Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



Контакти
 


Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция






Формування ядра

 

Перш за все питання про щільність. Ще у 1939 році В. Лодочніков, великий вчений Ленінградського гірничого інституту, подав цікаву думку про те, що щільність речовини, яка складає земну кулю, збільшується за глибиною під впливом ваги порід, що залягають вище, які спричиняють тиск в сотні тисяч і навіть мільйони атмосфер на породи, що залягають нижче, але не внаслідок зміни складу речовини.

Дійсно, з фізичної точки зору, гіпотеза про зміни щільності під тиском, тобто про перехід речовини з одного агрегатного стану в інший не викликає принципових заперечень. Роботи В. Магницького, Б. Давидова, 1955;

 

Рисунок 1.17 – Будова ядра Землі (за М. Боттом, 1978)

Р. Рамзея, Г. Джеффриса, П. Бриджмена, М. Воларовича і багатьох інших фізиків і геофізиків [4, 6, 12, 20] показали, що під впливом високого тиску перехід іонних кристалів силікатів в металічну фазу – процес досить реальний і повинен здійснюватися в надрах Землі: “Земна речовина переходить в щільну металічну фазу при тому тискові, який панує на границі земного ядра (біля 140000 атм)” [Б. Левин, 1955].Відповідно повинні змінюватися і властивості речовини (в тому числі і пружність). Тому В.Лодочніков пропонував пояснити поведінку сейсмічних хвиль в глибинах Землі “ущільненням тіл від навантаження породами, що залягають вище без будь-якої зміни речовинного складу цих тіл” [32].

Більше того, оскільки такий фазовий перехід здійснюється стрибкоподібно (що витікає із фізичної сутності процесу), то знаходить собі задовільне пояснення наявність різкої границі розділу (I роду) між проміжною оболонкою та ядром, де властивості речовини – щільність, швидкість сейсмічних пружних хвиль – змінюються, дійсно, стрибком (рис. 1.18). Останнє важко пояснити зміною складу, тому що просте перемішування, або диференціація речовини під впливом сили тяжіння “повинна була б”, як писав В.Лодочніков, “виявлятися в поступовій, а не в стрімкоподібній зміні складу”. “Хоча ці зміни щільності під навантаженням, - писав далі В.Лодочніков, - відбуваються поступово, але це здійснюється до визначеної точки переходу з одного стану в інший, і якою б не була якість такого переходу з однієї кристалічної модифікації в іншу або із кристалічного стану в аморфний, або, зрештою, відбуватиметься зміна знайомого нам агрегатного стану на новий, нам невідомий, - всі такі зміни мусять відбуватися саме стрибками, дискретно, подібно тому, як це спостерігається нами при зміні різних агрегатних станів, іноді при цьому кількох, на земній поверхні”.

Гіпотеза про фазовий перехід пояснює зміни щільності, що спостерігаються, так і наявність різкої поверхні розподілу, що відділяє ядро. Таким чином можна вирішити питання і про природу границі внутрішнього ядра (рис. 1.19). Є й інші міркування щодо правильності існування залізного ядра.

Новітні дані про середній склад метеоритів показують, що доля Fe в них по відношенню до всієї маси речовини метеоритів складає приблизно 15% і не перевищує у всякому випадку 23% (за розрахунками П. Чирвинського, 1949, Б. Левина та А. Старикової, 1955). Між іншим, щоби заповнити залізом ядро, ця доля повинна перевищувати одну третю. Таким чином заліза, яке вміщують метеорити, очевидно, недостатньо для утворення земного ядра того об’єму і маси, які встановлені достеменно.

 

Рисунок 1.18 – Розподіл швидкостей за Гутенбергом для хвиль P та S (суцільні криві) і Джеффрисом (тільки Р, точкова крива) (за М. Боттом, 1978)

 

Рисунок 1.19 – Вірогідне насичення границі внутрішнього ядра, як границі ствердіння при тиску, що збільшується (за даними М. Ботта). 1 – крива плавлення; 2 – фактична температура

 

Труднощі виникають також при спробі пояснити розшарування Землі і концентрацію заліза в ядрі за допомогою процесу гравітаційної диференціації. Припустімо, що заліза достатньо. Але йому необхідно якимось чином скупчитися в центрі Землі, протікати в ядро. Яким же саме чином? Можна уявити собі тільки один спосіб – гравітаційна диференціація речовини, тобто просування вниз важких включень заліза під впливом сили тяжіння серед загальної маси кам’янистої речовини. В’язкість оболонки відома. Вона близька до 1022 (Пуаз) г/см/сек. При такій в’язкості, як показав Е. Люстих (1948), занурення важких включень відбувається вкрай повільно. Наприклад, залізне включення поперечником в 1 м буде занурюватися зі швидкістю 5 см за 1 млрд. років, тобто буде практично нерухомим. В цих умовах процес концентрації заліза в ядрі потребує таких тривалих періодів часу, якими навіть геологія не оперує.

Іноді йшлося про те, що наявність і властивості магнітного поля, що спостерігається на поверхні Землі, можна пояснити тільки феромагнітними властивостями залізного ядра. Однак в подальшому з’ясувалося, що температура глибинних частин земної кулі перевищує так звану точку Кюрі (t = 600 0С), тобто досягає таких значень, що це спричиняє втрати залізом своїх магнітних властивостей.

А. Калашніков, який проводив дослідження з цього питання (1955), прийшов до висновку, що існує певна ізотермічна поверхня, яка відповідає точці Кюрі , поділяє Землю на дві частини: феромагнітну оболонку товщиною лише 30-50 км і парамагнітну, в якій немає намагнічених часток речовини. Головне ж магнітне поле Землі обумовлено не магнітними властивостями речовини ядра, а циркуляцією в середині Землі електричних зарядів.

Відзначимо, що, нарешті, ця гіпотеза про залізне ядро не дає задовільного пояснення, яким чином залізо та нікель опинилися неокисленими таким сильним та широко розповсюдженим окислювачем, як кисень (на що звернув увагу В. Магницький) [20].

Звернемо увагу на те, що уявлення про фазовий перехід добре пояснює відсутність щільних ядер у Марса, Меркурія, Місяця; маса яких недостатня, щоб тиск в середині досяг необхідної “критичної” точки. Лише Венера, близька за своїми розмірами і масою до Землі, володіє щільним ядром.

Після тривалого панування ідеї про ядро, яке складене з Fe-Ni, настала, ймовірно, епоха інших уявлень, а саме – речовина ядра володіє властивостями металів. На цій підставі його можна називати металічним, але воно складається не тільки із заліза, в ньому заліза не більше, ніж в проміжній або перидотитовій оболонках (писав Г. Горшков, 1962). Не можна залишити поза увагою існування гіпотези від початкової гідридної Землі, яку висунув та детально обгрунтував В Ларін і доповнив А Скляров [22].

На сьогоднішній день існує теорія, згідно з якою Земля утворилася в процесі диференціації речовини. Утворення ядра повинно було вивільнити велику кількість гравітаційної енергії внаслідок концентрації Fe-Ni фази, яка має високу щільність в центрі Землі. Також незначна кількість енергії повинна була виділитися при утворенні кори з мантії [10].

Частина енергії, яка утворилася при формуванні ядра, перейшла в енергію пружних напружень, тобто концентрація щільної речовини в центрі збільшує силу тяжіння в середині Землі та призводить до подальшого стискування речовини. За аналогією зі складом метеоритів первинна Земля могла складатися із суміші силікатів з високою точкою плавлення і малою щільністю та металічної Fe-Ni фази з більш низькою точкою плавлення і більшою щільністю. В міру поступового розігріву Землі температура плавлення Fe-Ni фази досягає границі зовнішньої оболонки, яка охолоджується завдяки теплопровідності. Глибина цього процесу складає 400 км. На цій глибині утворився тонкий шар з рідкої Fe-Ni речовини і твердих силікатів. Більш щільна рідка фаза посувається до центру Землі шляхом схожим на інтрузію магми, але навпаки у зворотному напрямку.

Час формування ядра залежить від того, які радіоактивні ізотопи були основним джерелом першочергового розігріву Землі: тривало існуючих або коротко існуючих. Якщо процес утворення Землі продовжувався протягом 1 млрд. років після завершення синтезу ядер таких коротко існуючих ізотопів, як Al26, то їх розпад міг дати достатньо тепла для утворення ядра Землі. На цей процес пішло би кілька мільйонів років після утворення Землі. Але якщо для формування Землі знадобилося більше часу, тоді коротко існуючі ізотопи розпалися ще до того, як підвищилася температура в надрах Землі. У цьому випадку Земля отримала би тепло в результаті розпаду тривало існуючих ізотопів V, Th, K. Тоді початок утворення земного ядра затримався би на час від 400 млн. років після утворення Землі.

Аналіз існуючих гіпотез формування ядра за короткий і тривалий час дає підстави дотримуватись уявлень про порівняно швидке формування ядра на ранньому етапі історії Землі.

Внаслідок утворення ядра диференціацією речовини температура на великих глибинах мала би подвоїтися. При цьому встановився б новий тепловий режим, який би міг призвести до виникнення більш ефективних методів переносу тепла в надрах Землі. Це, в свою чергу, мало би викликати початок формування кори.




Переглядів: 715

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Геодинаміка ядра Землі | Ббудова ядра

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.006 сек.