Земне ядро включає два шари з прикордонною зоною між ними: зовнішня рідка оболонка ядра досягає товщини в 2266 кілометрів, під нею розташоване масивне щільне ядро, діаметр якого за підрахунками досягає 1300 км. Перехідна зона має неоднорідну товщину і поступово твердне, переходячи у внутрішнє ядро. На поверхні верхнього шару температура знаходиться в районі 5960 градусів за Цельсієм, хоча ці дані вважаються приблизними.
Зразковий склад зовнішнього ядра та методи його визначення
Про склад навіть зовнішнього шару земного ядра досі відомо дуже мало, тому що не можна добути зразки для вивчення. Основні елементи, з яких може складатися зовнішнє ядро нашої планети, – залізо та нікель. До такої гіпотези вчені дійшли в результаті аналізу складу метеоритів, оскільки мандрівники з космосу є уламками ядер астероїдів та інших планет.
Проте метеорити не можна вважати абсолютно точно збігаються за хімічним складом, оскільки вихідні космічні тіла були набагато меншими за Землю за розміром. Після довгих досліджень вчені дійшли висновку, що рідка частина ядерної речовини сильно розбавлена іншими елементами, зокрема сірою. Це пояснює її нижчу щільність, ніж у залізонікелевих сплавів.
Що відбувається на зовнішній частині ядра планети?
Зовнішня поверхня ядра межі з мантією неоднорідна. Вчені припускають, що вона має різну товщину, утворюючи своєрідний внутрішній рельєф. Це постійним змішуванням різнорідних глибинних речовин. Вони різні за хімічним складом, а також мають різну щільність, тому товщина межі між ядром і мантією може змінюватись від 150 до 350 км.
Фантасти минулих років у своїх творах описували подорож до центру Землі через глибокі печери та підземні переходи. Чи це можливо насправді? На жаль, тиск на поверхні ядра перевищує 113 мільйонів атмосфер. Це означає, що будь-яка печера наглухо «зачинилася» ще на етапі наближення до мантії. Це пояснює, чому на планеті немає печер глибше хоча б 1 км.
Як вивчають зовнішній шар ядра?
Про те, як виглядає та з чого складається ядро, вчені можуть судити, відстежуючи сейсмоактивність. Так, наприклад, було з'ясовано, що зовнішній та внутрішній шар обертаються у різних напрямках під дією магнітного поля. Ядро Землі таїть ще десятки нерозгаданих таємниць і чекає на нові фундаментальні відкриття.
В які часи це відбувалося? Усі ці питання давно вже хвилювали людство. А багатьом ученим хотілося якнайшвидше дізнатися, що там, у глибині? Але виявилося, що вивчити все це не так уже й легко. Адже і сьогодні, маючи всі сучасні пристосування для проведення різноманітних досліджень, людству під силу пробурити свердловини в надра лише на якихось п'ятнадцять кілометрів – не більше. А для повноцінних і всебічних дослідів потрібна глибина має бути значно більшою. Тому науковцям і доводиться обчислювати, як утворилося ядро Землі, з різноманітних високоточних приладів.
Вивчення Землі
Ще з давніх-давен люди вивчали гірські породи, оголені природним шляхом. Обриви і схили гір, круті береги річок і морів... Тут на власні очі можна спостерігати, напевно, мільйони років тому. А в деяких потрібних місцях пробурюються свердловини. Одна з таких – на Її глибина – п'ятнадцять тисяч метрів. Шахти, які люди проривають також допомагають вивчати внутрішнє Ядро, звичайно ж, вони «дістати» не можуть. Але з цих шахт і свердловин вчені можуть видобувати зразки породи, дізнаючись таким способом про їх зміну і походження, будову та склади. Мінус цих методів у тому, що вони здатні досліджувати лише сушу та лише верхню частину кори Землі.
Відтворення умов у ядрі Землі
А ось безконтактно проникати все глибше і глибше вченим допомагають геофізика та сейсмологія – науки про землетруси та геологічний склад планети. За допомогою вивчення сейсмічних хвиль та їх поширення з'ясовується, з чого складається і мантія, і ядро (визначається аналогічно, наприклад, зі складом метеоритів, що впали). Подібні знання базуються на отриманих даних – непрямих – про фізичні властивості речовин. Також сьогодні вивченню сприяють і сучасні дані, які отримують зі штучних супутників, що знаходяться на орбіті.
Будова планети
Вченим вдалося зрозуміти, узагальнивши отримані дані, що будова Землі є складною. Вона складається як мінімум із трьох нерівнозначних частин. У центрі знаходиться невелике ядро, яке оточує величезна мантія. Мантія займає приблизно п'ять шостих всього обсягу Земної кулі. А зверху все покриває тонка зовнішня кора Землі.
Будова ядра
Ядро – це центральна, серединна частина. Вона ділиться на кілька шарів: внутрішній та зовнішній. На думку більшості сучасних учених, внутрішнє ядро є твердим, а зовнішнє - рідинним (перебуває у розплавленому стані). А ще ядро дуже важке: воно важить понад третину маси всієї планети при обсязі трохи більше 15-ти. У ядрі температура досить висока, вона становить від 2000 до 6000 градусів за Цельсієм. За припущеннями науки, центр Землі складається із заліза та нікелю в основному. Радіус цього важкого сегмента – 3470 кілометрів. А площа його поверхні становить близько 150 мільйонів квадратних кілометрів, що дорівнює площі всіх материків на поверхні Землі.
Як утворилося ядро Землі
Інформації про ядру нашої планети дуже мало, і її можна отримати лише непрямим шляхом (відсутні зразки порід ядра). Тому й теорії можна висловити лише гіпотетично у тому, як утворилося ядро Землі. Історія Землі налічує мільярди років. Більшість вчених дотримується теорії, що спочатку планета формувалася досить однорідна. Процес виділення ядра розпочався пізніше. А склад його - нікель та залізо. Як утворилося ядро Землі? Розплав цих металів поступово спускався до центру планети, формуючи ядро. Це відбувалося за рахунок більшої частки розплаву.
Альтернативні теорії
Існують і противники цієї теорії, що приводять свою, цілком резонну аргументацію. По-перше, ці вчені ставлять під сумнів факт проходження сплаву заліза та нікелю до центру ядра (а це понад 100 кілометрів). По-друге, якщо припустити виділення нікелю та заліза із силікатів, подібних до метеоритних, то мала відбутися й відповідна реакція відновлення. Вона, у свою чергу, мала супроводжуватися виділенням величезної кількості кисню, утворюючи атмосферний тиск у кілька сотень тисяч атмосфер. А свідчення про існування у минулому Землі такої атмосфери відсутні. Тому і було висунуто теорії про первісному освіті ядра для формування всієї планети.
У 2015 оксфордські вчені взагалі запропонували теорію, згідно з якою ядро планети Земля складається з урану і має радіоактивність. Це опосередковано доводить і таке тривале існування магнітного поля у Землі, і той факт, що в наш час наша планета випромінює набагато більше тепла, ніж передбачалося попередніми науковими гіпотезами.
Земля разом з іншими тілами Сонячної системи сформувалася з холодної газопилової хмари шляхом акреції частинок, що її склали. Після виникнення планети розпочався зовсім новий етап її розвитку, який у науці прийнято називати догеологічним.
Назва періоду пов'язана з тим, що ранні свідчення колишніх процесів - магматичні або вулканічні породи - не давніше 4 млрд років. Тільки їх сьогодні можуть вивчити вчені.
Догеологічний етап розвитку Землі таїть у собі чимало загадок. Він охоплює період 0,9 млрд років і характеризується широким проявом на планеті вулканізму з виділенням газів та пари води. Саме в цей час розпочався процес розшарування Землі на основні оболонки – ядро, мантію, кору та атмосферу. Передбачається, що цей процес був спровокований інтенсивним метеоритним бомбардуванням нашої планети та плавленням окремих її частин.
Однією з ключових подій історії Землі було формування її внутрішнього ядра. Ймовірно, це сталося у догеологічний етап розвитку планети, коли вся речовина розділилася на дві основні геосфери – ядро та мантію.
На жаль, достовірної теорії про утворення земного ядра, яка б підтверджувалася серйозними науковими відомостями та доказами, поки що не існує. Як утворилося ядро Землі? На це питання вчені пропонують дві основні гіпотези.
Згідно з першою версією, речовина безпосередньо після виникнення Землі була однорідною.
Воно повністю складалося з мікрочастинок, які можна сьогодні спостерігати у метеоритах. Але після певного проміжку часу ця первинно-однорідна маса розділилася на важке ядро, куди скло все залізо, і легшу силікатну мантію. Іншими словами, краплі розплавленого заліза і важкі хімічні сполуки, що йому супроводили, осідали до центру нашої планети і утворювали там ядро, яке і в наші дні залишається значною мірою розплавленим. У міру того, як важкі елементи прагнули до центру Землі, легкі шлаки навпаки спливали вгору – до зовнішніх верств планети. Сьогодні ці легкі елементи становлять верхню мантію та земну кору.
Чому відбулася така диференціація речовини? Вважається, що відразу після завершення процесу формування Земля стала інтенсивно розігріватися, насамперед за рахунок енергії, що виділялася в процесі гравітаційної акумуляції частинок, а також завдяки енергії радіоактивного розпаду окремих хімічних елементів.
Додатковому розігріву планети та утворенню залізонікелевого сплаву, який через свою значну питому вагу поступово опускався до центру Землі, сприяло передбачуване метеоритне бомбардування.
Щоправда, ця гіпотеза стикається з деякими труднощами. Наприклад, не зовсім зрозуміло, яким чином залізонікелевий сплав навіть у рідкому стані зміг опуститися на більш ніж тисячу кілометрів і досягти району ядра планети.
Відповідно до другої гіпотези ядро Землі сформувалося із залізних метеоритів, які стикалися з поверхнею планети, і пізніше воно обросло силікатною оболонкою з кам'яних метеоритів і сформувало мантію.
У цій гіпотезі є серйозна вада. При такому розкладі у космічному просторі залізні та кам'яні метеорити мають існувати окремо. Сучасні ж дослідження показують, що залізні метеорити могли виникнути лише в надрах планети, що розпалася під значним тиском, тобто після утворення нашої Сонячної системи та всіх планет.
Перша версія виглядає логічніше, оскільки передбачає динамічний кордон між ядром Землі та мантією. Це означає, що процес поділу речовини між ними міг продовжуватися на планеті ще дуже довгий час, тим самим впливаючи на подальшу еволюцію Землі.
Таким чином, якщо брати за основу першу гіпотезу формування ядра планети, процес диференціації речовини розтягнувся приблизно на 1,6 млрд років. За рахунок гравітаційної диференціації та радіоактивного розпаду забезпечувалося поділ речовини.
Тяжкі елементи опускалися тільки до глибини, нижче якої речовина була така в'язка, що залізо занурюватися вже не могло. Внаслідок цього процесу утворився дуже щільний і важкий кільцевий шар розплавленого заліза та його окису. Він розташовувався над легшою речовиною первозданної серцевини нашої планети. Далі відбулося видавлювання легкої силікатної речовини із центру Землі. Причому воно було витіснене на екваторі, що, можливо, започаткувало асиметрію планети. 
Передбачається, що при формуванні залізного ядра Землі відбувся значний спад обсягу планети, внаслідок чого її поверхня на сьогодні зменшилася. «Спливлі» до поверхні легкі елементи та їх сполуки сформували тонку первинну кору, яка складалася, як і в усіх планет земної групи, з вулканічних базальтів, перекритих зверху товщою відкладень.
Однак знайти живі геологічні свідчення колишніх процесів, пов'язаних із формуванням земного ядра та мантії, не вдається. Як зазначалося, найдавніші кам'яні породи планети Земля мають вік близько 4 млрд років. Швидше за все, на початку еволюції планети під дією високих температур і тисків первинні базальти метаморфізувалися, переплавилися та перетворилися на відомі нам гранітно-гнейсові породи.
Що ж є ядро нашої планети, що сформувалося, ймовірно, на ранніх етапах розвитку Землі? Воно складається із зовнішньої та внутрішньої оболонок. Згідно з науковими припущеннями, на глибині 2900-5100 км знаходиться зовнішнє ядро, яке за своїми фізичними властивостями наближається до рідини.
Зовнішнє ядро є потоками розплавленого заліза і нікелю, що добре проводять електрику. Саме із цим ядром вчені пов'язують походження земного магнітного поля. Проміжок, що залишився до центру Землі в 1270 км, займає внутрішнє ядро, що на 80 % складається із заліза і на 20 % – з діоксиду кремнію.
Внутрішнє ядро відрізняється твердістю та високою температурою. Якщо зовнішнє безпосередньо з мантією, то внутрішнє ядро Землі існує саме собою. Твердість його, незважаючи на високі температури, забезпечується гігантським тиском у центрі планети, який може досягати 3 млн. атмосфер. 
Багато хімічних елементів в результаті переходять у металевий стан. Тому навіть висловлювалося припущення, що внутрішнє ядро Землі складається із металевого водню.
Щільне внутрішнє ядро серйозно впливає життя нашої планети. У ньому зосереджено планетарне гравітаційне поле, яке утримує від розльоту легкі газові оболонки, гідросферу та геосферні шари Землі.
Ймовірно, таке поле було характерне для ядра з моменту формування планети, хоч би яким воно було тоді за своїм хімічним складом і будовою. Воно сприяло стягуванню частинок, що формувалися, до центру.
Все ж таки походження ядра та вивчення внутрішньої будови Землі – найактуальніша проблема для вчених, які впритул займаються дослідженням геологічної історії нашої планети. До остаточного вирішення цього питання дуже далеко. Щоб уникнути різних протиріч, у сучасній науці прийнято гіпотезу у тому, що процес утворення ядра почав відбуватися одночасно з формуванням Землі.
Чому земне ядро не остигає і залишається розігрітим до температури приблизно 6000 ° C протягом 4,5 млрд років? Питання вкрай складне, на яке до того ж наука не може дати на 100% точну зрозумілу відповідь. Проте для цього є об'єктивні причини.
Зайва таємничість
Зайва, так би мовити, таємничість земного ядра пов'язана із двома факторами. По-перше, ніхто достовірно не знає як, коли і за яких обставин воно сформувалося, - відбувалося це під час формування протоземлі або вже на ранніх стадіях існування сформованої планети - це велика загадка. По-друге, зразки із земного ядра дістати абсолютно неможливо - напевно, ніхто не знає з чого воно складається. Більш того, всі дані, які нам відомі про ядро зібрані за непрямими методами та моделями.
Чому ядро Землі залишається гарячим?
Щоб спробувати зрозуміти чому земне ядро не остигає протягом такого тривалого часу, потрібно для початку розібратися за рахунок чого воно нагрілося спочатку. Надра нашої як і будь-якої іншої планети неоднорідні, вони є відносно чітко розмежовані шари різної щільності. Але так було не завжди: важкі елементи повільно опускалися вниз, формуючи внутрішнє та зовнішнє ядро, легені – витіснялися на верх, утворюючи мантію та земну кору. Цей процес протікає гранично повільно та супроводжується виділенням тепла. Проте основною причиною нагрівання було це. Вся маса Землі з величезною силою тисне на її центр, продукуючи феноменальний тиск приблизно 360 ДПа (3,7 млн атмосфер) в результаті чого почав відбуватися розпад радіоактивних довгоживучих елементів, що містяться в залізно-кремнієво-нікелевому ядрі, що і супроводжувалося колосальними. .
Додатковим джерелом нагрівання служить кінетична енергія, що генерується в результаті тертя між різними шарами (кожен шар обертається незалежно від іншого): внутрішнього ядра із зовнішнім та зовнішнього з мантією.
Надра планети (пропорції не дотримані). Тертя між собою трьох внутрішніх шарів є додатковим джерелом нагрівання.
Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок, що Земля і її надра є самодостатньою машиною, яка сама себе опалює. Але вічно так природно продовжуватися не може: запаси радіоактивних елементів усередині ядра повільно зникають і більше не буде підтримувати температуру.
Воно остигає!
Взагалі процес охолодження вже почався дуже давно, але протікає він вкрай повільно - по частці градуса в століття. За приблизними підрахунками до охолодження ядра і припинення у ньому хімічних та інших. реакцій пройде щонайменше 1 мільярда років.
Коротка відповідь:Земля і, зокрема, земне ядро - це самодостатня машина, яка сама себе опалює. Вся маса планети тисне на її центр, продукуючи феноменальний тиск і тим самим запускаючи процес розпаду радіоактивних елементів, внаслідок чого і виділяється тепло.
Завантаження...