranjega jedra. Na primer, kako vroče je? Ugotoviti to ni bilo enostavno in znanstveniki so si dolgo razbijali glavo, pravi Lidunka Vokadlo z University College London v Veliki Britaniji. Tja ne moremo vtakniti termometra, zato je edini možna varianta- je ustvariti želeni tlak v laboratoriju.


pri normalne razmereželezo se tali pri 1538 stopinjah

Leta 2013 je skupina francoskih znanstvenikov izdelala najboljšo oceno doslej. Čisto železo so izpostavili pritisku polovice tistega, ki je v jedru, in začeli s tem. Tališče čistega železa v jedru je približno 6230 stopinj. Prisotnost drugih materialov lahko rahlo zniža tališče, do 6000 stopinj. Še vedno pa je bolj vroče kot na površju Sonca.

Ker je jedro Zemlje nekakšen ocvrt krompir v olupku, ostaja vroče zaradi toplote, ki je ostala po nastanku planeta. Prav tako pridobiva toploto zaradi trenja, ki nastane zaradi gibanja gostih materialov, pa tudi zaradi razpada radioaktivnih elementov. Vsako milijardo let se ohladi za približno 100 stopinj Celzija.

To temperaturo je koristno poznati, ker vpliva na hitrost, s katero vibracije potujejo skozi jedro. In to je priročno, ker je v teh vibracijah nekaj čudnega. P-valovi potujejo presenetljivo počasi skozi notranje jedro – počasneje, kot če bi bilo iz čistega železa.

"Hitrosti valov, ki so jih seizmologi izmerili pri potresih, so veliko nižje, kot kažejo eksperimentalne ali računalniške simulacije," pravi Vocadlo. "Nihče še ne ve, zakaj je tako."

Očitno je železu primešan drug material. Po možnosti nikelj. Toda znanstveniki so izračunali, kako naj bi seizmični valovi potovali skozi zlitino železa in niklja, vendar izračunov niso mogli prilagoditi opazovanjem.

Vocadlo in njeni kolegi trenutno razmišljajo o prisotnosti drugih elementov v jedru, kot sta žveplo in silicij. Doslej še nikomur ni uspelo pripraviti teorije o sestavi notranjega jedra, ki bi zadovoljila vse. Pepelkin problem: Čevelj ne pristaja nikomur. Vocadlo poskuša na računalniku eksperimentirati z materiali notranjega jedra. Upa, da bo našla kombinacijo materialov, temperatur in pritiskov, ki bo upočasnila seizmične valove za ravno pravo količino.


Pravi, da je skrivnost morda v tem, da je notranje jedro skoraj pri tališču. Posledično se lahko natančne lastnosti materiala razlikujejo od lastnosti popolnoma trdne snovi. Lahko bi tudi pojasnilo, zakaj seizmični valovi potujejo počasneje od pričakovanega.

"Če je ta učinek resničen, bi lahko rezultate mineralne fizike uskladili z rezultati seizmologije," pravi Vocadlo. "Ljudje tega še ne zmorejo."

Še vedno je veliko skrivnosti, povezanih z zemeljskim jedrom, ki jih je treba še rešiti. Ker pa se znanstveniki ne morejo potopiti v te nepredstavljive globine, so uspeli ugotoviti, kaj je na tisoče kilometrov pod nami. Skriti procesi Zemljine notranjosti so izjemno pomembni za preučevanje. Zemlja ima močno magnetno polje, ki nastane zaradi delno staljenega jedra. Nenehno gibanje staljenega jedra ustvarja električni tok znotraj planeta, ta pa magnetno polje, ki sega daleč v vesolje.

To magnetno polje nas ščiti pred škodljivim sončnim sevanjem. Če jedro Zemlje ne bi bilo to, kar je, ga ne bi bilo magnetno polje, in zaradi tega bi resno trpeli. Malo verjetno je, da bo kdo od nas lahko videl jedro na lastne oči, vendar je dobro vedeti, da je tam.

Ko vržeš ključe v staljeni tok lave, se poslovi od njih, ker, no, stari, oni so vse.
- Jack Handy

Če pogledamo naš domači planet, lahko vidimo, da je 70% njegove površine prekrite z vodo.

Vsi vemo, zakaj je tako: ker se zemeljski oceani dvigajo nad skalami in blatom, ki sestavljajo kopno. Koncept plovnosti, pri katerem manj gosti predmeti lebdijo nad gostejšimi predmeti, ki se potopijo spodaj, pojasnjuje veliko več kot le oceane.

Isti princip, ki pojasnjuje, zakaj led lebdi v vodi, helijev balon se dviga v ozračju in kamni tonejo v jezeru, pojasnjuje, zakaj so plasti planeta Zemlje razporejene tako, kot so.

Najmanj gost del Zemlje, atmosfera, lebdi nad vodnimi oceani, ki lebdijo nad zemeljsko skorjo, ki je nad gostejšim plaščem, ki se ne potopi v najgostejši del Zemlje: skorjo.

V idealnem primeru bi bilo najbolj stabilno stanje Zemlje tisto, ki bi bilo v idealnem primeru plastno, kot čebula, z najgostejšimi elementi v središču, in ko se premikate navzven, bi bila vsaka naslednja plast sestavljena iz manj gostih elementov. In vsak potres dejansko premakne planet v to stanje.

In to pojasnjuje strukturo ne samo Zemlje, ampak vseh planetov, če se spomnite, od kod prihajajo ti elementi.


Ko je bilo vesolje mlado - staro le nekaj minut - sta obstajala le vodik in helij. V zvezdah je nastajalo vedno več težkih elementov in šele ko so te zvezde umrle, so težki elementi odšli v vesolje in omogočili nastanek novih generacij zvezd.


Toda tokrat mešanica vseh teh elementov - ne le vodika in helija, ampak tudi ogljika, dušika, kisika, silicija, magnezija, žvepla, železa in drugih - ne tvori samo zvezde, ampak tudi protoplanetarni disk okoli te zvezde.

Pritisk od znotraj navzven v nastajajoči zvezdi potiska lažje elemente ven, gravitacija pa povzroči, da se nepravilnosti v disku sesedejo in tvorijo planete.


Kdaj solarni sistemštirje notranji svetovi so najgostejši od vseh planetov v sistemu. Živo srebro je sestavljeno iz najgostejših elementov, ki niso mogli zadržati veliko število vodik in helij.

Drugi planeti, masivnejši in bolj oddaljeni od Sonca (in zato prejemajo manj njegovega sevanja), so lahko zadržali več teh ultralahkih elementov - tako so nastali plinasti velikani.

V vseh svetovih, tako kot na Zemlji, so v povprečju najgostejši elementi skoncentrirani v jedru, medtem ko pljuča tvorijo vse manj goste plasti okoli njega.


Ni presenetljivo, da je železo, najstabilnejši element in najtežji element, ki nastaja v velikih količinah na robu supernov, najpogostejši element v Zemljinem jedru. Toda morda presenetljivo je, da med trdnim jedrom in trdnim plaščem leži tekoča plast, debela več kot 2000 km: Zemljino zunanje jedro.


Zemlja ima debelo plast tekočine, ki vsebuje 30% mase planeta! In za njegov obstoj smo izvedeli na precej genialno metodo - zahvaljujoč potresnim valovom, ki izvirajo iz potresov!


V potresih se rodijo seizmični valovi dveh vrst: glavni kompresijski val, znan kot P-val, ki poteka po vzdolžni poti

in drugi strižni val, znan kot S-val, podoben valovom na površini morja.

Seizmične postaje po vsem svetu lahko zajamejo P- in S-valove, vendar S-valovi ne potujejo skozi tekočino, P-valovi pa ne le potujejo skozi tekočino, ampak se tudi lomijo!

Posledično je mogoče razumeti, da ima Zemlja tekoče zunanje jedro, zunaj katerega je trden plašč, znotraj pa trdno notranje jedro! Zato Zemljino jedro vsebuje najtežje in najgostejše elemente in tako vemo, da je zunanje jedro tekoča plast.

Toda zakaj je zunanje jedro tekoče? Tako kot vsi elementi je tudi železo v trdnem, tekočem, plinastem ali drugem stanju odvisno od tlaka in temperature železa.

Železo je bolj zapleten element od mnogih, ki jih poznate. Seveda ima lahko različne kristalne trdne snovi, kot je prikazano na grafu, vendar nas navadni tlaki ne zanimajo. Spuščamo se v zemeljsko jedro, kjer so pritiski milijonkrat višji kot na morski gladini. In kako izgleda fazni diagram pri tako visokih tlakih?

Lepota znanosti je v tem, da tudi če nimate takoj odgovora na vprašanje, obstaja velika verjetnost, da je nekdo že opravil pravo raziskavo, v kateri je našel odgovor! V tem primeru so Ahrens, Collins in Chen leta 2001 našli odgovor na naše vprašanje.

In čeprav diagram prikazuje velikanske pritiske do 120 GPa, je pomembno vedeti, da je atmosferski tlak le 0,0001 GPa, medtem ko pritiski v notranjem jedru dosežejo 330-360 GPa. Zgornja polna črta prikazuje mejo med talilnim železom (zgoraj) in trdnim železom (spodaj). Ste opazili, kako polna črta na samem koncu ostro zavije navzgor?

Da se železo tali pri tlaku 330 GPa, je potrebna ogromna temperatura, primerljiva s tisto, ki vlada na površju Sonca. Enake temperature pri nižjih tlakih bodo zlahka ohranile železo v tekočem stanju, pri višjih tlakih pa v trdnem stanju. Kaj to pomeni z vidika zemeljskega jedra?


To pomeni, da ko se Zemlja ohlaja, njena notranja temperatura pada, tlak pa ostaja nespremenjen. To pomeni, da je bilo med nastankom Zemlje najverjetneje celotno jedro tekoče, in ko se ohladi, notranje jedro raste! In pri tem, ker ima trdno železo večjo gostoto kot tekoče, se Zemlja počasi krči, kar vodi do potresov!


Zemljino jedro je torej tekoče, ker je dovolj vroče, da tali železo, vendar le v regijah, kjer je tlak dovolj nizek. Ko se Zemlja stara in ohlaja, vedno več jedra postane trdno, zato se Zemlja nekoliko skrči!

Če želimo pogledati daleč v prihodnost, lahko pričakujemo enake lastnosti, kot jih opazimo pri Merkurju.


Živo srebro se je zaradi svoje majhnosti že močno ohladilo in skrčilo ter ima več sto kilometrov dolge razpoke zaradi potrebe po krčenju zaradi ohlajanja.

Zakaj ima torej Zemlja tekoče jedro? Ker se še ni ohladila. In vsak potres je majhen približek Zemlje končnemu, ohlajenemu in trdnemu stanju skozi in skozi. Toda ne skrbite, Sonce bo eksplodiralo veliko prej in vsi, ki jih poznate, bodo mrtvi za zelo dolgo časa.

20321 0

Z uporabo subtilne kombinacije pospeševalcev delcev, rentgenskih žarkov, visokointenzivnih laserjev, diamantov in atomov železa je znanstvenikom uspelo izračunati temperaturo notranjega jedra našega planeta.

Po novih izračunih znaša 6000 stopinj Celzija, kar je tisoč stopinj več, kot so domnevali doslej.

Tako ima jedro planeta Zemlja višjo temperaturo kot površje Sonca.

Novi podatki lahko zahtevajo ponoven razmislek o dejstvih, ki veljajo za nesporna na področjih znanja, kot so geofizika, seizmologija, geodinamika in druge discipline, ki se osredotočajo na preučevanje planeta.

Gledano od površja navzdol je Zemlja sestavljena iz skorje, trdnega zgornjega plašča, nato večinoma trdnega plašča, zunanjega jedra iz staljenega železa in niklja ter notranjega jedra iz trdnega železa in niklja. Zunanje jedro je zaradi visokih temperatur v tekočem stanju, vendar višji tlak v notranjem jedru preprečuje taljenje kamnine.

Razdalja od površja do središča Zemlje je 6371 km. Debelina skorje je 35 km, plašč je 2855 km; na ozadju takšnih razdalj je zelo globoka vrtina Kola z globino 12 km videti kot majhna malenkost. V bistvu ne vemo ničesar zagotovo o tem, kaj se dogaja pod skorjo. Vsi naši podatki temeljijo na seizmičnih valovih potresov, ki se odbijajo od različnih plasti Zemlje, in usmiljenih drobtin, ki padajo na površje iz globine, kot vulkanska magma.

Seveda bi znanstveniki z velikim veseljem izvrtali vrtino do samega jedra, vendar s sedanjo stopnjo razvoja tehnologije ta naloga ni mogoča. Že na dvanajstih kilometrih je bilo treba ustaviti vrtanje vrtine Kola, saj je temperatura na takšni globini 180 stopinj.

Na petnajstih kilometrih je napovedana temperatura 300 stopinj, z njo pa ne bodo mogle delovati sodobne vrtalne naprave. Še bolj pa zdaj ni tehnologij, ki bi omogočale vrtanje v plašč, v temperaturnem območju 500-4000 stopinj. Ne smemo pozabiti na praktično stran zadeve: zunaj skorje ni nafte, zato morda ni nikogar, ki bi bil pripravljen vlagati v poskus ustvarjanja takšnih tehnologij.

Da bi izračunali temperaturo v notranjem jedru, so se francoski raziskovalci zelo potrudili, da bi v laboratoriju poustvarili ultra visoke temperature in pritiske v jedru. Simulacija tlaka je najtežja naloga: na tej globini doseže vrednost 330 gigapaskalov, kar je trimilijonkrat več od atmosferskega tlaka.

Za rešitev je bila uporabljena celica z diamantnimi nakovali. Sestavljen je iz dveh stožčastih diamantov, ki delujeta na material z dveh strani na območju s premerom manj kot milimeter; tako je bil na vzorec železa uporabljen pritisk 200 gigapaskalov. Železo je bilo nato segreto z laserjem, izpostavljeno rentgenski difrakcijski analizi, da bi opazovali prehod iz trdnega v tekoče pod temi pogoji. Nazadnje so znanstveniki svoje rezultate prilagodili tlaku 330 gigapaskalov, kar je povzročilo temperaturo prevleke notranjega jedra 5957 plus ali minus 500 stopinj. Znotraj samega jedra se zdi, da je še višje.

Zakaj je ponovno razmišljanje o temperaturi jedra planeta pomembno?

Zemljino magnetno polje ustvarja ravno jedro in vpliva na številne dogodke, ki se dogajajo na površini planeta - na primer ohranja atmosfero na mestu. Če vemo, da je temperatura jedra za tisoč stopinj toplejša, kot se je prej mislilo, še ne zagotavlja nobene praktične uporabe, lahko pa pride prav v prihodnosti. Nova temperaturna vrednost bo uporabljena v novih seizmoloških in geofizikalnih modelih, ki bodo v prihodnosti lahko vodili do resnih znanstvenih odkritij. Na splošno je popolnejša in natančnejša slika okoliškega sveta dragocena za znanstvenike sama po sebi.

Če želite izračunati, kakšne vrednosti doseže pritisk znotraj Zemlje, ki ga povzroča teža kamnin, ki sestavljajo različne lupine, morate poznati gostoto kamnin na vseh globinah in velikost gravitacije tudi na vseh globinah do središče.

Kot smo videli, se gostota kamnin povečuje z globino, čeprav neenakomerno. Od 2,5 na površini se dvigne do 3,4 na globini približno 100 km in do 6,0 pri 2900 km pod površjem. Tukaj, na meji jedra, opazimo skok v vrednosti gostote: takoj doseže vrednost 9,5 (približno), nato pa spet enakomerno raste in doseže 12,5 v središču jedra (po M. S. Molodenskem, 1955 ) (glej sliko 8).

riž. 8. Sprememba gostote znotraj Zemlje.


Kar zadeva gravitacijo, lahko o njej rečemo naslednje. Gravitacija je sila, s katero Zemlja privlači vsa telesa nase. Pod vplivom te sile telesa v prostem stanju (na primer v zraku) padejo na Zemljo, to je, da se premikajo proti središču Zemlje, postopoma pospešujejo, to je, da prejemajo "pospešek". Velikost "gravitacijskega pospeška" je mogoče izračunati. Na površju Zemlje je gravitacijski pospešek približno 9,8 m/s 2; v globinah Zemlje se najprej nekoliko poveča in doseže maksimum blizu površine jedra, nato pa hitro upada in v središču Zemlje doseže nič (slika 9). To je razumljivo: točko, ki se nahaja v središču globusa, privlačijo vsi deli, ki jo obdajajo, z enako silo vzdolž vseh radijev, zaradi česar bo rezultat enak nič.



riž. 9. Sprememba gravitacijskega pospeška znotraj Zemlje.


S tem podatkom lahko izračunamo težo stebra kamnin s prerezom 1 kvadrata. centimeter in dolžina, enaka polmeru Zemljo ali katerikoli njen del. To bo pritisk, ki ga izvaja teža zgoraj ležečih kamnin na osnovno območje (1 kv. cm) globoko v zemlji. Izračuni vodijo do naslednjih številk: na "podplatu" zemeljska skorja, to je na dnu sialne membrane (na globini 50 km) - približno 13 tisoč atmosfer, to je približno 13 ton na kvadratni centimeter; na meji jedra - približno 1,4 milijona atmosfer; v središču Zemlje - približno 3 milijone atmosfer (slika 10). Trije milijoni atmosfer so približno tri tisoč ton na kvadratni centimeter. To je ogromen znesek. Takih pritiskov še ni uspelo doseči nobenemu laboratoriju.



riž. 10. Spremembe tlaka v notranjosti Zemlje.


Pojdimo k temperaturi. Glede na meritve v vrtinah in tudi v rudnikih je bilo ugotovljeno, da temperatura narašča z globino in se dvigne za približno 3 ° na vsakih 100 metrov. Podobna stopnja naraščanja temperature vztraja povsod, na vseh celinah, le v zunanjih delih Zemlje, blizu njenega površja. Z globino velikost "geotermalnega gradienta" (geotermalni gradient - sprememba temperature v stopinjah na centimeter) pada. Izračuni na podlagi toplotne prevodnosti kamnin kažejo, da geotermalni gradient, znan za zunanje dele sveta, ne obstaja več kot prvih 20 km; spodaj se dvig temperature izrazito upočasni. Na podplatu sialičnega ovoja temperatura verjetno ne bo višja od 900 °; na globini 100 km - okoli 1500°; Nadalje se njegova rast še bolj upočasni. Kar zadeva osrednje dele Zemlje, zlasti jedro, je o njih zelo težko kar koli podati z gotovostjo. Strokovnjaki, ki so preučevali to vprašanje, verjamejo, da se notranjost Zemlje ne segreje višje od 2-3 tisoč stopinj (slika 11).



riž. 11. Temperaturna sprememba znotraj Zemlje.


Za primerjavo je morda zanimivo spomniti, da je temperatura v središču Sonca ocenjena na 1 milijon stopinj, na površini Sonca - približno 6000 °. Las gorečega žarnica segreto do 3000°.

O vprašanju virov toplote in toplotnega režima zemeljske oble so na voljo zanimivi podatki. Nekoč je veljalo, da Zemlja ohranja »prvotno« toploto, ki ji jo je »podedovalo« Sonce, in jo postopoma izgublja, se ohlaja in zmanjšuje prostornino. Odkritje radioaktivnih elementov je spremenilo prejšnje predstave. Izkazalo se je, da kamnine, ki sestavljajo zemeljsko skorjo, vsebujejo radioaktivne elemente, ki spontano in nenehno oddajajo toploto. Količina te toplote je ocenjena na približno 6 milijonink majhne kalorije na 1 kubični centimeter kamnin na leto, in da bi pokrili celotno porabo toplote, ki jo zemeljsko površje oddaja v svetovni prostor, je potrebno, da ista elementarna kocka kamnine odda le tri desetmilijontke male kalorije na leto. Z drugimi besedami, ni razloga za domnevo, da se zemeljska obla ohlaja. Nasprotno, lahko se segreje. Na tej podlagi je v Zadnja leta predlagane so nove hipoteze o razvoju zemeljske skorje in izvoru gibanj, ki jih ta doživlja.

Glede na prisotnost visoka temperatura v drobovju Zemlje, imamo pravico zastaviti naslednje vprašanje: v kakšnem fizičnem (»agregatnem«) stanju so notranji deli Zemlje? V trdnem ali tekočem ali morda plinastem stanju?

Najnovejša različica, tj. idejo o plinastem stanju snovi znotraj Zemlje, lahko takoj zavrnemo. Za pretvorbo mineralov, ki sestavljajo Zemljo, v plin je potrebna veliko višja temperatura od tiste, ki je dopustna, sodeč po zgoraj predstavljenih podatkih.

Toda kamnine so lahko v tekočem stanju. Znano je na primer, da se "kisle" kamnine talijo pri 1000 °C, "bazične" kamnine se talijo pri 1000-1200 °C, "ultrabazične" kamnine pa se talijo pri 1300-1400 °C. To pomeni, da že na globini 100–130 km kamenje se mora stopiti. Toda tam je zelo visok tlak in tlak zviša tališče. Čigav vpliv bo večji: visoka temperatura oz visok pritisk?

Tu se moramo spet obrniti na pomoč seizmičnih opazovanj. Vzdolžni in prečni valovi prosto prehajajo skozi vse lupine Zemlje, zaprte med površino Zemlje in mejo jedra; posledično se tu snov povsod obnaša kot trdna snov. Ta ugotovitev se ujema z ugotovitvijo astronomov in geofizikov, ki so dokazali, da je trdota Zemlje kot celote blizu trdote jekla. Po izračunih V. F. Bonchkovskega je trdota Zemlje ocenjena na 12 10 11 din na kvadratni centimeter, kar je štirikrat več od trdote granita.

Tako skupni sodobni podatki kažejo, da je treba vse lupine Zemlje (razen njenega jedra!) obravnavati kot trdne. tekoče stanje snovi je mogoče domnevati le za precej nepomembna področja v debelini zemeljske skorje, s katerimi so vulkani neposredno povezani.

 

Morda bi bilo koristno prebrati: