Ядро Земли
Ядро Земли (Ботт, 1974; Сорохтин, 1974) внутренне не однородно. В нём, в интервале глубин 4980–5120 км, имеется переходная зона, характеризующаяся быстрым ростом скорости продольных волн. Эта зона отделяет внешнее ядро от внутреннего. Средний общий радиус ядра 3 470 км (рис. 1). Ядро несколько сплюснуто вдоль полярного диаметра.
Форма ядра — эллипсоид вращения, относительная сплюснутость ядра 1 /390, абсолютная — 9 км.
Скорость продольных волн вблизи поверхности внешнего ядра 8.1, вблизи его подошвы — 10.4 км/с, рост скорости во внешнем ядре плавный. В переходной зоне ядра скорость скачкообразно возрастает от 10.4 до 11.2 км/с, во внутреннем ядре она практически постоянна — 11.2 км/с. Средняя плотность вещества ядра 12.42 г/см3, плотность внешнего ядра 9.5 г/см3, внутреннего — около 12.7 г/см3. Температура в центре ядра 4000–6000 °С, давление 3 657 кбар.
Внешнее ядро не пропускает поперечные сейсмические волны, что подтверждает жидкое состояние вещества внешнего ядра. Об этом же свидетельствуют периодические колебания Земли в целом относительно оси её вращения. Это так называемые чандлеровские колебания полюсов с периодом около 1.2 года. Они детально проанализированы в работах У. Манка, Г. Макдональда, А. С. Монина и др. Нутационные колебания земной оси с периодом около суток, по данным Н. Н. Парийского, также возможны только при наличии жидкого ядра, а приливные движения земной поверхности в полностью твёрдой Земле, по расчётам М. С. Молоденского, были бы вдвое меньше тех, что наблюдаются в действительности.
Переход от жидкого внешнего ядра к внутреннему может отвечать фазе затвердевания вещества под увеличивающимся давлением. Внутреннее ядро, судя по характеру (кинематике) происхождения продольных волн, вероятнее всего, является твёрдым телом, но находится в состоянии, близком к расплавлению.
С середины XIX в., когда было выявлено существование двух классов метеоритов, до 40-х годов нашего столетия на основе идей Е. Вихерта (1897 г.) бытовало мнение, что ядро может быть только железным с примесями никеля. В 1941 г. В. Кун и А. Ритман выдвинули новую идею, что ядро Земли по составу является идентичным Солнцу и состоит из конденсированного водорода. Несколько позже В. Г. Рамзей (1949 г.) привёл доводы в пользу того, что ядро является силикатным, но силикаты в условиях высоких давлений металлизированы. Современные экспериментальные данные из опытов с ударным сжатием силикатов, металлов и их окислов (Л. В. Альтшулер, С. В. Кормер, Г. В. Симаков, 1961 —1971 гг.), а также квантово-механические расчёты Ф. Берча не подтвердили гипотезы металлизации силикатов при давлениях и температурах, господствующих в ядре Земли. Сейчас вновь преобладает мнение о железо-никелевом составе ядра (Г. Макдональд, Л. Кнопов, А. Рингвуд, Л. В. Альтшулер и др.), но к железу внешнего ядра добавляется ещё кислород (Сорохтин, 1974).
Рисунок 1. Слои Земли
Латинские буквы — часто встречающиеся в научной литературе обозначения оболочек, предложенные К. Е. Булленом; цифры — километры.
Форма ядра — эллипсоид вращения, относительная сплюснутость ядра 1 /390, абсолютная — 9 км.
Скорость продольных волн вблизи поверхности внешнего ядра 8.1, вблизи его подошвы — 10.4 км/с, рост скорости во внешнем ядре плавный. В переходной зоне ядра скорость скачкообразно возрастает от 10.4 до 11.2 км/с, во внутреннем ядре она практически постоянна — 11.2 км/с. Средняя плотность вещества ядра 12.42 г/см3, плотность внешнего ядра 9.5 г/см3, внутреннего — около 12.7 г/см3. Температура в центре ядра 4000–6000 °С, давление 3 657 кбар.
Внешнее ядро не пропускает поперечные сейсмические волны, что подтверждает жидкое состояние вещества внешнего ядра. Об этом же свидетельствуют периодические колебания Земли в целом относительно оси её вращения. Это так называемые чандлеровские колебания полюсов с периодом около 1.2 года. Они детально проанализированы в работах У. Манка, Г. Макдональда, А. С. Монина и др. Нутационные колебания земной оси с периодом около суток, по данным Н. Н. Парийского, также возможны только при наличии жидкого ядра, а приливные движения земной поверхности в полностью твёрдой Земле, по расчётам М. С. Молоденского, были бы вдвое меньше тех, что наблюдаются в действительности.
Переход от жидкого внешнего ядра к внутреннему может отвечать фазе затвердевания вещества под увеличивающимся давлением. Внутреннее ядро, судя по характеру (кинематике) происхождения продольных волн, вероятнее всего, является твёрдым телом, но находится в состоянии, близком к расплавлению.
С середины XIX в., когда было выявлено существование двух классов метеоритов, до 40-х годов нашего столетия на основе идей Е. Вихерта (1897 г.) бытовало мнение, что ядро может быть только железным с примесями никеля. В 1941 г. В. Кун и А. Ритман выдвинули новую идею, что ядро Земли по составу является идентичным Солнцу и состоит из конденсированного водорода. Несколько позже В. Г. Рамзей (1949 г.) привёл доводы в пользу того, что ядро является силикатным, но силикаты в условиях высоких давлений металлизированы. Современные экспериментальные данные из опытов с ударным сжатием силикатов, металлов и их окислов (Л. В. Альтшулер, С. В. Кормер, Г. В. Симаков, 1961 —1971 гг.), а также квантово-механические расчёты Ф. Берча не подтвердили гипотезы металлизации силикатов при давлениях и температурах, господствующих в ядре Земли. Сейчас вновь преобладает мнение о железо-никелевом составе ядра (Г. Макдональд, Л. Кнопов, А. Рингвуд, Л. В. Альтшулер и др.), но к железу внешнего ядра добавляется ещё кислород (Сорохтин, 1974).
Информация:
— Следующая статья | В. А. Дедеев, П. К. Куликов: «Происхождение структур земной коры»