Проблемы с ядром

Проблемы с ядром земли

До сих пор мы излагали принципы, которые должны направлять формирование наших представлений о внутреннем устройстве Земли. В этой главе мы впервые синтезируем полученные знания, чтобы исследовать определенную область внутри нашей планеты. Нам уже известно, что ядро обладает значительно большей плотностью, чем Земля в целом, и что оно состоит из двух частей: твердого внутреннего ядра, окруженного жидким внешним. Какие же проблемы надо решить?

Прежде всего полезно определить состав внутреннего и внешнего ядра

Прежде всего полезно определить состав внутреннего и внешнего ядра и, таким образом, установить, почему внутреннее ядро является твердым, несмотря на его предположительно более высокую температуру по сравнению с внешним ядром. Сведения, имеющие отношение к решению этих проблем, поступают из нескольких источников. В целом валовой состав Земли, по- видимому, близок к составу метеоритов — хондритов.  Приведенные там данные совершенно ясно показывают, что ядро должно состоять преимущественно из железа с добавкой некоторых других элементов: тем самым обеспечивается близкое совпадение с плотностью и другими наблюдаемыми свойствами.
Другой источник сведений, характеризующих ядро,-существование магнитного поля Земли, которое, как будет показано ниже, генерируется во внешнем ядре по принципу работы динамо-машины, приводимой в движение перемещением жидкости. Для этого требуется в свою очередь какой-то источник энергии.

Состав внутреннего и внешнего ядра в любой модели должен быть таким:

Таким образом, состав внутреннего и внешнего ядра в любой модели должен быть таким, чтобы 1) он согласовался с известными значениями плотности и геохимическими законами; 2) распределение температур позволяло внутреннему ядру быть твердым, а внешнему-жидким; 3) имелся источник энергии, достаточной для генерации магнитного поля.
Наиболее простая модель, постулированная  Джейкобсом , показывает химически однородное ядро, состоящее из вещества, температура плавления которого возрастает с глубиной вследствие повышения давления быстрее, чем действительная температура.

Эта обстановка: температура плавления падает на границе мантии и ядра в результате перехода от вещества преимущественно силикатного состава к веществу, богатому железом. При условии, что кривая температуры плавления в ядре круче температурного градиента, жидкое состояние там должно смениться на твердое; это и определит границу между внешним и внутренним ядром.

Данное объяснение не вызывало сомнений , когда было высказано предположение, что температурный градиент в ядре должен быть по меньшей мере адиабатическим: иначе не будет поддерживаться конвекция, необходимая для возбуждения    Хиггинс и Кеннеди  рассчитали, что адиабата будет круче, чем кривая температуры плавления. Другими словами, ранние оценки температурных изменений в ядре  были субадиабатическими, а кривая А отображает минимальный температурный градиент, необходимый для существования тепловой конвекции в ядре. Однако взаимное положение кривой температуры плавления для однородного ядра и кривой А ясно показывает, что внутреннее ядро должно быть жидким, а внешнее-твердым в противовес тому, что наблюдается в действительности.

Прежнее представление об однородном ядре оказалось несостоятельным и было отброшено

Здесь прежнее представление об однородном ядре оказалось несостоятельным и было отброшено;  Показанная там схема соответствует представлению, что внутреннее и внешнее ядро имеют, по-видимому, различный химический состав и тем самым разные температуры плавления. Если внутреннее ядро твердое потому, что оно имеет более высокую температуру плавления, то адиабатический температурный градиент требуется только в жидком внешнем ядре. Позднее будет высказано предположение, сделанное на основании данных о плотности, что внутреннее ядро содержит значительное количество никеля, тогда как во внешнем ядре железо растворено с серой, и это сильно понижает точку плавления.

Кроме того, будет показано, что необходимая для конвекции, а значит, и для возбуждения магнитного поля энергия получается либо в результате радиоактивного распада 40К, растворенного вместе с серой во внешнем ядре, либо, в ином варианте, в результате выделения железо-никелевого сплава и образования из него внутреннего ядра, что эквивалентно осаждению более плотной фазы с соответствующим выделением гравитационной энергии. В обоих случаях температурный градиент в направлении поперек внешнего ядра близок, вероятно, к адиабатическому, и это условие можно использовать как ограничение для предполагаемых значений температуры в ядре и для возможного оттока тепла из ядра в мантию.

Проблемы с ядром фильм: