Ядро земли

Эволюции ядра планеты

Теперь мы изложим вкратце принятые в настоящее время представления о составе, состоянии и эволюции ядра земли. Чтобы ядро образовалось, Земля должна была потерять кислород и стать химически восстановленной относительно хондритов, так что железо вместе с другими халькофильными и сидерофильными элементами оказалось способным обособиться в центральной зоне высокой плотности внутри Земли.

Достигнуто согласие в вопросе о том, что значительная часть ядра образовалась на ранней стадии истории Земли, хотя до сих пор ведутся споры о продолжительности этого процесса. Первоначально ядро земли представляло собой, вероятно, полностью расплавленную смесь, состоявшую главным образом из железа, никеля и серы. Если планета Земля имеет «хондритовое» содержание никеля (около 1%) и серы (около 8%), то в ядре, в результате активного разделения элементов при его образовании, должно быть около 3% никеля и 24% серы. Но, по данным Аренса , в ядре земли содержится только 9-12% серы, т.е. половина той доли, которая должна быть в Земле, если она имеет состав хондритов С1. Остальное находится в коре и мантии земли или было потеряно во время аккреции. Поэтому вероятный валовой состав ядра при его образовании был следующим: 86% железа, 11% серы и 3% никеля, со следами других сидерофильных и халькофильных элементов, включая, возможно, 0,1% калия. Следует заметить, что в большинстве железных метеоритов содержание серы значительно ниже, обычно около 4,5%; тем не менее одним из распространенных минералов в этих метеоритах является троилит. (Для этих метеоритов характерно очень непродолжительное развитие в условиях высоких температур, и, возможно, для полного разделения на ядро и мантию времени не было.)

Если земное ядро начало свое существование в виде расплавленной смеси Fe-Ni-S, то его температура должна была превышать 4000°С

Если земное ядро начало свое существование в виде расплавленной смеси Fe-Ni-S, то его температура должна была превышать 4000°С . Однако вследствие непрерывной потери энергии оно остывало, чему способствовала главным образом теплопроводность мантии. На некоторой стадии процесс охлаждения должен был оказаться эффективнее, чем процесс нагревания внутренними источниками тепла планеты, так как началось образование внутреннего ядра путем кристаллизации железо-никелевого сплава. Относительно того, происходит ли и теперь существенное остывание ядра (что означало бы продолжающийся рост внутреннего ядра и существование гравитационной конвекции) или же внутреннее ядро имеет уже почти стабильные размеры, а во внешнем ядре преобладает тепловая конвекция, питаемая энергией радиоактивности, мнения расходятся.

Внутреннее ядро планеты составляет в настоящее время 1,7% массы Земли

Внутреннее ядро планеты составляет в настоящее время 1,7% массы Земли, и если оно содержит около 20% никеля, то в современном составе внешнего ядра оказывается около 86% железа, 12% серы и 2% никеля. Хотя этот состав, включающий 33% FeS, близок к эвтектике, до его превращения в настоящую эвтектику может идти дальнейшая кристаллизация, а температура у границы ядра с мантией все еще, вероятно, значительно выше температуры эвтектики (самая близкая оценка, для 33% FeS у границы ядра и мантии земли составляет около 3200°С). Это означает, что можно предвидеть дальнейший рост внутреннего ядра, пока его масса не достигнет 10% массы Земли (около трети массы ядра). На этой стадии внутреннее ядро будет состоять в основном из почта чистого железа и включать весь имеющийся никель, а во внешнем ядре останется настоящая эвтектическая смесь, которая, остыв до температуры 1800°С, будет кристаллизоваться, в результате чего ядро планеты перейдет в твердое состояние.