Гравитация земли

 Гравитационная энергия в ядре земли

Гравитационные силы могут вызвать перемещения в ядре земли двумя разными способами. Во-первых, вращающий момент, создаваемый Луной, которая притягивает экваториальное вздутие Земли , перемешивает жидкое вещество внешнего ядра. Однако энергия, получающаяся от такого прецессионного вращения, составит лишь около 107 Вт, что недостаточно для генерации магнитного поля.

Второй гравитационный механизм

Второй гравитационный механизм связан с силами, которые действуют исключительно внутри ядра земли, и в настоящее время этому механизму отдается предпочтение. Как и ранее изложенная теория высвобождения скрытой теплоты, этот механизм имеет в своей основе последовательный, на протяжении всей истории магнитного поля, рост твердого внутреннего ядра при остывании и кристаллизации сравнительно плотного сплава во внешнем ядре земли. Утверждается, что затвердевающий и оседающий на поверхность внутреннего ядра материал богаче никелем, чем внешнее ядро в среднем. Это возможно только в том случае, если за пределами внутреннего ядра остается слой, обедненный никелем. Поскольку такой слой имеет меньшую плотность, чем остальная часть внутреннего ядра, он оказывается гравитационно неустойчивым и стремится подняться, что вызывает конвективную циркуляцию. Твердый железо-никелевый материал, кристаллизующийся во внешнем ядре, имеет большую плотность по сравнению с остающимся веществом и поэтому оседает на внутреннее ядро. Совокупность этих процессов известна как гравитационная конвекция.
Детальные оценки вероятной разности плотностей между твердым материалом и плавучим жидким веществом  заключены в интервале 500-2500 кг/м3. Лопер подсчитал, что при росте твердого внутреннего ядра из полностью жидкого ядра должно было выделиться этим способом 5-1028 Дж. Допуская, что выделение тепла в течение всей истории Земли было равномерным, получаем постоянную мощность 3,6 1011 Вт. Но большинство специалистов-теоретиков считают, что в настоящее время внутреннее ядро кристаллизуется медленнее, чем раньше. Если даже это так, то энергии, которую дает гравитационная конвекция, должно быть достаточно, чтобы обеспечить существование магнитного поля (для этого требуется 109—1011 Вт). Эффективность (к.п.д.) этого процесса, очевидно, высока, так как непосредственным его результатом является перенос материала.
Образование и рост внутреннего ядра земли описанным путем приводят также к высвобождению скрытой тепловой энергии; кроме того, тепло выделяется при прохождении электрических токов через вещество ядра вследствие его омического сопротивлени. Оба способа нагревания способствуют развитию гравитационной конвекции, увеличивая тепловую составляющую и тем самым поддерживая высокий коэффициент полезного действия этого процесса (почти 100%).

Два вероятных механизма генерации магнитного поля Земли

Итак, на сегодняшний день имеются два вероятных механизма генерации магнитного поля Земли. Первый из них-распад радиоактивного 40К, в результате чего может возникнуть тепловая конвекция, но из-за низкой эффективности этого процесса требуется сравнительно много 40К, что должно препятствовать остыванию ядра и, значит, существенному росту внутреннего ядра земли. С другой стороны, рост внутреннего ядра в процессе медленного остывания возбуждает гораздо более эффективную гравитационную конвекцию, для развития которой не требуется, чтобы температурный градиент был адиабатическим. Однако, учитывая выделение тепла в результате кристаллизации внутреннего ядра земли, под действием электрических токов и т.д., можно думать, что температурный градиент все-таки, вероятно, близок к адиабатическому, даже если конвекция вызывается в первую очередь гравитационными процессами.