Zemské jádro

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 6. června 2021; kontroly vyžadují 7 úprav .

Jádrem Země  je centrální, nejhlubší část planety Země , geosféra , umístěná pod zemským pláštěm a pravděpodobně sestávající ze slitiny železa a niklu s příměsí dalších siderofilních prvků . Hloubka - 2900 km. Průměrný poloměr koule je 3500 km. Dělí se na pevné vnitřní jádro o poloměru asi 1300 km a tekuté vnější jádro o tloušťce asi 2200 km, mezi nimiž se někdy rozlišuje přechodová zóna [1] . Teplota na povrchu pevného jádra Země dosahuje pravděpodobně 6230±500 K (5960±500 °C) [2] [3] , ve středu jádra může být hustota asi 12,5 t/m³, tlak je až 3,7 milionu atm (375 GPa). Hmotnost jádra je 1,932⋅1024 kg .

O jádru se ví jen velmi málo – veškeré informace jsou získávány nepřímými geofyzikálními nebo geochemickými metodami. Vzorky materiálu jádra zatím nejsou k dispozici.

Historie studia

Pravděpodobně jeden z prvních předpokladů o existenci oblasti s vysokou hustotou uvnitř Země učinil Henry Cavendish , který vypočítal hmotnost a průměrnou hustotu Země a zjistil, že je mnohem vyšší než hustota charakteristická pro horniny vznikající na Zemi. zemský povrch [4] .

Existenci prokázal v roce 1897 německý seismolog E. Wiechert a hloubku (2900 km) určil v roce 1910 americký geofyzik B. Gutenberg .

V roce 1922 zakladatel geochemie V. M. Goldshmidt navrhl, že jádro vzniklo gravitační diferenciací primární Země během jejího růstu nebo později.

Alternativní hypotézu, že železné jádro vzniklo i v protoplanetárním oblaku, vyvinuli německý vědec A. Eiken (1944), americký vědec E. Orovan a sovětský vědec A. P. Vinogradov (60.-70. léta 20. století).

V roce 1941 Kuhn a Ritman na základě hypotézy o identitě složení Slunce a Země a na výpočtech fázového přechodu ve vodíku navrhli, že zemské jádro se skládá z kovového vodíku . [5] [6] Tato hypotéza nebyla experimentálně testována. Experimenty s rázovou kompresí ukázaly, že hustota kovového vodíku je přibližně o řád nižší než hustota jádra. Později však byla tato hypotéza přizpůsobena k vysvětlení struktury obřích planet - Jupiteru , Saturnu a dalších. Donedávna se předpokládalo, že magnetické pole takových planet vzniká právě v kovovém vodíkovém jádru.

V roce 2016 však vědci ze Spojených států a Velké Británie, kteří vytvořili podmínky blízko jádra s okamžitou kompresí, vytvořili tlak 1,5 milionu atmosfér a vysoké teploty několik tisíc stupňů, dokázali získat třetí střední stav vodíku [ 7] , ve kterém má vlastnosti kovu i plynu. V tomto stavu nepropouští na rozdíl od infračerveného záření viditelné světlo, proto se mu říkalo „temný vodík“. Tmavý vodík navíc na rozdíl od kovového vodíku dokonale zapadá do modelu struktury obřích planet.[ význam skutečnosti? ] , zejména vysvětluje, proč jsou horní vrstvy plynných obrů mnohem teplejší, než by měly být, přenášejí energii z jádra, a protože má také elektrickou vodivost, i když horší než kovový vodík, hraje stejnou roli jako vnější jádro. na Zemi. [osm]

V. N. Lodochnikov a W. Ramsay navíc navrhli, že spodní plášť a jádro mají stejné chemické složení – na rozhraní jádro-plášť při 1,36 Mbar přecházejí plášťové silikáty do tekuté kovové fáze (metalizované silikátové jádro) [9] .

V roce 2015 bylo známo, že v kapalné části jádra je třetí vrstva. Analýza seismických vln umožnila skupině geologů vedených profesorem Xiaodongem Songem z University of Illinois dojít k závěru, že zemské jádro není dvouvrstvé, ale třívrstvé [10] [11] [12] .

Nová studie, původně publikovaná v Physics of the Earth and Planetary Interiors, naznačuje, že stav vnitřního jádra naší planety se pohybuje od pevného po poloměkké a dokonce i kapalné.

„Čím více studujeme [jádro], tím více si uvědomujeme, že to není jen nudný kus železa,“ komentovala studii Jessica Irving, seismoložka z University of Bristol v Anglii. "Nacházíme zcela nový skrytý svět." [13]

Složení jádra

Existují pouze nepřímé údaje o složení jádra, získané různými způsoby. Z dostupných materiálů jsou železné meteority složením nejblíže zemskému jádru , což jsou fragmenty jader asteroidů a protoplanet . Železné meteority však nemohou poskytnout přesnou představu o látce zemského jádra, protože byly vytvořeny v mnohem menších tělesech, což znamená za různých fyzikálně-chemických podmínek.

Na druhé straně seismické studie udávají přesnou velikost jádra [14] a jeho hustota je známá z gravimetrických dat , což ukládá další omezení na jeho složení. Protože hustota jádra je o 5-10 % menší než hustota slitin železa a niklu, předpokládá se, že zemské jádro obsahuje více lehkých prvků než železné meteority [14] . Mezi pravděpodobné kandidáty patří síra , kyslík , křemík , uhlík , fosfor , vodík [14] .

Nakonec lze složení jádra odhadnout z geochemických a kosmochemických úvah. Pokud se nějakým způsobem spočítá primární složení Země a spočítá se, jaký podíl prvků je v jiných geosférách, pak lze zkonstruovat odhady složení jádra. Velkou pomocí při těchto výpočtech jsou vysokoteplotní a vysokotlaké experimenty distribuce prvků mezi roztaveným železem a silikátovými fázemi.

Chemické složení jádra
Zdroj Si , hm. % Fe , hm. % Ni , hm. % S , hm. % O , hm. % Mn , ppm Cr , ppm Co , ppm P , ppm
Allegre a kol., 1995, tabulka 2 , str. 522 7,35 79,39 ± 2 4,87 ± 0,3 2,30 ± 0,2 4,10±0,5 5820 7790 2530 3690
Mc Donough, 2003, tabulka 4 , str. 556 6.0 85,5 5.20 1,90 ~0 300 9000 2500 2000

V dubnu 2015 vědci z Oxfordské univerzity navrhli teorii, podle níž je obsah uranu v zemském jádru o několik dílů na miliardu vyšší, než se dosud předpokládalo [15] . Takové prohlášení vedlo k šíření významných poznámek v médiích o údajném objevu uranového jádra v blízkosti Země [16] .

Magnetické pole Země

Magnetické pole Země je vytvářeno vnitřními strukturami planety. Existuje mylná představa, že je vytvářeno feromagnetickými materiály vnitřního jádra (jako permanentní magnet) [17] , ačkoli feromagnetické vlastnosti železa mizí při teplotách nad Curieovým bodem . Obecně přijímaná hypotéza vysvětlující vznik magnetického pole Země se nazývá geodynamo . Magnetické pole podle něj vzniká pohybem elektricky vodivé tekutiny ve vnějším jádru. [18] [19]

Viz také

Poznámky

  1. ↑ D. Yu. Pushcharovsky, Yu. M. Pushcharovsky (MSU), Složení a struktura zemského pláště // Sorosův vzdělávací časopis č. 11 1998
  2. ↑ S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, G. Morard. Tavení železa na hranici vnitřního jádra Země na základě rychlé rentgenové difrakce  (anglicky)  // Science  : journal. - 2013. - 26. dubna ( roč. 340 , č. 6131 ). - str. 464-466 . - doi : 10.1126/science.1233514 .
  3. ↑ Střed Země je o 1000 stupňů teplejší, než se dříve myslelo // Evropské zařízení pro synchrotronové záření, 25. 4. 2013;
    krátký překlad - Fyzici objasnili teplotu zemského jádra // Lenta.ru, 26. dubna 2013: „Teplota pevného železného jádra Země, jak zjistili vědci, je asi 6 tisíc stupňů Celsia. To je o tisíc stupňů více než dřívější odhady."
  4. ↑ Henry Cavendish . www.tsput.ru Staženo: 31. července 2018.
  5. ↑ Kuskov O. L., Khitarov N. I. (1982) „Termodynamika a geochemie jádra a pláště Země. M .: Nauka, 1982 "str. 127:" V polovině XX století. existují hypotézy o neželezném složení jádra. W. Kuhn a A. Ritman [513] na základě hypotézy o identitě složení Slunce a Země a na výpočtech fázového přechodu ve vodíku [666] předložili předpoklad jádra sestávajícího z kovový vodík."
  6. ↑ Kuhn W, Rittmann A. Über den Zustand des Erdinnern und seine Enstehung aus einem homogenen Urzustand - Geologische Rundschau, 1941, sv 32., vydání 3, s. 215-256. doi:10.1007/BF01799758 , ISSN 0016-7835
  7. ↑ R. Stewart McWilliams, D. Allen Dalton, Mohammad F. Mahmood, Alexander F. Goncharov. Optické vlastnosti tekutého vodíku při přechodu do vodivého stavu  // Physical Review Letters. — 22. 6. 2016. - T. 116 , č.p. 25 . - S. 255501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.116.255501 .
  8. ↑ Ivan Ortega, Temný vodík vysvětlil záhady obřích planet L!FE #SCIENCE 28. 6. 2016 podle Optical Properties of Fluid Hydrogen at the Transition to a Conducting State 2016. doi : 10.1103/PhysRevLett.116.255501
  9. ↑ E.N. Lyustikh, doktor fyziky a matematiky. vědy Akademie věd SSSR. Záhady hlubokých střev  // http://neotec.ginras.ru/ . — 1967.
  10. ↑ Zemské jádro se ukázalo jako třívrstvá "matrjoška", zjistili geologové . RIA Novosti - Věda (9. února 2015).
  11. ↑ Vědecké novinky. Vnitřní jádro Země je strukturované. Obsahuje ještě jedno jádro , VSEGEI (17. února 2015). Staženo 14. května 2015.
  12. ↑ Tao Wang, Xiaodong Song, Han H. Xia. " Rovníková anizotropie ve vnitřní části vnitřního jádra Země z autokorelace coda zemětřesení ". Nature Geoscience 2015 doi:10.1038/ngeo2354 (09. února 2015)
  13. ↑ Rhett Butler, Seiji Tsuboi. Antipodální seismické odrazy na strukturách rychlosti smykových vln ve vnitřním jádru Země  //  Fyzika Země a planetárních interiérů. — 12. 12. 2021. — Sv. 321 . — S. 106802 . — ISSN 0031-9201 . - doi : 10.1016/j.pepi.2021.106802 .
  14. ↑ 1 2 3 Formace zemského jádra , 2007
  15. ↑ Carlson RW (2015) Planetární věda: Nový recept na formování Země. doi : 10.1038/520299a
  16. ↑ Vědci z Oxfordské univerzity navrhli teorii, podle níž se zemské jádro skládá z radioaktivního uranu.
  17. ↑ http://www.earthlearningidea.com/PDF/147_Core.pdf strana 2, „rozšířená mylná představa, že jedním z důkazů toho, že jádro je vyrobeno z niklu a železa, je to, že jde o magnetické materiály, které způsobují magnetické pole Země ."
  18. ↑ Magnetické pole Země
  19. ↑ Geodynamo archivováno 25. listopadu 2013 na Wayback Machine // EPS 122: přednáška 7

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Země
Historie Země Planeta Země
Fyzikální vlastnosti Země
Skořápky Země
Geografie
a geologie
životní prostředí
viz také
  • Kategorie " Příroda "
  • Portál "Věda"
 Skořápky Země
Externí Model vrstev Země.png
Vnitřní
Kůra
Plášť
Jádro