Henris Cavendishas vienas pirmųjų pasiūlė, kad Žemės centre yra padidėjusio tankio regionas. Jam pavyko apskaičiuoti planetos masę ir vidutinį tankį ir nustatyti, kad jis žymiai didesnis už uolienų tankį
Žemės šerdis yra centrinė, giliausia Žemės dalis, esanti po planetos mantija.
Jis yra 2900 km gylyje. Vidutinis sferos spindulys yra 3,5 tūkst. Žemės kietosios šerdies paviršiaus temperatūra siekia 6230±500 K (5960±500°C), centre tankis apie 12,5 t/m³, slėgis iki 361 GPa (3,7 mln. atm). Šerdies masė - 1,932·1024 kg. Medžiaga, sudaranti Žemės šerdį, kaitinama dėl slėgio (gravitacijos).
Henris Cavendishas vienas pirmųjų pasiūlė, kad Žemės centre yra padidėjusio tankio regionas. Jam pavyko apskaičiuoti planetos masę ir vidutinį tankį ir nustatyti, kad jis yra žymiai didesnis nei žemės paviršių pasiekiančių uolienų tankis.
Informacijos apie Žemės branduolį yra labai mažai, net ir tai, kas turima, buvo gauta netiesioginiais geofiziniais ar geocheminiais metodais. Kol kas negalima paimti pagrindinės medžiagos pavyzdžių. Jo sudėtis nėra tiesiogiai žinoma. Manoma, kad jį sudaro geležies ir nikelio lydinys su kitų siderofilinių elementų priemaiša.
Atrodo, kad mokslininkai turi naują paaiškinimą, kodėl Žemės šerdis išlieka kieta, nepaisant to, kad jos temperatūra yra aukštesnė nei Saulės paviršiaus. Pasirodo, tai gali būti dėl mūsų planetos centre esančio kristalizuoto geležies „rutulio“ atominės architektūros.
Tyrėjai teigia, kad Žemės branduolys gali turėti dar nematytą atominę būseną, leidžiančią jai atlaikyti neįtikėtiną temperatūrą ir slėgį, kurio tikimasi mūsų planetos centre. Jei mokslininkai šiuo klausimu teisūs, tai gali padėti išspręsti kitą mįslę, kuri mus persekioja daugelį dešimtmečių.
Švedijos Karališkojo technologijos instituto Stokholme mokslininkų komanda panaudojo Triolitą – vieną galingiausių šalies superkompiuterių, kad imituotų atominį procesą, galintį vykti maždaug 6400 kilometrų žemiau žemės paviršiaus. Kaip ir bet kurio kito metalo atveju, geležies atominės struktūros gali keistis veikiamos temperatūros ir slėgio pokyčių. Kambario temperatūroje ir esant normaliam slėgiui geležis yra vadinamojoje kristalinės gardelės kūno centre kubinėje (bcc) fazėje. Esant dideliam slėgiui, grotelės virsta šešiakampe uždara faze. Šie terminai apibūdina atomų išsidėstymą metalo kristalinėje gardelėje, o tai, savo ruožtu, yra atsakingi už jo stiprumą ir kitas savybes, pavyzdžiui, ar metalas išliks kietas, ar ne.
Anksčiau buvo manoma, kad kieta, kristalizuota geležies būsena žemės šerdyje paaiškinama tuo, kad ji yra šešiakampėje sandarioje kristalinės gardelės fazėje, nes bcc sąlygos čia yra pernelyg nestabilios. Tačiau nauji tyrimai gali parodyti, kad aplinka mūsų planetos centre iš tikrųjų kietina ir tankina bcc būseną, o ne ją naikina.
„Žemės šerdies sąlygomis bcc geležies gardelė pasižymi anksčiau neregėtu atomų difuzijos modeliu. BCC fazė vadovaujasi šūkiu „kas manęs nenužudo, padaro mane stipresnį“. Nestabilumas gali nutraukti bcc fazę esant žemai temperatūrai, tačiau aukšta temperatūra, priešingai, padidina šios fazės stabilumą“, – sako tyrimo vadovas Anatolijus Belonoško.
Kaip analogiją padidėjusiam geležies atomų aktyvumui Žemės centre, Belonoško nurodo maišymo kortų kaladę, kur atomai (atstovaujami kortomis) gali nuolat ir labai greitai maišytis vienas su kitu, veikiami aukštesnės temperatūros ir slėgio. , tačiau kaladė išlieka viena visuma. Ir šie skaičiai yra labai įspūdingi: 3,5 milijono kartų didesnis nei slėgis, kurį patiriame paviršiuje, ir maždaug 6000 laipsnių Celsijaus aukštesnė temperatūra.
Superkompiuterio „Triolith“ duomenys taip pat rodo, kad iki 96 procentų (daugiau nei buvo atlikti ankstesni skaičiavimai) Žemės vidinės šerdies masės greičiausiai sudarys geležis. Likusią dalį sudaro nikelis ir kiti lengvi elementai.
Kita paslaptis, kurią gali išspręsti naujausi tyrimai, yra tai, kodėl seisminės bangos greičiau sklinda tarp ašigalių, o ne per pusiaują. Šis reiškinys dažnai vadinamas anizotropija. Tyrėjai teigia, kad bcc gardelės elgesys geležyje esant ekstremalioms sąlygoms, esančioms Žemės centre, gali būti pakankamas didelio masto anizotropijos efektams sukurti, o tai savo ruožtu sukuria dar vieną kelią, kurį mokslininkai gali tyrinėti ateityje.
Svarbu pažymėti, kad ši prielaida išvesta remiantis specifiniais kompiuteriniais Žemės vidinių dinaminių procesų modeliavimais, o remiantis kitais modeliais skaičiavimo rezultatai gali skirtis. Kol neišsiaiškinsime, kaip nuleisti atitinkamus mokslinius instrumentus iki tokio gylio, negalėsime šimtu procentų užtikrintai kalbėti apie skaičiavimų teisingumą. Ir atsižvelgiant į ten galinčią egzistuoti temperatūrą ir slėgį, mums gali būti visiškai neįmanoma gauti tiesioginių įrodymų apie planetos branduolio aktyvumą.
Ir vis dėlto, nepaisant iššūkių, svarbu tęsti tokius tyrimus, nes kai tik sužinosime daugiau apie tai, kas iš tikrųjų vyksta mūsų planetos viduje, turėsime daugiau galimybių sužinoti, kas bus toliau.
Kodėl žemės šerdis neatvėso ir išliko įkaitusi iki maždaug 6000°C temperatūros 4,5 milijardo metų? Klausimas yra nepaprastai sudėtingas, į kurį, be to, mokslas negali pateikti 100% tikslaus ir suprantamo atsakymo. Tačiau tam yra objektyvių priežasčių.
Per didelis slaptumas
Perdėtas, taip sakant, žemės šerdies paslaptis siejama su dviem veiksniais. Pirma, niekas tiksliai nežino, kaip, kada ir kokiomis aplinkybėmis ji susiformavo – tai atsitiko formuojantis proto-žemei arba jau ankstyvose susiformavusios planetos egzistavimo stadijose – visa tai yra didelė paslaptis. Antra, visiškai neįmanoma gauti mėginių iš žemės šerdies - niekas tiksliai nežino, iš ko jis susideda. Be to, visi duomenys, kuriuos žinome apie branduolį, yra renkami naudojant netiesioginius metodus ir modelius.
Kodėl Žemės šerdis išlieka karšta?
Norint suprasti, kodėl žemės šerdis taip ilgai neatšąla, pirmiausia reikia suprasti, dėl ko ji iš pradžių įkais. Mūsų planetos, kaip ir bet kurios kitos planetos, vidus yra nevienalytis, jie yra gana aiškiai atskirti skirtingo tankio sluoksniai. Tačiau taip buvo ne visada: sunkieji elementai pamažu grimzdo žemyn, suformuodami vidinę ir išorinę šerdį, o lengvieji elementai buvo priversti į viršų, suformuodami mantiją ir žemės plutą. Šis procesas vyksta labai lėtai ir kartu išsiskiria šiluma. Tačiau tai nebuvo pagrindinė šildymo priežastis. Visa Žemės masė milžiniška jėga spaudžia jos centrą, sukeldama fenomenalų maždaug 360 GPa (3,7 mln. atmosferų) slėgį, dėl kurio suyra ilgaamžiai radioaktyvūs elementai, esantys geležies, silicio ir nikelio šerdyje. pradėjo atsirasti, o tai lydėjo didžiulis šilumos išsiskyrimas.
Papildomas šildymo šaltinis yra kinetinė energija, susidaranti dėl trinties tarp skirtingų sluoksnių (kiekvienas sluoksnis sukasi nepriklausomai nuo kito): vidinė šerdis su išorine ir išorinė su mantija.
Planetos vidus (proporcijų nesilaikoma). Trintis tarp trijų vidinių sluoksnių yra papildomas šildymo šaltinis.
Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, galime daryti išvadą, kad Žemė ir ypač jos žarnos yra savarankiška mašina, kuri šildo save. Tačiau tai natūraliai negali tęstis amžinai: branduolio viduje esančios radioaktyviųjų elementų atsargos pamažu nyksta ir nebebus ko palaikyti temperatūrą.
Darosi šalta!
Tiesą sakant, aušinimo procesas jau prasidėjo labai seniai, tačiau jis vyksta labai lėtai – laipsnio dalimi per šimtmetį. Apytikriais skaičiavimais, praeis mažiausiai 1 milijardas metų, kol šerdis visiškai atvės ir joje nutrūks cheminės bei kitos reakcijos.
Trumpas atsakymas:Žemė, o ypač jos šerdis, yra savarankiška mašina, kuri šildo save. Visa planetos masė spaudžia jos centrą, sukeldama fenomenalų slėgį ir taip sukeldama radioaktyviųjų elementų skilimo procesą, dėl kurio išsiskiria šiluma.
Pabandysiu paaiškinti naudodamas baseino pavyzdį.
Pirma klaida – nerenkami faktai.
Jie yra labai nevienalyčiai ir patys susigrupuoja į sistemas, esančias skirtingais atstumais nuo istoriškai nusistovėjusio žinių centro. Tai svarbiausia. Mokslas nerenka faktų į dubenį, jis pritaiko baseiną prie faktų. Jūs galvojate kitaip ir darote priešingai, tai yra kliedesys, nes išmetate tuos faktus, kurie neišvengiamai prieštaraus jūsų baseinui, tai yra, jūs tiesiog nematote šių faktų, ignoruojate juos.
Be to, viskas priklauso nuo pažinimo stadijos, randama daug baseinų, tie, kurie apima daugumą faktų, priimami kaip santykinai teisingi ir vėliau naudojami kaip santykinis žinojimas, kuris praktiškai tampa absoliučiu žinojimu, ir faktai, kurie nepatenka į dėmesio centrą. apie praktiką deklaruojama kaip klaida, pvz., 49%, 30% ir kt. iki 0% (tai yra baseinų progreso atspindys, kuris neįmanomas turint mintį). Ir matai tik tai, nes mokykloje tave taip moko, kad šios žinios yra pastovios, tai tiesiog mokymo metodo ypatybė, tave, grubiai tariant, nuolat apgaudinėja, sakydamas, kad šios žinios yra absoliučios, o mokslas apskritai sako, kad šios žinios yra santykinės, tai yra normalu, nes taip veikia mūsų smegenys, kitaip jos negalėjo mokytis, ne mokslas yra netobulas, o mūsų smegenys netobulos. Ir tik siauroje specializacijoje smegenys pradeda mąstyti abstrakčiomis mokslinėmis sąvokomis, tai yra specialistai, būtent apie tai ir kalbėjau aukščiau.
Bet tai yra praktika, o mokslinė teorija, apie kurią mes kalbame, pamažu randa vis daugiau naujų baseinų, suranda paskutinį, kuriame yra VISI faktai iš tam tikros grupės tam tikru atstumu, prieš tai baseinai buvo vadinami hipotezėmis, o ši megakoksa vadinama teorija (tai sena klasifikacija, šiandien viskas yra hipotezės), o svarbiausia – numato VISUS naujus faktus, kurie atsiranda tam tikroje grupėje, tam tikru atstumu.
Šiandien daugelyje žinių sričių esame megabaseino stadijoje, o jūs cituojate senus baseinus, kurių nebereikia, nes jie neveiksmingi, tai yra, atmetami ne faktai, o baseinai.
Dabar, kai tik suvokėme vieną faktų grupę, pradėjome matyti kitą faktų grupę, kuri telkiasi didesniu atstumu nei žinių centras ir kurių anksčiau tiesiog negalėjome išmatuoti ir pamatyti, o remiantis jais kūrėme hipotezes. faktai, slypintys ant sienų, tai yra, buvo daugybė baseinų be praktikos, kuriuos daugiau ar mažiau apėmė netiesioginių faktų rinkinys, atsirandantis iš faktų, besiribojančių su stebėjimu. Kol neatsirado baseinas, kuris paaiškintų juos visus, visus netiesioginius faktus, kurių mes nematome, bet galime pamatyti jų santykį ir su anksčiau mums žinomais faktais, ir tarpusavyje. Šis baseinas gali visiškai prieštarauti ankstesniam megabaseinui, nes dėl atstumo dėsniai, pagal kuriuos sugrupuojamos faktų grupės, visada yra skirtingi, kartais priešingi.
Tai, pavyzdžiui, Niutono (megakoksa) ir Einšteino (naujoji netiesioginė megakoksa) teorijos, jos yra priešingos ir kartu objektyvios. Palaipsniui dėl pažangos dažnai lygiagrečia žinių kryptimi jau pradedame matyti tiesioginius, o ne netiesioginius faktus, tai yra, stebimo riba auga ir jei žinai, tai VISKAS bendrojoje reliatyvumo teorijoje yra eksperimentiškai patvirtinta šiandien, kai tik atsiranda įrankis, galintis tai padaryti, patvirtina, tai yra pastebėtas, o ne netiesioginis faktas.
Šis ciklas yra begalinis, tai yra raktas į mokslinio pažinimo metodo efektyvumą, jei nematome fakto ir negalime jo rasti netiesiogiai, tada net nežiūrime jo kryptimi ir nesijaudiname, nes praktiškai tai daroma. jo naudoti neįmanoma. Tai skiriasi nuo tikėjimo, kai toks faktas yra sugalvotas. Tai yra, į klausimą, ar yra Dievas, mokslas teoriškai sako, kad nežinau, o praktiškai – ne, bet tai yra santykinis žinojimas, kai tik iškyla faktas tam tikroje žinių srityje, mes visiškai viską persvarstyti.
Kitas svarbus aspektas yra nuspėjamasis, jei faktų grupėje, kuri tam tikru atstumu jau buvo įtraukta į gerai ištirtą faktų grupę, kuri jau apėmė megakoksa, atsiranda naujas faktas, tada teorija paskelbiama negaliojančia ir mokslas visiškai pasikeičia. , senasis megakoksas išmestas, bet nėra seno išmesto paprasto baseino, kuris nugalėjo megabaseiną, nes jis neatitinka daugelio senesnių faktų ir gaminamas naujas baseinas, kuris gali būti PANAŠUS į senus baseinus ir nespecialistai pradeda šaukti, kad pats mokslas nežino ko nori, o visos mokslo žinios yra kvailystė ir mokslininkai Jie visada meluoja. Tai irgi klaida dėl to, kad mąstome analogijomis, mąstome panašumais, taip struktūrizuojamos neuroninės grandinės.
Tačiau mes nežinome, kad šie nauji faktai žinomoje faktų grupėje yra naujos faktų grupės dalis ir, taip sakant, ledkalnio viršūnė arba senosios grupės dalis.
Pirmasis atvejis yra bendrasis reliatyvumas, antrasis – pavyzdžiui, evoliucijos teorija.
Todėl teoriškai mes visada sakome, kad nieko nežinome, nežinome, ar teisus Niutonas ar Darvinas, bet praktiškai sakome, kad taip, jie teisūs ir objektyvūs ir kaip tik to mokoma mokykloje. , o tai dar labiau supainioja mokinį. Nes jie rado krūvą faktų, paneigiančių ir Niutoną, ir Darviną, tačiau paaiškėjo, kad jie yra iš kitos faktų grupės, daugiausia tarp jų esančios ribos. Tai vadinama teorijos patikslinimu, pavyzdžiui, Darvino teorija yra sintetinė evoliucijos teorija, taškinės pusiausvyros teorija ir šiuolaikinė evoliucijos teorija, kurioje yra įgytų savybių paveldėjimas ir pan., ką visi ankstesnieji paneigė ir Teisingai paneigta, mastas buvo tiesiog kitoks.
MASKVA, vasario 12 d. – RIA Novosti. Amerikos geologai teigia, kad vidinė Žemės šerdis negalėjo atsirasti prieš 4,2 milijardo metų tokia forma, kokią ją įsivaizduoja šiandieniniai mokslininkai, nes tai neįmanoma fizikos požiūriu, teigiama žurnale EPS Letters paskelbtame straipsnyje. .
„Jei jaunos Žemės šerdį sudarytų tik grynas, vienalytis skystis, tai vidinis branduolys iš esmės neturėtų egzistuoti, nes ši medžiaga negalėjo atvėsti iki temperatūros, kurioje buvo galima susidaryti. Atitinkamai šiuo atveju šerdis gali būti Būkite nevienalytė kompozicija, ir kyla klausimas, kaip ji tokia tapo. Tai yra paradoksas, kurį atradome“, – sako Jamesas Van Ormanas iš Case Western Reserve universiteto Klivlande (JAV).
Tolimoje praeityje Žemės šerdis buvo visiškai skysta ir nesusidarė iš dviejų ar trijų, kaip dabar siūlo kai kurie geologai, sluoksnių – vidinės metalinės šerdies ir aplinkinio geležies bei lengvesnių elementų lydalo.
Šioje būsenoje šerdis greitai atvėso ir prarado energiją, todėl susilpnėjo jos sukurtas magnetinis laukas. Po kurio laiko šis procesas pasiekė tam tikrą kritinį tašką, o centrinė branduolio dalis „užšalo“, virsdama kietu metaliniu branduoliu, kurį lydėjo magnetinio lauko bangavimas ir stiprėjimas.
Šio perėjimo laikas yra nepaprastai svarbus geologams, nes leidžia apytiksliai įvertinti, kokiu greičiu šiandien vėsta Žemės šerdis ir kiek truks mūsų planetos magnetinis „skydas“, saugantis mus nuo kosminių spindulių veikimo. ir Žemės atmosferą nuo saulės vėjo.
Geologai atrado, kas apverčia Žemės magnetinius poliusŠveicarijos ir Danijos geologai mano, kad magnetiniai poliai periodiškai keičia vietas dėl neįprastų bangų skystos planetos šerdies viduje, periodiškai pertvarkydami jos magnetinę struktūrą, kai ji juda iš pusiaujo į ašigalius.Dabar, kaip pastebi Van Ormanas, dauguma mokslininkų mano, kad tai įvyko pirmosiomis Žemės gyvavimo akimirkomis dėl reiškinio, kurio analogą galima rasti planetos atmosferoje arba greito maisto restoranų sodos aparatuose.
Fizikai jau seniai išsiaiškino, kad kai kurie skysčiai, įskaitant vandenį, išlieka skysti esant temperatūrai, kuri yra pastebimai žemesnė už užšalimo tašką, jei viduje nėra priemaišų, mikroskopinių ledo kristalų ar galingų virpesių. Jei lengvai pakratysite arba įmessite į ją dulkių dėmę, toks skystis užšąla beveik akimirksniu.
Kažkas panašaus, anot geologų, įvyko maždaug prieš 4,2 milijardo metų Žemės šerdyje, kai dalis jos staiga išsikristalizavo. Van Ormanas ir jo kolegos bandė atkurti šį procesą naudodami kompiuterinius planetos vidaus modelius.
Šie skaičiavimai netikėtai parodė, kad vidinės Žemės šerdies neturėtų būti. Paaiškėjo, kad jo uolienų kristalizacijos procesas labai skiriasi nuo to, kaip elgiasi vanduo ir kiti peršalę skysčiai – tam reikia didžiulio temperatūrų skirtumo, daugiau nei tūkstančio kelvinų ir įspūdingo dydžio „dulkės drožlės“, kurios skersmuo turėtų būti apie 20-45 kilometrai.
Dėl to labiausiai tikėtini du scenarijai – arba planetos branduolys turėjo visiškai užšalti, arba vis tiek turėjo likti visiškai skystas. Abi yra netiesos, nes Žemė turi vidinę kietą ir išorinę skystą šerdį.
Kitaip tariant, mokslininkai dar neturi atsakymo į šį klausimą. Van Ormanas ir jo kolegos kviečia visus geologus Žemėje pagalvoti apie tai, kaip planetos mantijoje gali susidaryti gana didelis geležies „gabalas“ ir „nuskęsti“ į jos šerdį, arba surasti kokį nors kitą mechanizmą, kuris paaiškintų, kaip ji skyla į dvi dalis. dalys.
Įkeliama...