Dünyanın çekirdeği sıvı veya katıdır. Dünyanın çekirdeği neden soğumaz? Dünyanın çekirdeği nasıl oluştu?

Neden Dünya'nın çekirdeği soğumaz ve 4,5 milyar yıl boyunca yaklaşık 6000°C'lik bir sıcaklıkta kalır? Soru, bilimin% 100 doğru anlaşılır bir cevap veremediği son derece karmaşıktır. Ancak bunun nesnel sebepleri var.

çok fazla gizem

Aşırı, tabiri caizse, dünyanın çekirdeğinin gizemi iki faktörle ilişkilidir. İlk olarak, nasıl, ne zaman ve hangi koşullar altında oluştuğunu kimse kesin olarak bilmiyor - proto-Dünya'nın oluşumu sırasında veya halihazırda gerçekleşti. erken aşamalar oluşmuş bir gezegenin varlığı büyük bir muammadır. İkincisi, dünyanın çekirdeğinden numune almak kesinlikle imkansızdır - kesinlikle kimse onun nelerden oluştuğunu bilmiyor. Ayrıca çekirdek hakkında bildiğimiz tüm veriler dolaylı yöntem ve modellerle toplanmaktadır.

Dünyanın çekirdeği neden sıcak kalıyor?

Dünyanın çekirdeğinin neden bu kadar uzun süre soğumadığını anlamaya çalışmak için, öncelikle onun ısınmasına neyin sebep olduğunu bulmanız gerekir. Bizim bağırsaklarımız, diğer tüm gezegenler gibi, heterojendir, farklı yoğunluklara sahip nispeten net bir şekilde sınırlandırılmış katmanlardır. Ancak bu her zaman böyle olmadı: ağır elementler yavaşça alçaldı, iç ve dış çekirdeği oluşturdu, hafif olanlar ise mantoyu ve yer kabuğunu oluşturarak tepeye çıkmaya zorlandı. Bu süreç son derece yavaş ilerler ve buna ısının salınması eşlik eder. Ancak, ısınmanın ana nedeni bu değildi. Dünyanın tüm kütlesi büyük güç demir-silikon-nikel çekirdeğinde bulunan radyoaktif uzun ömürlü elementlerin bozunmasının meydana gelmesinin bir sonucu olarak, yaklaşık 360 GPa (3,7 milyon atmosfer) olağanüstü bir basınç üreterek merkezine baskı yapar ve buna devasa eşlik eder. ısı emisyonları.

Ek bir ısıtma kaynağı, farklı katmanlar arasındaki sürtünmenin bir sonucu olarak üretilen kinetik enerjidir (her katman diğerinden bağımsız olarak döner): iç çekirdek, dış ve dış, manto ile.

Gezegenin bağırsakları (oranlar karşılanmıyor). Üç iç katman arasındaki sürtünme, ek kaynakısıtma.

Yukarıdakilere dayanarak, Dünya'nın ve özellikle bağırsaklarının kendi kendine yeten ve kendi kendini ısıtan bir makine olduğu sonucuna varabiliriz. Ancak sonsuza kadar bu kadar doğal bir şekilde devam edemez: Çekirdeğin içindeki radyoaktif element stokları yavaş yavaş yok oluyor ve sıcaklığı koruyacak hiçbir şey kalmayacak.

Hava soğuyor!

Aslında, soğuma süreci çok uzun zaman önce başladı, ancak son derece yavaş ilerliyor - yüzyılda bir derecenin kesri kadar. Kaba tahminlere göre, çekirdeğin tamamen soğuması ve içindeki kimyasal ve diğer reaksiyonları durdurması en az 1 milyar yıl alacak.

Kısa cevap: Dünya ve özellikle dünyanın çekirdeği, kendi kendine yeten ve kendi kendini ısıtan bir makinedir. Gezegenin tüm kütlesi, merkezine baskı yaparak olağanüstü bir basınç üretir ve böylece radyoaktif elementlerin bozunma sürecini başlatır ve bunun sonucunda ısı açığa çıkar.

İnsanlar yeryüzünü doldurdu. Toprakları fethettik, havada uçtuk, okyanusun derinliklerine daldık. Ay'a bile gittik. Ama gezegenin çekirdeğine hiç gitmedik. Yanına bile yaklaşamadık. Dünyanın merkez noktası 6.000 kilometre aşağıda ve çekirdeğin en uzak kısmı bile ayaklarımızın 3.000 kilometre altında. Yüzeyde açtığımız en derin delik ve o zaman bile sefil bir 12,3 kilometre boyunca dünyanın derinliklerine iniyor.

Yeryüzünde bilinen tüm olaylar yüzeye yakın bir yerde gerçekleşir. Volkanlardan püsküren lavlar önce birkaç yüz kilometre derinlikte erir. Oluşması için aşırı ısı ve basınç gerektiren elmaslar bile 500 kilometreyi geçmeyen derinliklerde kayaların içinde doğarlar.

Aşağıdaki her şey gizemle örtülmüştür. Ulaşılamaz görünüyor. Yine de çekirdeğimiz hakkında pek çok ilginç şey biliyoruz. Hatta milyarlarca yıl önce nasıl oluştuğuna dair bir fikrimiz bile var - hepsi tek bir fiziksel model olmadan. Dünyanın çekirdeği hakkında bu kadar çok şey öğrenmeyi nasıl başardık?

İngiltere'deki Cambridge Üniversitesi'nden Simon Redfern, öncelikle Dünya'nın kütlesi hakkında dikkatlice düşünmeniz gerektiğini söylüyor. Gezegenin yerçekiminin yüzeydeki nesneler üzerindeki etkisini gözlemleyerek Dünya'nın kütlesini tahmin edebiliriz. Dünyanın kütlesinin 5,9 sekstilyon ton olduğu ortaya çıktı: bu 59 ve ardından yirmi sıfır.

Ancak yüzeyde böyle bir kütlenin izi yok.

Redfern, "Dünya yüzeyindeki malzemenin yoğunluğu, tüm Dünya'nın ortalama yoğunluğundan çok daha düşük, bu da bize daha yoğun bir şey olduğunu söylüyor" diyor. - Bu ilk.

Esasen, çoğu Dünya kütlesi gezegenin merkezine doğru yerleştirilmelidir. Bir sonraki adım, çekirdeğin hangi ağır malzemelerden yapıldığını bulmaktır. Ve neredeyse tamamen demirden oluşur. Ancak çekirdeğin %80'i demirdir. tam sayı hala keşfedilmeyi bekliyor.

Bunun ana kanıtı, çevremizdeki evrende bulunan çok miktarda demirdir. Galaksimizdeki en yaygın on elementten biridir ve göktaşlarında da sıklıkla bulunur. Tüm bunlarla birlikte, Dünya'nın yüzeyinde beklenenden çok daha az demir var. Teoriye göre, Dünya 4.5 milyar yıl önce oluştuğunda, çekirdeğe çok miktarda demir aktı.

Kütlenin çoğu orada yoğunlaşmıştır, bu da demirin orada olması gerektiği anlamına gelir. Demir de normal koşullar altında nispeten yoğun bir elementtir ve Dünya'nın çekirdeğindeki yoğun basınç altında daha da yoğun olacaktır. Bir demir çekirdek, tüm kayıp kütleyi açıklayabilir.

Fakat bekle. Demir oraya nasıl geldi? Demir bir şekilde çekilmeli - içinde gerçekten- dünyanın merkezine. Ama şimdi bu olmuyor.

Dünyanın geri kalanının çoğu kayalardan -silikatlardan- yapılmıştır ve erimiş demir bunların içinden zorlukla geçer. Suyun yağlı bir yüzeyde damlacıklar oluşturması gibi, demir de küçük haznelerde toplanarak yayılmayı ve dökülmeyi reddeder.

Olası bir çözüm, 2013 yılında Stanford Üniversitesi'nden Wendy Mao ve meslektaşları tarafından keşfedildi. Demir ve silikat yerin derinliklerinde yoğun bir basınca maruz kaldığında ne olduğunu merak ettiler.

Bilim adamları, her iki maddeyi de elmaslarla sıkıca sıkıştırarak, erimiş demiri silikatın içinden geçirmeyi başardılar. Mao, "Bu basınç, demirin silikatlarla etkileşim özelliklerini önemli ölçüde değiştiriyor" diyor. - Yüksek basınçta bir "erime ağı" oluşur.


Bu, demirin çekirdeğe ulaşana kadar milyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş Dünya'nın kayalarından kaydığını önerebilir.

Bu noktada, çekirdeğin boyutunu nasıl bilebiliriz diye soruyor olabilirsiniz. Bilim adamları neden 3.000 kilometre öteden başladığına inanıyorlar? Tek bir cevap var: sismoloji.

Bir deprem meydana geldiğinde, gezegenin her yerine şok dalgaları gönderir. Sismologlar bu titreşimleri kaydederler. Sanki gezegenin bir tarafına dev bir çekiçle vuruyor ve diğer taraftan çıkan gürültüyü dinliyoruz.

Redfern, "1960'larda Şili'de bize büyük miktarda veri sağlayan bir deprem oldu" diyor. "Dünyadaki tüm sismik istasyonlar bu depremin şoklarını kaydetti."

Bu salınımların güzergâhına göre Dünyanın farklı yerlerinden geçerler ve bu durum diğer uçta ne tür bir "ses" çıkardıklarını etkiler.

Sismoloji tarihinin başlarında, bazı titreşimlerin eksik olduğu ortaya çıktı. Bu "S-dalgalarının" bir kaynaktan sonra Dünyanın diğer ucunda görülmesi bekleniyordu, ama olmadılar. Bunun nedeni basittir. S-dalgaları katı malzemede yankılanır ve sıvıda ilerleyemez.

Dünyanın merkezinde erimiş bir şeye çarpmış olmalılar. S dalgalarının yollarını haritalayan bilim adamları, yaklaşık 3.000 kilometre derinlikte kayaların sıvı hale geldiği sonucuna vardılar. Bu aynı zamanda tüm çekirdeğin erimiş olduğunu gösterir. Ancak sismologların bu hikayede başka bir sürprizi daha vardı.


1930'larda Danimarkalı sismolog Inge Lehman, başka bir dalga türü olan P dalgalarının beklenmedik bir şekilde çekirdekten geçtiğini ve gezegenin diğer tarafında bulunduğunu keşfetti. Çekirdeğin iki katmana bölündüğü varsayımı hemen ardından geldi. 5.000 kilometre aşağıda başlayan "iç" çekirdek sağlamdı. Yalnızca "dış" çekirdek eritilir.

Lehman'ın fikri, 1970 yılında, daha hassas sismograflar, P dalgalarının gerçekten de çekirdekten geçtiğini ve bazı durumlarda belirli açılardan yansıdığını gösterdiğinde doğrulandı. Gezegenin diğer tarafında olmalarına şaşmamalı.

Şok dalgaları, Dünya genelinde depremlerden daha fazlasını gönderir. Aslında, sismologlar gelişmeye çok şey borçludur. nükleer silahlar.

Bir nükleer patlama ayrıca yerde dalgalar yaratır, bu nedenle devletler nükleer silah testleri sırasında yardım için sismologlara başvurur. Sırasında soğuk Savaş son derece önemliydi, bu nedenle Lehman gibi sismologlar çok fazla destek aldı.

Rakip ülkeler birbirlerinin nükleer kapasitelerini öğreniyorlardı ve buna paralel olarak biz de Dünya'nın çekirdeği hakkında giderek daha fazla şey öğreniyorduk. Sismoloji bugün hala nükleer patlamaları tespit etmek için kullanılmaktadır.


Şimdi Dünya'nın yapısının kabaca bir resmini çizebiliriz. Gezegenin merkezinin yaklaşık yarısında başlayan erimiş bir dış çekirdek var ve onun içinde yaklaşık 1220 kilometre çapında katı bir iç çekirdek var.

Bundan, özellikle iç çekirdek konusunda daha az soru yok. Örneğin, ne kadar sıcak? Birleşik Krallık'taki University College London'dan Lidunka Vokadlo, bunu çözmenin kolay olmadığını ve bilim adamlarının uzun süredir kafa patlattığını söylüyor. Oraya bir termometre koyamayız, bu yüzden tek olası değişken- Laboratuarda istenilen basıncı oluşturmaktır.


-de normal koşullar demir 1538 derecede erir

2013 yılında, bir grup Fransız bilim adamı bugüne kadarki en iyi tahmini yaptı. Saf demiri, çekirdektekinin yarısı kadar bir basınca maruz bıraktılar ve bundan yola çıktılar. Çekirdekteki saf demirin erime noktası yaklaşık 6230 derecedir. Diğer malzemelerin varlığı erime noktasını 6000 dereceye kadar biraz düşürebilir. Ama yine de Güneş'in yüzeyinden daha sıcak.

Kabuklarında bir çeşit kızarmış patates olan Dünya'nın çekirdeği, gezegenin oluşumundan arta kalan ısı sayesinde sıcak kalır. Ayrıca, yoğun malzemelerin hareketinin yanı sıra radyoaktif elementlerin bozunmasıyla oluşan sürtünmeden de ısı alır. Her milyar yılda bir yaklaşık 100 santigrat derece soğur.

Bu sıcaklığı bilmek yararlıdır çünkü titreşimlerin çekirdekten geçme hızını etkiler. Ve bu uygundur çünkü bu titreşimlerde bir tuhaflık vardır. P dalgaları, iç çekirdekte şaşırtıcı derecede yavaş hareket eder - saf demirden yapılmış olduğundan daha yavaş.

Vocadlo, "Sismologların depremlerde ölçtüğü dalga hızları, deneysel veya bilgisayar simülasyonlarının gösterdiğinden çok daha düşük" diyor. "Bunun neden olduğunu henüz kimse bilmiyor."

Belli ki başka bir malzeme demirle karıştırılıyor. Muhtemelen nikel. Ancak bilim adamları, sismik dalgaların demir-nikel alaşımından nasıl geçmesi gerektiğini hesapladılar ve hesaplamaları gözlemlere uyduramadılar.

Vocadlo ve meslektaşları şu anda çekirdekte kükürt ve silikon gibi başka elementlerin varlığını düşünüyorlar. Şimdiye kadar hiç kimse iç çekirdeğin bileşimi hakkında herkesi tatmin edecek bir teori ortaya koyamadı. Külkedisi'nin Sorunu: Ayakkabı kimseye uymuyor. Vocadlo, bilgisayarda iç çekirdeğin malzemeleriyle deneyler yapmaya çalışır. Sismik dalgaları doğru miktarda yavaşlatacak malzeme, sıcaklık ve basınç kombinasyonunu bulmayı umuyor.


Sırrın, iç çekirdeğin neredeyse erime noktasında olması gerçeğinde yatabileceğini söylüyor. Sonuç olarak, malzemenin kesin özellikleri tamamen katı bir maddenin özelliklerinden farklı olabilir. Sismik dalgaların neden beklenenden daha yavaş hareket ettiğini de açıklayabilir.

Vocadlo, "Bu etki gerçekse, mineral fiziğinin sonuçlarını sismolojinin sonuçlarıyla bağdaştırabiliriz" diyor. "İnsanlar henüz bunu yapamıyor."

Dünyanın çekirdeği ile ilgili henüz çözülmemiş birçok gizem var. Ancak bu akıl almaz derinliklere dalamayan bilim adamları, binlerce kilometre altımızda ne olduğunu bulma başarısını gösterirler. Dünyanın iç kısmının gizli süreçleri, çalışmak için son derece önemlidir. Dünya, kısmen erimiş çekirdek nedeniyle üretilen güçlü bir manyetik alana sahiptir. Erimiş çekirdeğin sürekli hareketi, gezegenin içinde bir elektrik akımı üretir ve bu da uzayın derinliklerine ulaşan bir manyetik alan oluşturur.

Bu manyetik alan bizi zararlı güneş ışınlarından korur. Dünyanın çekirdeği olduğu gibi olmasaydı, hiçbir şey olmazdı. manyetik alan, ve bundan ciddi şekilde zarar görürüz. Çekirdeği kendi gözlerimizle görmemiz pek olası değil, ama onun orada olduğunu bilmek bile güzel.

Anahtarları erimiş lav akışına bıraktıktan sonra onlara veda edin, çünkü ahbap, onlar her şeydir.
- Jack Kullanışlı

Ana gezegenimize baktığınızda, yüzeyinin %70'inin su ile kaplı olduğunu görebilirsiniz.

Bunun neden böyle olduğunu hepimiz biliyoruz: çünkü Dünya'nın okyanusları karayı oluşturan kayaların ve çamurun üzerinde yükselir. Daha az yoğun nesnelerin, aşağıda batan daha yoğun nesnelerin üzerinde yüzdüğü kaldırma kuvveti kavramı, okyanuslardan çok daha fazlasını açıklar.

Buzun suda yüzdüğünü, atmosferde bir helyum balonunun yükseldiğini ve gölde kayaların battığını açıklayan aynı ilke, Dünya gezegeninin katmanlarının neden bu şekilde düzenlendiğini de açıklıyor.

Dünyanın en az yoğun kısmı olan atmosfer, Dünya'nın en yoğun kısmına batmayan daha yoğun mantonun üzerinde oturan Dünya'nın kabuğunun üzerinde yüzen su okyanuslarının üzerinde yüzer: kabuk.

İdeal olarak, Dünya'nın en kararlı durumu, ideal olarak bir soğan gibi, en yoğun elementlerin merkezde olduğu bir katman olacaktır ve siz dışarı doğru hareket ettikçe, birbirini izleyen her katman daha az yoğun elementlerden oluşacaktır. Ve her deprem aslında gezegeni bu duruma doğru hareket ettirir.

Ve bu, bu elementlerin nereden geldiğini hatırlarsanız, sadece Dünya'nın değil, tüm gezegenlerin yapısını açıklıyor.


Evren gençken -sadece birkaç dakikalıkken- sadece hidrojen ve helyum vardı. Yıldızlarda giderek daha fazla ağır element yaratıldı ve ancak bu yıldızlar öldüğünde ağır elementler Evren'e girerek yeni nesil yıldızların oluşmasına izin verdi.


Ancak bu kez, tüm bu elementlerin karışımı - sadece hidrojen ve helyum değil, aynı zamanda karbon, nitrojen, oksijen, silikon, magnezyum, kükürt, demir ve diğerleri - sadece bir yıldız değil, aynı zamanda bu yıldızın etrafında bir protogezegen diski oluşturur.

Oluşan yıldızda içten dışa doğru olan basınç, daha hafif elementleri dışarı doğru iter ve yerçekimi, diskteki düzensizliklerin çökerek gezegenleri oluşturmasına neden olur.


Ne zaman Güneş Sistemi dört iç dünya, sistemdeki tüm gezegenlerin en yoğun olanıdır. Merkür, tutamayan en yoğun elementlerden oluşur. çok sayıda hidrojen ve helyum.

Daha büyük ve Güneş'ten daha uzak olan (ve bu nedenle daha az radyasyon alan) diğer gezegenler, bu ultra hafif elementlerden daha fazlasını tutabildiler - gaz devleri bu şekilde oluştu.

Tüm dünyalarda, Dünya'da olduğu gibi, ortalama olarak, en yoğun elementler çekirdekte yoğunlaşırken, ciğerler çevresinde giderek daha az yoğun katmanlar oluşturur.


Süpernovaların kenarlarında büyük miktarlarda üretilen en kararlı ve en ağır element olan demirin, Dünya'nın çekirdeğinde en bol bulunan element olması şaşırtıcı değildir. Ama belki de şaşırtıcı bir şekilde, katı çekirdek ile katı manto arasında 2.000 km'den daha kalın bir sıvı katman bulunur: Dünya'nın dış çekirdeği.


Dünya, gezegenin kütlesinin %30'unu içeren kalın bir sıvı tabakasına sahiptir! Ve varlığını oldukça ustaca bir yöntemle öğrendik - depremlerden gelen sismik dalgalar sayesinde!


Depremlerde iki tür sismik dalga doğar: uzunlamasına yol boyunca geçen P dalgası olarak bilinen ana sıkışma

ve deniz yüzeyindeki dalgalara benzeyen S dalgası olarak bilinen ikinci bir kayma dalgası.

Dünyanın dört bir yanındaki sismik istasyonlar, P ve S dalgalarını toplayabilir, ancak S dalgaları sıvıdan geçmez ve P dalgaları yalnızca sıvıdan geçmez, kırılır!

Sonuç olarak, Dünya'nın sıvı bir dış çekirdeğe sahip olduğu, bunun dışında katı bir manto olduğu ve içinde - katı bir iç çekirdeğe sahip olduğu anlaşılabilir! Bu nedenle Dünya'nın çekirdeği en ağır ve en yoğun elementleri içerir ve bu sayede dış çekirdeğin sıvı bir tabaka olduğunu anlarız.

Peki dış çekirdek neden sıvıdır? Tüm elementler gibi, katı, sıvı, gaz veya başka türlü demirin durumu, demirin basıncına ve sıcaklığına bağlıdır.

Demir, bildiğiniz birçok elementten daha karmaşık bir elementtir. Tabii ki, grafikte gösterildiği gibi farklı kristal katılara sahip olabilir, ancak biz sıradan basınçlarla ilgilenmiyoruz. Basıncın deniz seviyesinden bir milyon kat daha yüksek olduğu dünyanın çekirdeğine iniyoruz. Ve bu kadar yüksek basınçlar için faz diyagramı nasıl görünüyor?

Bilimin güzelliği, bir soruya hemen bir cevabınız olmasa bile, birisinin cevabı bulmak için doğru araştırmayı zaten yapmış olması ihtimalidir! Bu durumda Ahrens, Collins ve Chen 2001 yılında sorumuzun cevabını bulmuşlardır.

Ve diyagram 120 GPa'ya kadar çıkan devasa basınçları gösterse de, atmosfer basıncının sadece 0,0001 GPa olduğunu, iç çekirdekteki basınçların ise 330-360 GPa'ya ulaştığını hatırlamak önemlidir. Üstteki düz çizgi, eriyen demir (üstte) ve katı demir (altta) arasındaki sınırı gösterir. En uçtaki düz çizginin nasıl keskin bir yukarı dönüş yaptığını fark ettiniz mi?

Demirin 330 GPa'lık bir basınçta erimesi için, Güneş'in yüzeyinde hüküm süren sıcaklıkla karşılaştırılabilecek çok büyük bir sıcaklık gereklidir. Daha düşük basınçlardaki aynı sıcaklıklar, demiri kolayca sıvı halde ve daha yüksek basınçlarda katı halde tutacaktır. Bu, Dünya'nın çekirdeği açısından ne anlama geliyor?


Bu, Dünya soğudukça iç sıcaklığının düştüğü ve basıncın değişmediği anlamına gelir. Yani, Dünya'nın oluşumu sırasında, büyük olasılıkla tüm çekirdek sıvıydı ve soğudukça iç çekirdek büyüyor! Ve bu süreçte, katı demir sıvı demirden daha yüksek yoğunluğa sahip olduğundan, Dünya yavaş yavaş küçülüyor ve bu da depremlere yol açıyor!


Yani Dünya'nın çekirdeği sıvıdır çünkü demiri eritecek kadar sıcaktır, ama sadece basıncın yeterince düşük olduğu bölgelerde. Dünya yaşlandıkça ve soğudukça, çekirdek giderek daha fazla katı hale gelir ve böylece Dünya biraz küçülür!

Geleceğe bakmak istiyorsak, Merkür'de gözlemlenen özelliklerin aynısını bekleyebiliriz.


Cıva, küçük boyutu nedeniyle zaten önemli ölçüde soğumuş ve büzülmüştür ve soğumaya bağlı büzülme ihtiyacı nedeniyle yüzlerce kilometre uzunluğunda çatlaklara sahiptir.

Peki Dünya neden sıvı bir çekirdeğe sahip? Çünkü henüz soğumadı. Ve her deprem, Dünya'nın nihai, soğumuş ve katı haldeki baştan sona küçük bir yaklaşımıdır. Ama merak etmeyin, Güneş bundan çok önce patlayacak ve tanıdığınız herkes çok uzun bir süre önce ölmüş olacak.

20321 0

Bilim adamları parçacık hızlandırıcılar, X-ışınları, yüksek yoğunluklu lazerler, elmaslar ve demir atomlarının ince bir kombinasyonunu kullanarak gezegenimizin iç çekirdeğinin sıcaklığını hesaplayabildiler.

Yeni hesaplamalara göre, daha önce düşünülenden bin derece daha yüksek olan 6000 santigrat derece.

Bu nedenle, Dünya gezegeninin çekirdeği Güneş'in yüzeyinden daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir.

Yeni veriler, jeofizik, sismoloji, jeodinamik ve gezegenin incelenmesine odaklanan diğer disiplinler gibi bilgi alanlarında tartışılmaz kabul edilen gerçeklerin yeniden düşünülmesini gerektirebilir.

Yüzeyden bakıldığında, Dünya bir kabuktan, katı bir üst mantodan, ardından çoğunlukla katı bir mantodan, erimiş demir ve nikelden oluşan bir dış çekirdekten ve katı demir ve nikelden oluşan bir iç çekirdekten oluşur. Dış çekirdek, yüksek sıcaklıklardan dolayı sıvı haldedir, ancak iç çekirdekteki yüksek basınç kayanın erimesini engeller.

Yüzeyden dünyanın merkezine olan uzaklık 6371 km'dir. Kabuğun kalınlığı 35 km, manto 2855 km'dir; Bu tür mesafelerin arka planına karşı, 12 km derinliğe sahip süper derin Kola kuyusu önemsiz gibi görünüyor. Özünde, kabuğun altında ne olduğu hakkında kesin bir şey bilmiyoruz. Tüm verilerimiz, Dünya'nın farklı katmanlarından seken depremlerin sismik dalgalarına ve volkanik magma gibi derinlerden yüzeye düşen acınası kırıntılara dayanmaktadır.

Doğal olarak, bilim adamları büyük bir zevkle bir kuyuyu çekirdeğine kadar açarlar, ancak mevcut teknoloji geliştirme düzeyi ile bu görev mümkün değildir. Zaten on iki kilometrede, böyle bir derinlikteki sıcaklık 180 derece olduğu için Kola kuyusunun sondajının durdurulması gerekiyordu.

On beş kilometrede sıcaklığın 300 derece olacağı tahmin ediliyor ve bununla birlikte modern sondaj kuleleri çalışamayacak. Ve dahası, artık 500-4000 derece sıcaklık aralığında mantoyu delmeyi mümkün kılacak hiçbir teknoloji yok. İşin pratik tarafını unutmamalıyız: kabuğun dışında petrol yoktur, bu nedenle bu tür teknolojiler yaratma girişimine yatırım yapmaya istekli kimse olmayabilir.

İç çekirdekteki sıcaklığı hesaplamak için, Fransız araştırmacılar laboratuvardaki ultra yüksek çekirdek sıcaklıklarını ve basınçlarını yeniden oluşturmak için büyük çaba sarf ettiler. Basıncı simüle etmek en zor iştir: bu derinlikte 330 gigapascal değerine ulaşır, bu da atmosferik basınçtan üç milyon kat daha yüksektir.

Bunu çözmek için elmas örslü bir hücre kullanıldı. Çapı bir milimetreden az olan bir alan üzerinde malzemeye iki taraftan etki eden iki konik elmastan oluşur; böylece demir örneğine 200 gigapaskal basınç uygulandı. Demir daha sonra bir lazerle ısıtıldı ve bu koşullar altında katıdan sıvıya geçişi gözlemlemek için X-ışını kırınım analizine tabi tutuldu. Son olarak, bilim adamları sonuçlarını 330 gigapascal'lık bir basınç için ayarladılar, bu da iç çekirdeğin 5957 artı veya eksi 500 derecelik bir kaplama sıcaklığıyla sonuçlandı. Çekirdeğin içinde, daha da yüksek görünüyor.

Gezegenin çekirdeğinin sıcaklığını yeniden düşünmek neden önemlidir?

Dünyanın manyetik alanı tam olarak çekirdek tarafından üretilir ve gezegenin yüzeyinde meydana gelen birçok olayı etkiler - örneğin, atmosferi yerinde tutar. Çekirdek sıcaklığının sanıldığından bin derece daha sıcak olduğunun bilinmesi henüz pratik bir uygulama sağlamasa da gelecekte işe yarayabilir. Yeni sıcaklık değeri, gelecekte ciddi bilimsel keşiflere yol açabilecek yeni sismolojik ve jeofizik modellerde kullanılacaktır. Genel olarak, çevreleyen dünyanın daha eksiksiz ve doğru bir resmi, bilim adamları için kendi içinde değerlidir.

Çeşitli kabukları oluşturan kayaların ağırlığından kaynaklanan Dünya içindeki basıncın hangi değerlere ulaştığını hesaplamak için, tüm derinliklerdeki kayaların yoğunluğunu ve ayrıca tüm derinliklerdeki yerçekiminin büyüklüğünü bilmeniz gerekir. Merkez.

Gördüğümüz gibi, kayaların yoğunluğu düzensiz de olsa derinlikle artar. Yüzeyde 2,5 iken, yaklaşık 100 m derinlikte 3,4'e çıkar. km ve 2900'de 6.0'a kadar km Yüzeyin altında. Burada, çekirdeğin sınırında, yoğunluk değerinde bir sıçrama gözlenir: hemen 9,5 değerine (yaklaşık) ulaşır ve ardından çekirdeğin merkezinde 12,5'e ulaşarak tekrar düzgün bir şekilde büyür (M. S. Molodensky'ye göre, 1955). ) (bkz. Şekil 8).

Pirinç. 8. Dünyanın içindeki yoğunluk değişimi.


Yer çekimine gelince, onun hakkında şunlar söylenebilir. Yerçekimi, Dünya'nın tüm cisimleri kendisine çekmesini sağlayan kuvvettir. Bu kuvvetin etkisi altında, serbest durumdaki (örneğin havada) cisimler Dünya'ya düşer, yani Dünya'nın merkezine doğru hareket eder, yavaş yavaş hızlanır, yani “hızlanma” alır. "Yerçekimi ivmesinin" büyüklüğü hesaplanabilir. Dünya yüzeyinde, yer çekimine bağlı ivme yaklaşık olarak 9,8'dir. m/s 2; Dünyanın derinliklerinde, önce hafifçe artar, çekirdeğin yüzeyine yakın bir maksimuma ulaşır ve ardından hızla azalır ve Dünya'nın merkezinde sıfıra ulaşır (Şekil 9). Bu anlaşılabilir bir durumdur: dünyanın merkezinde bulunan bir nokta, onu çevreleyen tüm parçalar tarafından tüm yarıçaplar boyunca aynı kuvvetle çekilir ve sonuç olarak bileşke sıfıra eşit olacaktır.



Pirinç. 9. Dünyanın içindeki yerçekimi ivmesindeki değişim.


Bu bilgi ile 1 kare kesitli bir kaya sütununun ağırlığını hesaplayabiliriz. santimetre ve uzunluk, yarıçapa eşit Dünya veya herhangi bir parçası. Bu, üstteki kayaların ağırlığının temel alan üzerine uyguladığı basınç olacaktır (1 metrekare santimetre) yerin derinliklerinde. Hesaplamalar aşağıdaki rakamlara yol açar: "taban" da yerkabuğu, yani sialik zarın tabanında (50 km) - yaklaşık 13 bin atmosfer, yani santimetre kare başına yaklaşık 13 ton; çekirdeğin sınırında - yaklaşık 1,4 milyon atmosfer; dünyanın merkezinde - yaklaşık 3 milyon atmosfer (Şek. 10). Üç milyon atmosfer santimetre kare başına yaklaşık üç bin tondur. Bu çok büyük bir miktar. Henüz hiçbir laboratuvar bu tür basınçlara ulaşamamıştır.



Pirinç. 10. Dünyanın içindeki basınçtaki değişiklikler.


Gelelim sıcaklığa. Sondaj kuyularında ve madenlerde yapılan ölçümlere göre, sıcaklığın derinlikle birlikte arttığı, her 100 metrede yaklaşık 3 ° yükseldiği tespit edildi. Benzer bir sıcaklık artışı oranı her yerde, tüm kıtalarda devam ediyor, ancak yalnızca Dünya'nın yüzeyine yakın dış kısımlarında. Derinlikle birlikte, "jeotermal gradyan" ın (jeotermal gradyan - santimetre başına derece cinsinden sıcaklık değişimi) büyüklüğü düşer. Kayaların termal iletkenliğine dayalı hesaplamalar, dünyanın dış kısımları için bilinen jeotermal gradyanın ilk 20'den fazla sürmediğini göstermektedir. km; altında, sıcaklıktaki artış belirgin şekilde yavaşlar. Siyalik kılıfın tabanında sıcaklığın 900°'nin üzerinde olması muhtemel değildir; 100 derinlikte km - yaklaşık 1500°; Ayrıca, büyümesi daha da yavaşlar. Dünyanın merkezi kısımlarına, özellikle de çekirdeğine gelince, onlar hakkında kesin bir şey söylemek çok zordur. Bu konuyu inceleyen uzmanlar, Dünya'nın iç kısmının 2-3 bin dereceden fazla ısınmadığına inanıyor (Şek. 11).



Pirinç. 11. Dünya içindeki sıcaklık değişimi.


Karşılaştırma için, Güneş'in merkezinde sıcaklığın Güneş yüzeyinde 1 milyon derece - yaklaşık 6000 ° olarak tahmin edildiğini hatırlamak ilginç olabilir. yanan bir saç ampul 3000°'ye kadar ısıtılır.

Isı kaynakları ve dünyanın termal rejimi sorunu hakkında ilginç veriler mevcuttur. Bir zamanlar Dünya'nın Güneş tarafından "miras alınan" kendisine bırakılan "orijinal" ısıyı koruduğuna ve onu yavaş yavaş kaybettiğine, soğuyarak ve hacim olarak küçüldüğüne inanılıyordu. Radyoaktif elementlerin keşfi önceki fikirleri değiştirdi. Yer kabuğunu oluşturan kayaların, kendiliğinden ve sürekli olarak ısı yayan radyoaktif elementler içerdiği ortaya çıktı. Bu ısı miktarının 1 küçük kalorinin yaklaşık 6 milyonda biri olduğu tahmin edilmektedir. santimetre küp yılda kayalar ve dünya yüzeyi tarafından dünya uzayına yayılan tüm ısı tüketimini karşılamak için, aynı temel kaya küpünün yılda yalnızca on milyonda üç küçük kalori yayması gerekir. Başka bir deyişle, dünyanın soğuduğuna inanmak için hiçbir sebep yok. Aksine, tam tersine ısınabilir. Bu temelde, içinde son yıllar yer kabuğunun gelişimi ve yaşadığı hareketlerin kökeni için yeni hipotezler önerilmiştir.

varlığı göz önüne alındığında Yüksek sıcaklık Dünyanın bağırsaklarında şu soruyu sorma hakkımız var: Dünyanın iç kısımları hangi fiziksel (“toplu”) durumda? Katı mı, sıvı mı, yoksa gaz mı?

En son sürüm, yani Dünya'nın içindeki maddenin gaz hali fikri hemen reddedilebilir. Yeryüzünü oluşturan mineralleri gaz haline getirmek için, yukarıda sunulan verilere bakılırsa, kabul edilebilir olandan çok daha yüksek bir sıcaklık gerekir.

Ancak kayalar sıvı halde olabilir. Örneğin "asidik" kayaçların 1000°C'de, "bazik" kayaçların 1000-1200°C'de ve "ultrabazik" kayaçların 1300-1400°C'de eridiği bilinmektedir. Bu, zaten 100–130 derinlikte olduğu anlamına gelir. km kayalar erimeli. Ama çok yüksek basınç var ve basınç erime noktasını yükseltiyor. Kimin etkisi daha büyük olacak: yüksek sıcaklık veya yüksek basınç?

Burada tekrar sismik gözlemlerin yardımına dönmemiz gerekiyor. Boyuna ve enine dalgalar, Dünya'nın yüzeyi ile çekirdeğin sınırı arasına yerleştirilmiş, Dünya'nın tüm kabuklarından serbestçe geçer; sonuç olarak, madde burada her yerde bir katı gibi davranır. Bu sonuç, bir bütün olarak Dünya'nın sertliğinin çeliğin sertliğine yakın olduğunu gösteren gökbilimcilerin ve jeofizikçilerin vardığı sonuçla tutarlıdır. V. F. Bonchkovsky'nin hesaplamalarına göre, Dünya'nın sertliğinin santimetre kare başına 12 10 11 din olduğu tahmin ediliyor, bu granit sertliğinden dört kat daha fazla.

Bu nedenle, modern verilerin toplamı, Dünya'nın tüm kabuklarının (çekirdeği hariç!) Katı halde kabul edilmesi gerektiğini göstermektedir. sıvı hal madde, yalnızca volkanların doğrudan bağlı olduğu yer kabuğunun kalınlığındaki oldukça önemsiz alanlar için varsayılabilir.



 

Şunları okumak faydalı olabilir: