Jądro Ziemi składa się z dwóch warstw, pomiędzy którymi znajduje się strefa graniczna: zewnętrzna powłoka ciekła jądra osiąga grubość 2266 km, pod nią znajduje się masywne, gęste jądro, którego średnicę szacuje się na 1300 km. Strefa przejściowa ma niejednolitą grubość i stopniowo twardnieje, zamieniając się w rdzeń wewnętrzny. Na powierzchni górnej warstwy temperatura wynosi około 5960 stopni Celsjusza, choć dane te są uważane za przybliżone.
Przybliżony skład rdzenia zewnętrznego i metody jego wyznaczania
Wciąż niewiele wiadomo na temat składu nawet zewnętrznej warstwy jądra Ziemi, gdyż nie ma możliwości pozyskania próbek do badań. Głównymi pierwiastkami, które mogą tworzyć zewnętrzne jądro naszej planety, są żelazo i nikiel. Naukowcy doszli do tej hipotezy w wyniku analizy składu meteorytów, ponieważ wędrowcami z kosmosu są fragmenty jąder asteroid i innych planet.
Niemniej jednak meteorytów nie można uznać za absolutnie identyczne pod względem skład chemiczny, ponieważ pierwotnych ciał kosmicznych było dużo mniejszy od Ziemi według rozmiaru. Po wielu badaniach naukowcy doszli do wniosku, że ciekła część substancji jądrowej jest silnie rozcieńczona innymi pierwiastkami, w tym siarką. Wyjaśnia to jego niższą gęstość w porównaniu ze stopami żelaza i niklu.
Co dzieje się w zewnętrznym jądrze planety?
Zewnętrzna powierzchnia rdzenia na granicy z płaszczem jest niejednorodna. Naukowcy sugerują, że ma różną grubość, tworząc swoisty wewnętrzny relief. Wyjaśnia to ciągłe mieszanie heterogenicznych głębokich substancji. Różnią się składem chemicznym, a także mają różną gęstość, dlatego grubość granicy między jądrem a płaszczem może wahać się od 150 do 350 km.
Pisarze science fiction poprzednich lat w swoich utworach opisywali podróż do wnętrza Ziemi poprzez głębokie jaskinie i podziemne przejścia. Czy to naprawdę możliwe? Niestety, ciśnienie na powierzchni rdzenia przekracza 113 milionów atmosfer. Oznacza to, że każda jaskinia „zatrzasnęłaby się” szczelnie już na etapie zbliżania się do płaszcza. To wyjaśnia, dlaczego na naszej planecie nie ma jaskiń głębszych niż co najmniej 1 km.
Jak bada się zewnętrzną warstwę jądra?
Naukowcy mogą ocenić, jak wygląda rdzeń i z czego się składa, monitorując aktywność sejsmiczną. Na przykład stwierdzono, że pod wpływem warstwy zewnętrzna i wewnętrzna obracają się w różnych kierunkach pole magnetyczne. Jądro Ziemi kryje w sobie dziesiątki nierozwiązanych tajemnic i czeka na nowe, fundamentalne odkrycia.
W jakich niepamiętnych czasach to się wydarzyło? Wszystkie te pytania niepokoją ludzkość od dawna. A wielu naukowców chciało szybko dowiedzieć się, co kryje się w głębinach? Okazało się jednak, że nauczenie się tego wszystkiego nie jest takie proste. Przecież nawet dzisiaj, mając wszystkie nowoczesne urządzenia do prowadzenia wszelkiego rodzaju badań, ludzkość jest w stanie wiercić studnie na głębokość zaledwie około piętnastu kilometrów - nie więcej. A w przypadku pełnoprawnych i kompleksowych eksperymentów wymagana głębokość powinna być o rząd wielkości większa. Dlatego naukowcy muszą obliczyć, w jaki sposób powstało jądro Ziemi, korzystając z szeregu precyzyjnych instrumentów.
Eksploracja Ziemi
Od czasów starożytnych ludzie badali odsłonięte skały naturalnie. Klify i zbocza gór, strome brzegi rzek i mórz... Tutaj możesz na własne oczy zobaczyć to, co istniało prawdopodobnie miliony lat temu. I w niektórych odpowiednie miejsca wiercone są studnie. Jeden z nich znajduje się na głębokości piętnastu tysięcy metrów. Kopalnie, które ludzie kopią, aby pomóc w badaniu wewnętrznego rdzenia, oczywiście nie mogą go „zdobyć”. Jednak z tych kopalń i studni naukowcy mogą wydobywać próbki skał, dowiadując się w ten sposób o ich zmianach oraz pochodzeniu, strukturze i składzie. Wadą tych metod jest to, że umożliwiają one eksplorację wyłącznie lądu górna część Skorupa ziemska.
Odtworzenie warunków panujących w jądrze Ziemi
Jednak geofizyka i sejsmologia – nauki o trzęsieniach ziemi i składzie geologicznym planety – pomagają naukowcom penetrować coraz głębiej bez kontaktu. Badając fale sejsmiczne i ich propagację, określa się, z czego składa się zarówno płaszcz, jak i jądro (podobnie określa się to na przykład składem upadłych meteorytów). Wiedza taka opiera się na uzyskanych danych – pośrednio – o właściwościach fizycznych substancji. Również dzisiaj do badań przyczyniają się nowoczesne dane uzyskane ze sztucznych satelitów na orbicie.
Struktura planety
Podsumowując uzyskane dane, naukowcom udało się zrozumieć, że struktura Ziemi jest złożona. Składa się z co najmniej trzech nierównych części. W centrum znajduje się mały rdzeń otoczony ogromnym płaszczem. Płaszcz zajmuje około pięciu szóstych całkowitej objętości Glob. A na górze wszystko jest pokryte dość cienką zewnętrzną skorupą Ziemi.
Struktura rdzenia
Rdzeń to środkowa, środkowa część. Dzieli się na kilka warstw: wewnętrzną i zewnętrzną. Według większości współczesnych naukowców rdzeń wewnętrzny jest stały, a rdzeń zewnętrzny jest płynny (w stanie stopionym). Jądro jest również bardzo ciężkie: waży ponad jedną trzecią masy całej planety o objętości nieco ponad 15. Temperatura rdzenia jest dość wysoka i waha się od 2000 do 6000 stopni Celsjusza. Według założeń naukowych środek Ziemi składa się głównie z żelaza i niklu. Promień tego ciężkiego odcinka wynosi 3470 kilometrów. A jego powierzchnia wynosi około 150 milionów kilometrów kwadratowych, co jest w przybliżeniu równe powierzchni wszystkich kontynentów na powierzchni Ziemi.
Jak powstało jądro Ziemi
Informacje o jądrze naszej planety są bardzo skąpe i można je uzyskać jedynie pośrednio (nie ma próbek skał rdzeniowych). Dlatego teorie na temat powstania jądra Ziemi można wyrazić jedynie hipotetycznie. Historia Ziemi sięga miliardów lat. Większość naukowców trzyma się teorii, że początkowo planeta uformowała się jako dość jednorodna. Proces izolowania jądra rozpoczął się później. A jego skład to nikiel i żelazo. Jak powstało jądro Ziemi? Stop tych metali stopniowo opadł do centrum planety, tworząc rdzeń. Odbyło się to kosztem czegoś więcej środek ciężkości stopić.
Alternatywne teorie
Są też przeciwnicy tej teorii, którzy przedstawiają własne, całkiem rozsądne, argumenty. Po pierwsze, naukowcy ci kwestionują fakt, że stop żelaza i niklu przeszedł do środka jądra (czyli na odległość ponad 100 kilometrów). Po drugie, jeśli założymy, że z krzemianów uwalnia się nikiel i żelazo podobnie do meteorytów, to powinna nastąpić odpowiednia reakcja redukcji. To z kolei powinno towarzyszyć uwolnieniu ogromnej ilości tlenu, tworząc ciśnienie atmosferyczne rzędu kilkuset tysięcy atmosfer. Nie ma jednak dowodów na istnienie takiej atmosfery w przeszłości Ziemi. Dlatego wysunięto teorie na temat początkowego formowania się jądra podczas formowania się całej planety.
W 2015 roku naukowcy z Oksfordu zaproponowali nawet teorię, według której jądro planety Ziemia składa się z uranu i wykazuje radioaktywność. Pośrednio świadczy to o długim istnieniu ziemskiego pola magnetycznego oraz o tym, że w dzisiejszych czasach nasza planeta emituje znacznie więcej ciepła, niż przewidywały dotychczasowe hipotezy naukowe.
Ziemia wraz z innymi ciałami układ słoneczny powstaje z chmury zimnego gazu i pyłu w wyniku akrecji cząstek składowych. Po pojawieniu się planety zaczęło się całkowicie nowy etap jego rozwój, który w nauce nazywa się zwykle przedgeologicznym.
Nazwa tego okresu wynika z faktu, że najwcześniejsze dowody przeszłych procesów - skały magmowe lub wulkaniczne - nie są starsze niż 4 miliardy lat. Dziś mogą je badać tylko naukowcy.
Przedgeologiczny etap rozwoju Ziemi wciąż kryje wiele tajemnic. Obejmuje okres 0,9 miliarda lat i charakteryzuje się powszechnym wulkanizmem na planecie z uwolnieniem gazów i pary wodnej. W tym czasie rozpoczął się proces podziału Ziemi na jej główne powłoki - jądro, płaszcz, skorupę i atmosferę. Zakłada się, że proces ten został wywołany intensywnym bombardowaniem naszej planety meteorytami i stopieniem jej poszczególnych części.
Jednym z kluczowych wydarzeń w historii Ziemi było powstanie jej wewnętrznego jądra. Prawdopodobnie miało to miejsce na przedgeologicznym etapie rozwoju planety, kiedy cała materia została podzielona na dwie główne geosfery – jądro i płaszcz.
Niestety, nie istnieje jeszcze wiarygodna teoria dotycząca powstania jądra Ziemi, która zostałaby potwierdzona poważnymi informacjami i dowodami naukowymi. Jak powstało jądro Ziemi? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przedstawiają dwie główne hipotezy.
Według pierwszej wersji materia zaraz po powstaniu Ziemi była jednorodna.
Składał się w całości z mikrocząstek, które można dziś zaobserwować w meteorytach. Jednak po pewnym czasie ta pierwotna jednorodna masa podzieliła się na ciężki rdzeń, do którego wpłynęło całe żelazo, oraz lżejszy płaszcz krzemianowy. Innymi słowy, krople roztopionego żelaza i towarzyszących mu ciężkich związków chemicznych osiadły w centrum naszej planety i utworzyły tam jądro, które do dziś pozostaje w dużej mierze stopione. Gdy ciężkie pierwiastki pędziły do środka Ziemi, wręcz przeciwnie, lekkie żużle unosiły się w górę - do zewnętrznych warstw planety. Dziś te lekkie pierwiastki tworzą górny płaszcz i skorupę.
Dlaczego nastąpiło takie zróżnicowanie materii? Uważa się, że bezpośrednio po zakończeniu procesu jej powstawania Ziemia zaczęła się intensywnie nagrzewać, przede wszystkim na skutek energii uwalnianej podczas grawitacyjnej akumulacji cząstek, a także na skutek energii rozpadu radioaktywnego poszczególnych substancji chemicznych. elementy.
Dodatkowe nagrzanie planety i powstanie stopu żelaza i niklu, który ze względu na znaczny ciężar właściwy stopniowo opadał do środka Ziemi, ułatwiło rzekome bombardowanie meteorytami.
Hipoteza ta napotyka jednak pewne trudności. Na przykład nie jest do końca jasne, w jaki sposób stop żelaza i niklu, nawet w stanie ciekłym, był w stanie zejść na odległość ponad tysiąca kilometrów i dotrzeć w rejon jądra planety.
Zgodnie z drugą hipotezą, jądro Ziemi powstało z meteorytów żelaznych, które zderzyły się z powierzchnią planety, a później porosło krzemianową skorupą meteorytów kamiennych i utworzyło płaszcz.
Hipoteza ta ma poważny błąd. W tej sytuacji meteoryty żelazne i kamienne powinny istnieć osobno w przestrzeni kosmicznej. Współczesne badania pokazują, że meteoryty żelazne mogły powstać jedynie w głębinach planety, która uległa rozpadowi pod znacznym ciśnieniem, czyli po uformowaniu się naszego Układu Słonecznego i wszystkich planet.
Pierwsza wersja wydaje się bardziej logiczna, gdyż przewiduje dynamiczną granicę pomiędzy jądrem Ziemi a płaszczem. Oznacza to, że proces podziału materii pomiędzy nimi może trwać na planecie bardzo długo. od dawna, zapewniając w ten sposób wielki wpływ na dalszą ewolucję Ziemi.
Jeśli więc za podstawę przyjmiemy pierwszą hipotezę o powstaniu jądra planety, proces różnicowania się materii trwał około 1,6 miliarda lat. Dzięki zróżnicowaniu grawitacyjnemu i rozpadowi radioaktywnemu zapewnione zostało oddzielenie materii.
Ciężkie pierwiastki opadały tylko na głębokość, poniżej której substancja była tak lepka, że żelazo nie mogło już tonąć. W wyniku tego procesu powstała bardzo gęsta i ciężka pierścieniowa warstwa roztopionego żelaza i jego tlenku. Znajdował się nad lżejszą materią pierwotnego jądra naszej planety. Następnie ze środka Ziemi wyciśnięto lekką substancję krzemianową. Co więcej, został przesunięty na równiku, co mogło oznaczać początek asymetrii planety. 
Zakłada się, że podczas formowania się żelaznego jądra Ziemi nastąpiło znaczne zmniejszenie objętości planety, w wyniku czego obecnie zmniejszyła się jej powierzchnia. Lekkie pierwiastki i ich związki, które „wypłynęły” na powierzchnię, utworzyły cienką pierwotną skorupę, która, podobnie jak wszystkie planety ziemskie, składała się z bazaltów wulkanicznych, pokrytych grubą warstwą osadu.
Nie jest jednak możliwe znalezienie żywych dowodów geologicznych na przeszłe procesy związane z powstawaniem jądra i płaszcza Ziemi. Jak już wspomniano, najstarsze skały na Ziemi mają około 4 miliardów lat. Najprawdopodobniej na początku ewolucji planety, pod wpływem wysokich temperatur i ciśnień, pierwotne bazalty przekształciły się, stopiły i przekształciły w znane nam skały granitowo-gnejsowe.
Jaki jest rdzeń naszej planety, który powstał prawdopodobnie na najwcześniejszych etapach rozwoju Ziemi? Składa się z powłoki zewnętrznej i wewnętrznej. Według założeń naukowych na głębokości 2900-5100 km znajduje się jądro zewnętrzne, które w swojej właściwości fizyczne zbliża się do cieczy.
Zewnętrzny rdzeń to strumień stopionego żelaza i niklu, który dobrze przewodzi prąd elektryczny. To właśnie z tym jądrem naukowcy kojarzą pochodzenie ziemskiego pola magnetycznego. Pozostałą odległość 1270 km od centrum Ziemi zajmuje jądro wewnętrzne, które składa się w 80% z żelaza i 20% z dwutlenku krzemu.
Jądro wewnętrzne jest twarde i gorące. Jeśli część zewnętrzna jest bezpośrednio połączona z płaszczem, wówczas wewnętrzne jądro Ziemi istnieje samodzielnie. Pomimo swojej twardości wysokie temperatury, zapewnia gigantyczne ciśnienie w centrum planety, które może osiągnąć 3 miliony atmosfer. 
Wiele pierwiastki chemiczne W efekcie przechodzą w stan metaliczny. Dlatego zasugerowano nawet, że wewnętrzne jądro Ziemi składa się z metalicznego wodoru.
Gęsty rdzeń wewnętrzny ma poważny wpływ na życie naszej planety. Koncentruje się w nim planetarne pole grawitacyjne, które zapobiega rozproszeniu lekkich powłok gazowych, hydrosfery i geosfery Ziemi.
Prawdopodobnie takie pole było charakterystyczne dla jądra od chwili powstania planety, niezależnie od jej składu chemicznego i struktury. Przyczyniło się to do kurczenia się powstałych cząstek w kierunku środka.
Jednak pochodzenie jądra i badania struktura wewnętrzna Ziemia jest najpilniejszym problemem dla naukowców ściśle zajmujących się badaniem historii geologicznej naszej planety. Do ostatecznego rozwiązania tej kwestii jeszcze daleka droga. Aby uniknąć różnych sprzeczności, w współczesna nauka przyjęto hipotezę, że proces powstawania jądra zaczął zachodzić jednocześnie z powstawaniem Ziemi.
Dlaczego jądro Ziemi nie ostygło i pozostawało nagrzane do temperatury około 6000°C przez 4,5 miliarda lat? Pytanie jest niezwykle złożone, na które nauka nie jest w stanie udzielić w 100% dokładnej i zrozumiałej odpowiedzi. Istnieją jednak ku temu obiektywne powody.
Nadmierna tajemnica
Nadmierna, że tak powiem, tajemniczość jądra Ziemi wiąże się z dwoma czynnikami. Po pierwsze, nikt nie wie na pewno, jak, kiedy i w jakich okolicznościach powstała - stało się to podczas formowania się proto-Ziemi lub już w wczesne etapy Istnienie uformowanej planety jest wielką tajemnicą. Po drugie, pobranie próbek z jądra ziemi jest absolutnie niemożliwe - nikt nie wie na pewno, z czego się składa. Co więcej, wszystkie dane, które wiemy o jądrze, zbierane są za pomocą metod i modeli pośrednich.
Dlaczego jądro Ziemi pozostaje gorące?
Aby spróbować zrozumieć, dlaczego jądro Ziemi nie ochładza się przez tak długi czas, należy najpierw zrozumieć, co spowodowało jego początkowe nagrzanie. Wnętrze naszej planety, jak każdej innej planety, jest niejednorodne; reprezentują one stosunkowo wyraźnie odgraniczone warstwy różne gęstości. Ale nie zawsze tak było: ciężkie pierwiastki powoli opadały, tworząc wewnętrzne i zewnętrzne jądro, podczas gdy lekkie pierwiastki były wypychane na górę, tworząc płaszcz i skorupę ziemską. Proces ten przebiega niezwykle wolno i towarzyszy mu wydzielanie ciepła. Nie był to jednak główny powód ogrzewania. Cała masa Ziemi naciska z ogromną siłą na jej środek, wytwarzając fenomenalne ciśnienie około 360 GPa (3,7 mln atmosfer), w wyniku czego rozpad długożyciowych pierwiastków promieniotwórczych zawartych w rdzeniu żelazowo-krzemowo-niklowym zaczęło się pojawiać, czemu towarzyszyła kolosalna emisja ciepła.
Dodatkowym źródłem ciepła jest energia kinetyczna powstająca w wyniku tarcia pomiędzy różnymi warstwami (każda warstwa obraca się niezależnie od drugiej): rdzeniem wewnętrznym z zewnętrznym i zewnętrznym z płaszczem.
Wnętrze planety (proporcje nie są zachowane). Tarcie pomiędzy trzema wewnętrznymi warstwami służy jako dodatkowe źródło ciepła.
Na podstawie powyższego możemy stwierdzić, że Ziemia, a w szczególności jej wnętrzności, są samowystarczalną maszyną, która sama się nagrzewa. Ale to oczywiście nie może trwać wiecznie: zapasy pierwiastków radioaktywnych wewnątrz jądra powoli się wyczerpują i nie będzie już czym utrzymać temperatury.
Robi się zimno!
Tak naprawdę proces chłodzenia rozpoczął się już bardzo dawno temu, ale postępuje niezwykle wolno – ułamek stopnia na wiek. Według przybliżonych szacunków minie co najmniej 1 miliard lat, zanim rdzeń całkowicie ostygnie i ustaną zachodzące w nim reakcje chemiczne i inne.
Krótka odpowiedź: Ziemia, a w szczególności jądro Ziemi, jest samowystarczalną maszyną, która sama się nagrzewa. Cała masa planety naciska na jej środek, wytwarzając fenomenalne ciśnienie i tym samym uruchamiając proces rozpadu pierwiastków radioaktywnych, w wyniku czego wydziela się ciepło.
Załadunek...