Внутрішнє ядро Землі

Внутрішнє ядро Землі, суб'ядро (англ. sub-core, inner core, lower core; нім. Innererkern m, innerer Kern m, Kern m) — внутрішня частина ядра Землі з радіусом близько 1,22 тис. км. Суб'ядро, ймовірно, тверде, густина речовини всередині суб'ядра досягає 13100 кг/м³, маса — 9,7 × 1022 кг (1,6 % маси Землі, 5 % маси ядра), об'єм 7,6 х 109 км³(0,7 % об'єму Землі)[1]. Гіпотетично внутрішнє ядро складається із залізо-нікелевого сплаву з домішками силікатів і важких металів.

Модель внутрішньої будови планети Земля
Внутрішнє ядро позначене цифрою 6

Існування внутрішнього ядра Землі обґрунтувала у 1936 році данський геофізик Інге Леманн[2].

Внутрішнє ядро поступово зростає за рахунок кристалізації речовини зовнішнього ядра при остиганні Землі. Кристалізація суб'ядра почалася 1-1,5 млрд років тому.

Відкриття
Розповсюдження P-хвиль всередині Землі

Існує два основних типа хвиль, що виникають під час землетрусів — P-хвилі (поздовжні) і S-хвилі (поперечні). P-хвилі проходять через тверді тіла, рідини і гази (наприклад, звичайні звукові хвилі є поздовжніми), тоді як S-хвилі можуть розповсюджуватись лише у твердих тілах, оскільки модуль зсуву у рідинах і газах дорівнює нулю[3].

У 1913 році Бено Гутенберг, аналізуючи розповсюдження сейсмічних хвиль, показав, що ядро Землі, починаючи з глибини 2880 кілометрів, рідке[4].

У 1930-х роках Інге Леманн, данська геофізикиня, аналізуючи сейсмічні хвилі від землетрусу 1929 року у Новій Зеландії, помітила, що сейсмографічні станції у Іркутську і Свердловську зафіксували значно сильніші поштовхи, ніж це очікувалось би. Для пояснення цього факту вона розробила нову трикомпонентну модель будови Землі, що включала ще одне, тверде, ядро всередині рідкого, і опублікувала її в 1936 році в статті під назвою «P′». Лише у 1970-х роках були отримані додаткові дані, що повністю підтвердили теорію Леманн, а лінія розділення між зовнішнім та внутрішнім ядром на її честь отримала назву межа Леманн[5].

Хоча сейсмологічні дані явно вказували, що внутрішнє ядро існує, те що воно дійсно тверде вдалося остаточно довести лише у 2018 році, показавши, що S-хвилі дійсно проходять крізь нього[3].

Виникнення

Ймовірно, деякий час після утворення Землі внутрішнього ядра не існувало, а все ядро було рідким. Проте, внутрішні оболонки Землі поступово охолоджуються. Приблизно 1-1,5 мільярда років тому температура ядра опустилася до точки тверднення заліза, після чого подальше охолодження призводить до зростання суб'ядра. Датування пов'язують з моментом різкого зростання напруженності магнітного поля Землі[6]. Зараз внутрішнє ядро продовжує рости зі швидкістю близько 1 міліметра на рік[7].

Властивості

Внутрішнє ядро має радіус 1220 кілометрів (приблизно збігається з радіусом Плутону). Тиск у ньому змінюється від 328 (на поверхні) до 363 (в центрі) ГПа а густина від 12760 до 13090 кг/м3[8]. Температура внутрішнього ядра дорівнює температурі тверднення речовини в умовах ядра, яка ще не була підтверджена експериментально, а теоретичні оцінки варіюються від 4000 до 7000 кельвінів[9].

Внутрішнє ядро складається з заліза сплаву з домішками нікелю (до 5 %)[10], кремнію, сульфуру, кисню і інших речовин. Можливо, суб'ядро є одним суцільним кристалом заліза. Розповсюдження сейсмічних хвиль у внутрішньому ядрі має анізотропію, що може бути пояснене таким чином[11]. Залізо в цих умовах, ймовірно, присутнє у вигляді ε-заліза — алотропної модифікації заліза, в якій його атоми мають гексагональну щільноупаковану ґратку[12]. Згідно інших гіпотез, внутрішнє ядро складається з великої кількості кристалів заліза, між якими присутня речовина у розплавленому стані[3]. Густина внутрішнього ядра приблизно на 5 % менша, ніж якби воно складалося з чистого заліза.

Внутрішнє ядро обертається навколо своєї осі трохи швидше, ніж Земля в цілому — на 0.3-0.5° на рік, тобто воно робить додатковий оберт приблизно за 900 років. Це явище називається суперротація. Причини цього явища досі не зрозумілі остаточно, але ймовірно, воно пов'язане з роботою геодинамо або ж з припливними силами[13]. Цей рух пов'язують зі спостерігаючимся зміщенням магнітного поля Землі на захід. Втім, існують дані про те, що за останні 3000 років були періоди, коли магнітне поле навпаки, зміщувалося на схід[14]. Розрахунки показують, що за відсутності постійної підкручуючої сили додаткове обертання повністю зупиниться за час порядку 11000 років[13].

Магнітне поле Землі у ядрі має напруженість близько 25 гаус, і, ймовірно, виникає завдяки взаємодії внутрішнього і зовнішнього ядра. Серед причин руху потоків розплавленого заліза у зовнішньому ядрі називають: хвилі, що виникають внаслідок руху нерівної поверхні внутрішнього ядра[15], теплота, що виникає при твердненні заліза і спричинене нею конвективне перемішування[16]. Варто зазначити, що магнітне поле Землі не може бути спричинене намагніченістю суб'ядра, оскільки його температура є значно вищою за точку Кюрі заліза[17]. Згідно деяких гіпотез, зростання магнітного поля, спричинене появою внутрішнього ядра, в свою чергу стало причиною кембрійського вибуху[18].

Див. також

Примітки
  1. [http://www.mso.anu.edu.au/PSI/PSI_Meetings/Entries/2007/6/13_The_bulk_composition_of_the_Earth_(1)_files/Treatise%20on%20Geochemistry%202003%20McDonough.pdf Compositional Model for the Earth's Core](англ.)
  2. Edmond A. Mathez, ред. (2000). EARTH: INSIDE AND OUT. American Museum of Natural History. Архів оригіналу за 30 квітня 2008. Процитовано 5 грудня 2013.
  3. Внутреннее ядро Земли действительно твердое, хотя и немного пластичное(рос.)
  4. The Life of Beno Gutenberg(англ.)
  5. Inge Lehmann(англ.)
  6. Palaeomagnetic field intensity variations suggest Mesoproterozoic inner-core nucleation(англ.)
  7. What are the Earth's layers?(англ.)
  8. Physical properties of the inner core's substance(англ.)
  9. Why is the earth's core so hot? And how do scientists measure its temperature?(англ.)
  10. INNER CORE COMPOSITION(англ.)
  11. Seismic anisotropy in the Earth's innermost innercore: Testing structural models against mineral physics predictions(англ.)
  12. Constraints on Earth's inner core composition inferred from measurements of the sound velocity of hcp-iron in extreme conditions(англ.)
  13. Superrotation of Earth's Inner Core, Extraterrestrial Impacts, and the Effective Viscosity of Outer Core(англ.)
  14. Electromagnetically driven westward drift and inner-core superrotation in Earth's core(англ.)
  15. First measurement of magnetic field in Earth's core(англ.)
  16. What Drives Earth's Magnetic Field?(англ.)
  17. The Geomagnetic Field(англ.)
  18. Why did life develop on the surface of the Earth in the Cambrian?(англ.)

Література
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.