Температура внутри ядра Земли оказалась выше, чем на Солнце
Используя тонкое сочетание ускорителей частиц, рентгеновских лучей, высокоинтенсивных лазеров, алмазов и атомов железа, учёные сумели вычислить температуру внутреннего ядра нашей планеты.Согласно новым подсчётам, она составляет 6000 градусов по Цельсию, что на тысячу градусов выше, чем считалось ранее.
Таким образом, ядро планеты Земля имеет более высокую температуру, чем поверхность Солнца.
Новые данные могут повлечь за собой переосмысление считавшимися непреложными фактов в таких областях знания, как геофизика, сейсмология, геодинамика и других ориентированных на изучение планеты дисциплинах.
Если смотреть с поверхности вглубь, Земля состоит из коры, твёрдой верхней мантии, далее по большей части твёрдой мантии, внешнего ядра из расплавленного железа и никеля и внутреннего ядра из твёрдого железа и никеля. Внешнее ядро находится в жидком состоянии по причине высоких температур, но более высокое давление во внутреннем ядре препятствует расплавлению породы.
Расстояние от поверхности до центра Земли составляет 6371 км. Толщина коры равняется 35 км, мантии 2855 км; на фоне таких расстояний Кольская сверхглубокая скважина глубиной 12 км выглядит сущим пустяком. По существу, о том, что происходит под корой, достоверно нам ничего не известно. Все наши данные основаны на сейсмических волнах землетрясений, отражающихся от различных слоёв Земли, и жалких крох, попадающих на поверхность из глубины, как вулканическая магма.
Естественно, учёные с превеликим удовольствием пробурили бы скважину до самого ядра, но с нынешним уровнем развития технологий осуществление этой задачи не представляется возможным. Уже на двенадцати километрах бурение Кольской скважины пришлось прекратить, так как температура на такой глубине составляет 180 градусов.
На пятнадцати километрах температура прогнозируется на уровне в 300 градусов, и при ней современные буровые установки работать не смогут. И уж тем более сейчас и близко нет технологий, которые дали бы возможность вести бурение в мантии, в диапазоне температур 500-4000 градусов. Не стоит забывать и о практичной стороне дела: за пределами коры нет нефти, так что инвестировать в попытку создания подобных технологий желающих может и не найтись.
Чтобы вычислить температуру во внутреннем ядре, французские исследователи сделали всё возможное для воссоздания сверхвысоких температур и давления ядра в лабораторных условиях. Имитация давления является самой сложной задачей: на такой глубине оно достигает значения 330 гигапаскалей, что в три миллиона раз превышает атмосферное давление.
Чтобы решить её, использовалась ячейка с алмазными наковальнями. Она представляет собой два алмаза конической формы, которые воздействуют на материал с двух сторон на площади диаметром менее миллиметра; таким образом, на образец железа оказывалось давление в 200 гигапаскалей. Затем железо нагревалось при помощи лазера, подвергалось дифракционному анализу рентгеновскими лучами для наблюдения перехода от твёрдого к жидкому состоянию при таких кондициях. Наконец, учёные внесли поправки в полученные результаты для давления в 330 гигапаскалей, получив температуру покрытия внутреннего ядра 5957 плюс-минус 500 градусов. Внутри самого ядра она, по всей видимости, ещё выше.
Почему же переосмысление температуры ядра планеты имеет большое значение?
Магнитное поле Земли генерируется именно ядром и влияет на множество событий, происходящих на поверхности планеты – например, удерживает атмосферу на месте. Знание, что температура ядра на тысячу градусов выше, чем считалось ранее, пока не даёт никаких практических областей применения, но может пригодиться в будущем. Новое значение температуры будет использоваться в новых сейсмологических и геофизических моделях, которые в будущем вполне могут привести к серьезным научным открытиям. По большому же счёту, более полная и точная картина окружающего мира ценна для учёных сама по себе.
Константин Моканов
medbe.ru
Как образовалось ядро Земли: строение нашей планеты
Что у нашей с вами планеты внутри? Как образовалось ядро Земли, в какие незапамятные времена это происходило? Все эти вопросы давно уже волновали человечество. А многим ученым хотелось поскорее узнать, что там, в глубине? Но оказалось, что изучить все это не так уж и легко. Ведь и сегодня, имея все современные приспособления для проведения всевозможных исследований, человечеству под силу пробурить скважины в недра всего лишь на каких-то пятнадцать километров – не более. А для полноценных и всесторонних опытов нужная глубина должна быть на порядок больше. Поэтому научным работникам и приходится вычислять, как образовалось ядро Земли, при помощи разнообразных высокоточных приборов.
Изучение Земли
Еще с древних времен люди изучали горные породы, обнаженные естественным путем. Обрывы и склоны гор, крутые берега рек и морей… Здесь воочию можно наблюдать коренные породы, существовавшие, наверное, миллионы лет назад. А в некоторых подходящих местах пробуриваются скважины. Одна из самых глубоких таких – на Кольском полуострове. Ее глубина – пятнадцать тысяч метров. Шахты, которые люди прорывают для добычи полезных ископаемых, также помогают изучать внутреннее строение Земли. Ядро, конечно же, они «достать» не могут. Но зато из этих шахт и скважин ученые могут извлекать образцы породы, узнавая таким способом об их изменении и происхождении, строении и составах. Минус этих методов в том, что они способны исследовать только сушу и только верхнюю часть коры Земли.
Воссоздание условий в ядре Земли
А вот бесконтактно проникать все глубже и глубже ученым помогают геофизика и сейсмология – науки о землетрясениях и геологическом составе планеты. При помощи изучения сейсмических волн и их распространения выясняется, из чего состоит и мантия, и ядро (определяется аналогично, например, с составом упавших метеоритов). Подобные знания базируются на полученных данных – косвенных – о физических свойствах веществ. Также сегодня изучению способствуют и современные данные, получаемые с искусственных спутников, находящихся на орбите.
Строение планеты
Ученым удалось понять, обобщив полученные данные, что строение Земли является сложным. Она состоит как минимум из трех неравнозначных частей. В центре находится небольшое ядро, которое окружает огромная мантия. Мантия занимает примерно пять шестых всего объема Земного шара. А сверху все покрывает довольно тонкая наружная кора Земли.
Строение ядра
Ядро – это центральная, серединная часть. Она делится на несколько слоев: внутренний и внешний. По мнению большинства современных ученых, внутреннее ядро является твердым, а внешнее – жидкостным (пребывает в расплавленном состоянии). А еще ядро очень тяжелое: оно весит больше трети массы всей планеты при объеме чуть более 15-ти. В ядре температура довольно высока, она составляет от 2000 до 6000 градусов по Цельсию. По предположениям науки, центр Земли состоит из железа и никеля в основном. Радиус этого тяжелого сегмента – 3470 километров. А площадь его поверхности составляет около 150 миллионов квадратных километров, что примерно равно площади всех материков на поверхности Земли.
Как образовалось ядро Земли
Информации о ядре нашей планеты очень мало, и она может быть получена только косвенным путем (отсутствуют образцы пород ядра). Поэтому и теории могут быть высказаны лишь гипотетически о том, как образовалось ядро Земли. История Земли насчитывает миллиарды лет. Большинство ученых придерживается теории, что вначале планета формировалась как довольно однородная. Процесс выделения ядра начался позднее. А состав его – никель и железо. Как образовалось ядро Земли? Расплав этих металлов постепенно опускался к центру планеты, формируя ядро. Это происходило за счет большего удельного веса расплава.
Альтернативные теории
Существуют и противники данной теории, приводящие свою, вполне резонную аргументацию. Во-первых, эти ученые ставят под сомнение факт прохождения сплава железа и никеля в центр ядра (а это более 100 километров). Во-вторых, если предположить выделение никеля и железа из силикатов, подобных метеоритным, то должна была произойти и соответствующая реакция восстановления. Она, в свою очередь, должна была сопровождаться выделением огромного количества кислорода, образуя атмосферное давление в несколько сот тысяч атмосфер. А свидетельства о существовании в прошлом Земли такой атмосферы отсутствуют. Потому и были выдвинуты теории об изначальном образовании ядра при формировании всей планеты.
В 2015 оксфордские ученые и вовсе предложили теорию, согласно которой ядро планеты Земля состоит из урана и имеет радиоактивность. Это косвенно доказывает и столь продолжительное существование магнитного поля у Земли, и тот факт, что в нынешние времена наша планета излучает намного больше тепла, чем предполагалось предыдущими научными гипотезами.
fb.ru
Внутреннее и внешнее ядро Земли
Внешнее и внутреннее ядро Земли
Внутри каждого космического объекта, который смог приобрести шарообразную форму, находится ядро — причем иногда не простое, а многослойное. На громадной глубине даже самые привычные вещества вроде железа приобретают необычные свойства — разрастаются в гигантские кристаллы, становятся жидкими или начинают генерировать электрический ток. Внешнее и внутреннее ядро Земли прекрасно демонстрирует все эти аномалии — а еще оно стало первым в истории защитником жизни на планете.
Путь к ядру
Изучать ядро достаточно непросто — поверхность Земли и его верхнюю кромку разделяют 2900 километров. Непросто пробуриться на такие глубины — чем ниже опускаться под землю, тем выше растет температура. В Кольской скважине, которая пока остается самой глубокой, на глубине в 12 километров накал достигал 220°C! Уже при таких температурах сложно работать не только электронике, но и самой аппаратуре — ведь ее надо как-то опустить в скважину, а потом вынуть обратно.
Кольская сверхглубокая скважина
И даже преодолев литосферу, надо как-то пробиться сквозь раскаленную пластичную мантию. В двухтысячных годах был рассчитан проект, позволяющий зонду размером с небольшую дыню достичь ядра. Правда, в нем есть пара слабых мест — для того, чтобы добраться до ядра, нужно было взорвать несколько ядерных бомб, залить туда море раскаленного металла и изобрести такой материал, который мог бы выдержать температуру в 2–3 тысячи градусов по Цельсию! Но на бумаге все выглядело чудесно: вместе с потоком раскаленного железа зонд мог бы достичь ядра Земли всего за неделю.
Однако в ученых остался метод, позволяющий достаточно точно рассчитать плотность и объем ядра Земли — сейсмография. Колебания, исходящие от поверхностных слоев планеты — вибрации землетрясений или импульсы ядерных взрывов — распространяются не только по поверхности Земли, но и уходят глубоко в недра. Там они преломляются, увеличивая свою скорость прохождения — как преломляются световые волны, проходя через стекло или воду. Именно по тому, как изменяется сейсмическая волна при прохождении через планету, ученые сумели получить точные физические параметры ядра.
Схема движения сейсмических волн в теле Земли
Помогают геологам также различные косвенные признаки. Например, наблюдение за магнитным полем Земли позволяет отслеживать динамику вращения ядра. Ценные подсказки порой дает даже то, что совсем не предназначено для исследования глубин. Был случай, когда сбои в работе орбитального телескопа «Хаббл» позволили выявить изменение направления потоков в жидком внешнем ядре Земли, служащих причиной сдвига магнитных полюсов.
Структура и характеристики ядра
Путь к знаниям долгий и тернистый, но плоды их сладки. На сегодняшний день достоверно известны следующие физические характеристики ядра Земли:
- Температура ядра Земли в центральной точке может доходить до 6000 градусов Цельсия — это столько же, как на поверхности Солнца! Но в отличие от светила, энергией глубины питают не ядерные реакции, а гравитация. Точнее, ее сжатие — давление в ядре превышает атмосферное в 3,5 миллиона раз, достигая отметки в 360 гигапаскаль. Хотя процессы атомного распада в глубинах Земли происходят, их вклад не столь большой. Да и без громадного сжатия они были бы вялотекущими и не столь продуктивными.
Классические основные сферы Земли
- Ядро Земли достигает 7000 километров в поперечнике — это больше не только Луны, но и Марса! Оно занимает не так много места внутри нашей планеты — около 15% объема — но зато его масса в 1,932 × 1024 килограмм составляет 30% от всей массы Земли.
- Оказывается, что разные слои ядра вращаются в разные стороны. Сегодня считается, что внешнее жидкое ядро вращается вокруг своей оси с востока на запад, а внутреннее — с запада на восток, при этом еще и быстрее Земли. Впрочем, разница не очень значительная — за год оно опережает планету всего на четверть градуса
Кроме того, новейшие исследования говорят о том, что внутри внутреннего ядра Земли лежит еще одно — «самое» внутреннее ядро, которое вращается вообще по другой оси. Давайте рассмотрим его и другие составляющие земного ядра подробнее.
Внешнее ядро
Самый первый слой ядра, который непосредственно контактирует с мантией — это внешнее ядро. Его верхняя граница находится на глубине 2,3 тысячи километров под уровнем моря, а нижняя — на глубине 2900 километров. По составу оно ничем не отличается от нижележащих оболочек — давления гравитации попросту недостаточно для того, чтобы раскаленный металл затвердел. Зато его жидкое состояние является главным козырем Земли в сравнении с другими внутренними планетами Солнечной системы.
Как работает геодинамо
Дело в том, что именно жидкая часть ядра ответственна за возникновение магнитного поля Земли. Как наверняка известно читателю, магнитосфера служит щитом планеты против заряженных частиц открытого космоса и солнечного ветра. Они даже более опасны, чем излучение — частицы способны вывести из строя не только живые организмы, но и электронику. Биологи считают, что именно активное магнитное поле стало залогом выживания первобытных одноклеточных существ.
Как именно генерируется магнитное поле? Его порождает вращение жидкого железа и никеля в ядре. Магнитные свойства металлов тут ни при чем — это исключительно динамический эффект. А еще внешнее ядро подогревает мантию — причем в отдельных местах настолько сильно, что восходящие потоки магмы достигают даже поверхности, вызывая извержения вулканов.
Внутреннее ядро
Внутри жидкой оболочки находится внутреннее ядро. Это твердая сердцевина Земли, диаметр которой составляет 1220 километров — такой же размер у Харона, спутника-напарника Плутона. Эта часть ядра очень плотная — средняя концентрация вещества достигает 12,8–13г/см3, что в два раза больше густоты железа, и горячая — накал достигает знаменитых 5–6 тысяч градусов по Цельсию.
Высокое давление в центре Земли заставляет металл затвердевать при температурах, превышающих точку его кипения. При этом формируются необычные кристаллы, которые отличаются устойчивостью даже в обычных условиях. Считается, что внутреннее ядро представляет собой лес из многокилометровых кристаллов железа и никеля, которые направлены с юга на север. Для того чтобы проверить эту теорию, японские ученые потратили десять лет на создание особой алмазной наковальни — только в ней можно добиться такого давления и температуры, как в центре нашей планеты.
«Внутреннее» внутреннее ядро, или гипотетическая матрешка
Еще во время начальных исследований ядра при помощи сейсмических волн, геологи заметили необычное отклонение колебаний внутри ядра по направлению с востока на запад. Так как из-за своего вращения Земля шире на экваторе, чем на полюсах, сперва на это не обратили внимание. Но последующее изучение выявило, что центральная часть ядра может быть всего лишь очередной оболочкой.
Что представляет собой «внутреннее» внутреннее ядро? Скорее всего, оно состоит из тех же металлических кристаллов — но направленных уже не на север, а на запад. Пока что неясно, что вызывает такое расслоение. Однако ориентация кристаллов указывает на то, что тут не обошлось без гравитацион
spacegid.com
Температура земного ядра оказалась на 1000 градусов выше
Команда учёных провела лабораторный эксперимент высокой точности, в ходе которого определила температуру плавления железа, из которого частично состоит твёрдое внутреннее земное ядро. Используя эти данные, исследователи подсчитали температуру на границе между внутренним твёрдым и внешним жидким ядром. Оказалось, что она равна температуре на поверхности Солнца, то есть составляет около 6000 градусов Цельсия.
Такая разница имеет значение для геофизики, поскольку объясняет механизм генерации магнитного поля Земли. Ядро состоит из двух частей: внутренней твёрдой и внешней жидкой. Последняя, в свою очередь, граничит с твёрдой, но зыбкой мантией. Разница температур внутреннего твёрдого ядра и мантии должна составлять около 1500 градусов Цельсия, чтобы спровоцировать так называемое тепловое движение — причину формирования магнитного поля планеты.
Предыдущие исследования показывали, что разница температур недостаточная, и это являлось настоящим парадоксом в науке. Согласно данным на 1990 год, температура ядра должна составлять 5000 градусов Цельсия.
В новейшем эксперименте по изучению земного ядра и его температуры принимали участие исследователи из Французского национального исследовательского центра CEA, Национального центра научных исследований CNRS и европейского синхротрона ESRF.
На синхротроне использовались рентгеновские лучи, при помощи которых замеры можно сделать очень быстро. Время в данном случае играет большую роль для учёных, так как прессованные образцы железа в лаборатории обычно «живут» всего несколько секунд. Из-за этого ранее очень трудно было определить, начал ли плавиться металл или всё ещё пребывает в твёрдом состоянии.
Изучение при помощи синхротронного излучения позволяет очень точно определить, при какой температуре происходит перестраивание (плавление) кристаллической решётки железа. В синхротроне исследователи направляли рентгеновские лучи на нагретые до 3000-5000 градусов образцы железа, сжатые между двумя алмазами (таким образом создавалось давление в два миллиона атмосфер, как в недрах Земли) и наблюдали за изменением направления движения «просвечивающих» их лучей.
В момент, когда металл плавится, меняется и структура его кристаллической решётки, вследствие чего изменяется и фиксируемая приборами дифракционная картина (дифракция). Так как температура и давление также регистрируются приборами, учёным удалось очень точно определить температуру плавления образцов.
Оказалось, что железо в твёрдом земном ядре плавится при температуре 4800 градусов Цельсия и давлении, в 2,2 раза превышающем давление на поверхности Земли. Таким образом, учёные заключили, что температура на границе внутреннего и внешнего ядра должна составлять 6000 градусов Цельсия, а давление — около 3,3 миллиона атмосфер. По словам соавтора исследования Агнес Деваль (Agnes Dewaele), теперь всё сходится.
Результаты исследования геофизиков были опубликованы в журнале Science.
Также по теме:
На Европейском синхротроне смоделируют ядро Земли
Найдены следы недавней геологической активности Луны
Земля приобретает форму тыквы, считают учёные
Британские учёные выяснят, из чего состоит Земля
nauka.vesti.ru
Ядро Земли и его свойства
Ядром Земли называют наиболее глубоко расположенную центральную часть планеты. А поскольку добраться до него не представляется возможным, то все исследования ядра проводятся косвенными методами. И тем не менее, с высокой долей вероятности можно утверждать, что центральная часть планеты изучена довольно не плохо. Хотя этого, конечно же, мало.
Свойства ядра Земли
Внешняя часть ядра находится на глубине 2900 км. Само же оно имеет радиус 3500 км. Предположительно, состоит ядро из сплава железа и никеля, с примесью различных элементов (серы, кислорода, кремния, хрома, фосфора и других). Всё это находится под огромной температурой, около 5-6 тысяч градусов, а потому представляет собой достаточно однородную массу. И поскольку ядро железное, по большей части, то весит оно довольно много. На него приходится 1/3 часть массы планеты.
Само же ядро разделено на 2 части: внутреннюю и внешнюю.
Внутреннее ядро находится в твёрдом состоянии. Его радиус составляет 1300 км. Температура на внешней его части колеблется в районе 6000 градусов, а какова температура в центре — остаётся лишь догадываться, но вряд ли они сильно отличаются. Внутреннее ядро обладает высокой плотностью (около 12 тонн на кубический метр) и находится под огромным давлением.
Внешнее ядро находится в жидком состоянии. И большая часть земного ядра приходится именно на него. Внешнее ядро играет роль некой оболочки для внутреннего, обтекая его со всех сторон. И толщина этого слоя Земли составляет примерно 2200 км. Иногда между двумя такими различными частями ядра существует переходная зона, обладающая свойствами каждой из частей.
Значение ядра Земли
Невозможно с уверенностью утверждать, какое влияние оказывает ядро на планету. Ведь оно плохо изучено, а потому если мы и знаем что-то о нём, то это лишь крохи информации. Но всё же, одну очень важную его функцию мы знаем. Магнитное поле, защищающее нашу планету от солнечного и космического излучения, образовано именно ядром. Если быть точным, внешней его частью, жидкой. Образуется геомагнитное поле благодаря движению жидкости в ней. Получается, ядро как батарейка для планеты: перестанет вращаться — и планета лишится своей защиты.
naturae.ru
Почему центр Земли горячий — объяснение для детей
Астрономия для детей > Ответы на частые вопросы > Почему центр Земли горячий
Температура в центре Земли – описание для детей: строение планеты с фото, как выглядит ядро, из чего состоит, почему центр горячий, расплавленный металл.
Расскажем о том, Почему центр Земли горячий на доступном для детей языке. Данная информация будет полезна детям и их родителям. Школьники и ребятах всех возрастов должны понимать, что речь дальше пойдет о ядре планеты, поэтому мы рассмотрим высокую температуру ядра Земли.
Дети могут и не знать, что ходят буквально по раскаленному пламени, поэтому родители или учителя в школе должны объяснить так, чтобы стало понятно даже для самых маленьких. Земля, как и остальные планеты Солнечной системы, развивалась очень активно и насыщенно. В космосе можно найти некие области – «планетные питомники». Они заполнены газом, пылью и различными элементами. Когда внутри них накапливается давление, в сочетании с потенциальным «спусковым крючком» (например, взрыв старой звезды), это приводит к формированию звезды, и все содержимое взрывается наружу. На начальных этапах создания звезд и планет высвобождается невероятное количество энергии. Часть этой энергии – причина, почему центр Земли такой горячий.
В объяснение для детей важно добавить, что не все планеты наделены горячим центром или ядром. Считается, что, когда Земля формировалась в течение миллиардов лет, существовали большие куски астероидов и планетарных объектов, поражающих друг друга из-за взрыва. Когда каждый из них врезался в другой, вырабатывалась энергия, подогревающая центр. Каждый «толчок» также заставлял планету вращаться. С каждым новым попаданием повышался уровень энергии, а тепло продвигалось дальше к центру.
Чем больше планета перенесла потрясений, тем больше она развивала внутреннюю энергию. Вращение также усиливало гравитацию, а горячий расплавленный металл, содержащийся в астероидах, медленно создавал магнитное поле. Родители могут изобразить это схематически, чтобы доступнее объяснить детям: чем больше предметов попадало и поглощалось, тем глубже тепло погружалось в центр развивающейся Земли (бурлящее ядро планеты).
Температуры и химические реакции стали настолько активными, что вызвали радиоактивность, которая фактически сделала из центра Земли «тепловой двигатель». Это означает, что он поддерживает регенерацию и заменил все, что могло бы ускользнуть при любом процессе охлаждения.
Дети могут и не знать, что человечество называют «обитателями коры». Это потому, что мы существуем вместе со всеми животными и растениями на «земной коре». Но глубоко под землей находится ядро, и между ним и земной корой расположено много слоев. Само ядро занимает размер карликовой планеты (например, как Плутон). Оно состоит из двух частей. Одна и них – внутренняя сердцевина размером с Луну. Считается, что у нее такая же плотность, как и у стали. Следующий шар ядра – слой горячего расплавленного металла. Кроме того, это мантия – горячая расплавленная порода. Именно в ней содержится большая часть земного тепла.
Чтобы объяснение для детей было полным, не забывайте рассказать о внешней охлаждаемой поверхности – «корка», на которой мы живем. Когда давление нарастает в мантии, появляются трещины, поражающие всю поверхность. Если давление увеличивается, то может вытолкнуть поверхность, и расплавленная порода из мантии должна извергнуться. Именно так действуют вулканы. Хотя мы думаем, что ходим по твердой почве, внешняя кора фактически плавает на мантии и движется. Но это происходит слишком медленно, поэтому мы не замечаем никаких изменений, если давление не нарастает и не происходит землетрясения.
Тепло, исходящее из ядра Земли, – причина того, что планета постоянно меняется. Горячий центр появился еще, когда наша планета впервые родилась, и все еще продолжает генерировать тепло. Теперь вы знаете, почему у Земли горячее ядро. Если детям или школьникам любого возраста будет любопытно узнать больше интересных фактов и подробностей о третьей планете от Солнца, то обязательно посетите остальные страницы раздела. Не забудьте воспользоваться 3D-моделью Солнечной системы, где показаны все планеты, а также карта Венеры, ее поверхность и особенности вращения по орбите. В остальном вам всегда помогут наши, фото, картинки, рисунки, а также онлайн телескоп, функционирующий в режиме реального времени.
v-kosmose.com
Температура в центре Земли резко повысилась
Группа исследователей из Франции смогла совершить «путешествие» в центр Земли и узнать, какова там температура. Ученые определили, что на границе твердого и жидкого слоев земного ядра она составляет где-то шесть тысяч градусов. Так была исправлена ошибка, которую совершили их немецкие коллеги, проводившие подобное исследование 20 лет назад.
Следует заметить, что первая попытка измерить температуру центра земного ядра была предпринята еще 20 лет назад. Хотя, конечно же, слово «измерить» в данном контексте звучит несколько странно — ведь измерение предполагает получение данных прямым путем. В данном случае для этого нужно было бы каким-то образом поместить в центр ядра термометр или термодатчик, чего, как вы сами понимаете, сделать невозможно. Однако там, где нельзя действовать прямо, можно отыскать «обходной» путь.
В самом деле, ведь если мы знаем, что ядро нашей планеты состоит в основном из железа и близких ему металлов, причем этот «шарик» находится под давлением свыше 1,3 миллиона атмосфер (и это только на периферии). А в центре, где оно еще выше, железо вновь становится твердым. О наличии двух слоев ядра ученые узнали проанализировав прохождение вызванных крупными землетрясениями сейсмических волн, проходящих сквозь Землю — однако эти волны ничего о температуре данных слоев сказать не могут. Однако если мы знаем, под каким давлением находится железо в каждой из оболочек ядра, то легко узнать и какая там температура.
И вот в в 1993 году Райнхард Белер из Химического института Общества имени Макса Планка (ФРГ) и его коллеги провели одно любопытное исследование. В специально оборудованной лаборатории они стали плавить железо при высоких давлениях (создаваемых при помощи алмазного пресса) и температурах (их обеспечивал лазерный луч). В итоге ученые установили, что при увеличении давления железо перестает быть жидкостью где-то в температурном интервале в 4 800 — 5 000 °C. В итоге решили, что именно такая температура и имеет место быть в самом центре Земли.
Читайте также: Путешествие к центру Земли — реальность
Однако большинство геофизиков сразу же выразило сомнение в достоверности результатов. Дело в том, что еще при температуре в 4 500 °C и соответствующем давлении железо продолжало оставаться жидким. То есть температурная разница между двумя слоями ядра составляла всего 300 — 500°C. Но согласно расчетам и данным по измерению геомагнитного поля нашей планеты, она должна быть не меньше, чем тысяча градусов — ведь только перепад температур между этими слоями, считающийся главным фактором крупномасштабных термических перемещений, и может создавать вместе с вращением Земли что-то вроде динамо-машины, порождающей магнитное поле планеты.
И вот недавно группа исследователей из Комиссариата ядерной энергетики Франции и европейского ускорительного комплекса ESRF в Гренобле решили проверить выводы своих коллег. Специально для этого они разработали новую технологию, основанную на интенсивном рентгеновском излучении, которое создает синхротрон. Интересно, что дифракция данного излучения позволяет определить, является ли исследуемый образец твердым, жидким или частично расплавленным всего за одну секунду. И этого времени вполне достаточно для того, что бы удержать температуру и давление на постоянном уровне, а также предотвратить протекание нежелательных для исследования химических реакций, то есть получить наиболее достоверный результат.
После этого ученые стали действовать теми же методами, что и их немецкие коллеги. Они также довели температуру плавления железа до 4 800°C (при давлении в 2,2 миллиона атмосфер) и поняли, что при таких условиях железо все-таки не твердеет, а остается частично расплавленным. После они экстраполировали данные для того, чтобы выяснить температуру при давлении 3,3 млн атмосфер (именно такое чудовищное давлении и характерно для границы между жидким и твердым слоем ядра). В результате было установлено, что значение температуры должно составлять 6 000 ± 500°C. Таким образом перепад температуры между жидким и твердым ядром приблизился к той самой тысяче градусов, о которой и говорили геофизики.
Кроме того, ученые выяснили, почему их коллеги из Германии совершили ошибку. Они определяли структуру железа при помощи оптических методов (то есть смотрели на него через микроскоп). Но дело в том, что начиная с 2 400°C на поверхности образца начинается рекристаллизация, что приводит к динамическим изменениям кристаллической структуры железа. Таким образом материал мог показаться снаружи твердым, хотя внутри он продолжал оставаться жидким. Это-то и ввело в заблуждение специалистов из группы профессора Белер.
Читайте также: Кто разогревает земное ядро?
Таким образом исследование специалистов из Франции, в результате которого «отыскалась» та самая необходимая тысяча градусов, подтвердило справедливость основных геофизических моделей. Кроме того, была опробована интересная методика определения структуры металлов при экстремальных значениях температуры и давления. Нет никакого сомнения в том, что она будет востребована теми, кто занимается разработкой металлических конструкций для космических кораблей или аппаратов, работающих там, где «тяжко и жарко» — например, в жерлах подводных вулканов…
Читайте также в рубрике «Наука и техника «
www.pravda.ru