Hvorfor avkjøles ikke jordens kjerne? Mysteriet med jordens kjerne: hvor får planeten vår magnetfeltet fra? Hvorfor jordens kjerne

En av de første som antydet at det var en region med økt tetthet i midten av jorden var Henry Cavendish. Han klarte å beregne massen og gjennomsnittlig tetthet til planeten og fastslå at den er betydelig større enn tettheten til bergarter

Jordens kjerne er den sentrale, dypeste delen av jorden, som ligger under planetens mantel.
Den ligger på en dybde på 2900 km. Gjennomsnittlig radius av sfæren er 3,5 tusen km. Temperaturen på overflaten av jordens faste kjerne når 6230±500 K (5960±500°C), i sentrum er tettheten omtrent 12,5 t/m³, trykket er opp til 361 GPa (3,7 millioner atm). Kjernemasse - 1.932·1024 kg. Stoffet som utgjør jordens kjerne, varmes opp av trykk (tyngdekraften).

Det er svært lite informasjon om jordens kjerne, selv det som er tilgjengelig ble oppnådd ved indirekte geofysiske eller geokjemiske metoder. Det er foreløpig ikke mulig å ta prøver av kjernematerialet. Sammensetningen er ikke direkte kjent. Antagelig består den av en jern-nikkel-legering med en blanding av andre siderofile elementer.

Forskere ser ut til å ha en ny forklaring på hvorfor jordens kjerne forblir solid til tross for at temperaturen er høyere enn overflaten til solen. Det viser seg at dette kan skyldes atomarkitekturen til den krystalliserte "ballen" av jern som ligger i sentrum av planeten vår.

Forskere antyder at jordens kjerne kan ha en aldri tidligere sett atomtilstand som gjør at den kan tåle de utrolige temperaturene og trykket som forventes å oppstå i sentrum av planeten vår. Hvis forskerne har rett i denne saken, kan dette bidra til å løse et annet mysterium som har hjemsøkt oss i mange tiår.

Et team av forskere fra Sveriges Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm brukte Triolith – en av landets kraftigste superdatamaskiner – for å simulere en atomprosess som kan skje rundt 6400 kilometer under jordens overflate. Som tilfellet er med alle andre metaller, er jernets atomstrukturer i stand til å endre seg under påvirkning av endringer i temperatur og trykk. Ved romtemperatur og ved normalt trykk er jern i den såkalte kroppssentrerte kubiske (bcc) fasen av krystallgitteret. Under høyt trykk forvandles gitteret til en sekskantet tettpakket fase. Disse begrepene beskriver arrangementet av atomer i krystallgitteret til et metall, som igjen er ansvarlige for dets styrke og andre egenskaper, for eksempel om metallet vil forbli i fast tilstand eller ikke.

Tidligere trodde man at den faste, krystalliserte tilstanden til jern i jordens kjerne forklares med at det er i den sekskantede tettpakkede fasen av krystallgitteret, siden forholdene for bcc er for ustabile her. Ny forskning kan imidlertid tyde på at miljøet i sentrum av planeten vår faktisk herder og fortetter bcc-tilstanden, i stedet for å ødelegge den.

"Under forholdene til jordens kjerne, viser bcc jerngitteret et tidligere enestående mønster av atomdiffusjon. BCC-fasen går etter mottoet "det som ikke dreper meg, gjør meg sterkere." Ustabilitet kan avbryte bcc-fasen ved lave temperaturer, men høye temperaturer øker tvert imot stabiliteten til denne fasen, sier hovedforsker Anatoly Belonoshko.

Som en analogi for den økte aktiviteten til atomer i jern i midten av jorden, siterer Belonoshko en kortstokk med stokkende kort, der atomer (representert av kort) konstant og veldig raskt kan blande seg med hverandre under påvirkning av forhøyet temperatur og trykk , men kortstokken forblir en helhet. Og disse tallene er veldig imponerende: 3,5 millioner ganger høyere enn trykket vi opplever på overflaten, og omtrent 6000 grader Celsius høyere i temperatur.

Data fra superdatamaskinen Triolith viser også at opptil 96 prosent (høyere enn tidligere beregninger) av massen til jordens indre kjerne sannsynligvis er jern. Resten kommer fra nikkel og andre lette elementer.

Et annet mysterium som kan løses av nyere forskning er hvorfor seismiske bølger beveger seg raskere mellom polene i stedet for over ekvator. Dette fenomenet kalles ofte anisotropi. Forskerne sier at oppførselen til bcc-gitteret i jern under de ekstreme forholdene som finnes i midten av jorden kan være tilstrekkelig til å produsere storskala anisotropieffekter, som igjen skaper en annen vei for forskere å utforske i fremtiden.

Det er viktig å merke seg at denne antakelsen er utledet på grunnlag av spesifikke datasimuleringer av de interne dynamiske prosessene til jorden, og basert på andre modeller kan beregningsresultatene variere. Før vi finner ut hvordan vi kan senke de tilsvarende vitenskapelige instrumentene til en slik dybde, vil vi ikke kunne snakke med hundre prosent sikkerhet om riktigheten av beregningene. Og gitt temperaturen og trykket som kan eksistere der, kan det være helt umulig for oss å få direkte bevis på aktiviteten til planetens kjerne.

Og likevel, til tross for utfordringene, er det viktig å fortsette forskning som dette, for når vi først kan lære mer om hva som egentlig skjer inne på planeten vår, vil vi ha en bedre sjanse til å vite hva som kommer videre.

Hvorfor har ikke jordens kjerne kjølt seg ned og holdt seg oppvarmet til en temperatur på omtrent 6000°C i 4,5 milliarder år? Spørsmålet er ekstremt komplekst, som vitenskapen dessuten ikke kan gi et 100% nøyaktig og forståelig svar på. Det er imidlertid objektive grunner til dette.

Overdreven hemmelighold

Det overdrevne, så å si, mysteriet om jordens kjerne er forbundet med to faktorer. For det første vet ingen sikkert hvordan, når og under hvilke omstendigheter den ble dannet - dette skjedde under dannelsen av proto-jorden eller allerede i de tidlige stadiene av eksistensen av den dannede planeten - alt dette er et stort mysterium. For det andre er det absolutt umulig å få prøver fra jordens kjerne - ingen vet med sikkerhet hva den består av. Dessuten er all data vi vet om kjernen samlet inn ved hjelp av indirekte metoder og modeller.

Hvorfor forblir jordens kjerne varm?

For å prøve å forstå hvorfor jordens kjerne ikke kjøles ned over så lang tid, må du først forstå hva som fikk den til å varme opp i utgangspunktet. Det indre av planeten vår, som på alle andre planeter, er heterogent; de representerer relativt klart avgrensede lag med forskjellige tettheter. Men dette var ikke alltid tilfelle: tunge elementer sank sakte ned og dannet den indre og ytre kjernen, mens lette elementer ble tvunget til toppen og dannet mantelen og jordskorpen. Denne prosessen går ekstremt sakte og er ledsaget av frigjøring av varme. Dette var imidlertid ikke hovedårsaken til oppvarmingen. Hele jordens masse presser med enorm kraft på sentrum, og produserer et fenomenalt trykk på omtrent 360 GPa (3,7 millioner atmosfærer), som et resultat av forfallet av langlivede radioaktive elementer inneholdt i jern-silisium-nikkel-kjernen begynte å oppstå, som ble ledsaget av kolossale utslipp av varme .

En ekstra oppvarmingskilde er den kinetiske energien som genereres som et resultat av friksjon mellom forskjellige lag (hvert lag roterer uavhengig av det andre): den indre kjernen med den ytre og den ytre med mantelen.

Det indre av planeten (proporsjonene blir ikke respektert). Friksjonen mellom de tre indre lagene fungerer som en ekstra varmekilde.

Basert på ovenstående kan vi konkludere med at jorden og spesielt dens tarmer er en selvforsynt maskin som varmer seg selv. Men dette kan naturligvis ikke fortsette for alltid: reservene av radioaktive grunnstoffer inne i kjernen forsvinner sakte og det vil ikke lenger være noe for å opprettholde temperaturen.

Det begynner å bli kaldt!

Faktisk har kjøleprosessen allerede begynt for veldig lenge siden, men den går ekstremt sakte – med en brøkdel av en grad per århundre. Ifølge grove anslag vil det gå minst 1 milliard år før kjernen avkjøles fullstendig og kjemiske og andre reaksjoner i den opphører.

Kort svar: Jorden, og spesielt jordens kjerne, er en selvforsynt maskin som varmer seg selv. Hele planetens masse presser på sentrum, produserer fenomenalt trykk og utløser derved prosessen med forfall av radioaktive elementer, som et resultat av at varme frigjøres.

Jeg vil prøve å forklare ved å bruke eksempelet på et basseng.

Den første feilen er at fakta ikke er samlet inn.

De er svært heterogene og grupperer seg selv i systemer i ulik avstand fra det historisk etablerte kunnskapssenteret. Det er det viktigste. Vitenskapen samler ikke fakta i en bolle, den tilpasser bassenget til fakta. Du tenker annerledes og gjør det motsatte, dette er en vrangforestilling, fordi du kaster ut de fakta som uunngåelig vil motsi bassenget ditt, det vil si at du rett og slett ikke ser disse faktaene, du ignorerer dem.

Videre avhenger alt av erkjennelsesstadiet, mange bassenger finnes, de som dekker flertallet av fakta blir akseptert som relativt sanne og blir deretter brukt som relativ kunnskap, som i praksis blir absolutt kunnskap, og fakta som ikke faller i fokus på praksis erklært som en feil, for eksempel 49 %, 30 % osv. til 0 % (dette er en refleksjon av fremdriften til bassengene, noe som er umulig med tankegangen du har). Og du ser bare dette, fordi du blir undervist på denne måten på skolen, at denne kunnskapen er konstant, den er rett og slett et trekk ved undervisningsmetoden, du blir, grovt sett, konstant lurt, og sier at denne kunnskapen er absolutt, og vitenskap generelt sier at denne kunnskapen er relativ, dette er normalt, fordi det er slik hjernen vår fungerer, den kunne ikke lære ellers, det er ikke vitenskapen som er ufullkommen, men hjernen vår er ufullkommen. Og bare i en snever spesialisering begynner hjernen å tenke i abstrakte vitenskapelige konsepter, dette er spesialistene, dette er akkurat det jeg snakket om ovenfor.

Men dette er praksis, og den vitenskapelige teorien som vi snakker om finner gradvis flere og flere nye bassenger, finner den siste, som inneholder ALLE fakta fra en gitt gruppe på en viss avstand, før dette ble bassengene kalt hypoteser, og denne megacoxa kalles en teori (dette er en gammel klassifisering, i dag er alt hypoteser), og viktigst av alt, den forutsier ALLE nye fakta som dukker opp i en bestemt gruppe, på en viss avstand.

I dag er vi i megabassengstadiet på de fleste kunnskapsområder, og det du nevner er gamle kummer som ikke lenger trengs fordi de er ineffektive, det vil si at det ikke er fakta som forkastes, men kummene.

Nå videre, så snart vi forsto en gruppe fakta, begynte vi å se en annen gruppe fakta, som klynger seg på større avstand enn kunnskapssenteret og som vi rett og slett ikke kunne måle og se før og bygget hypoteser om dem basert på faktaene som lå til grunn på grensene, det vil si at det var en masse bassenger uten praksis, som var mer eller mindre dekket av et sett med indirekte fakta som fulgte av fakta som grenset til observasjon. Inntil et basseng dukket opp som ville forklare dem alle, alle de indirekte fakta som vi ikke kan se, men vi kan se deres forhold både med fakta kjent for oss før, og med hverandre. Dette bassenget kan fullstendig motsi det forrige megabassenget, siden på grunn av avstanden er lovene som grupperer faktagrupper alltid forskjellige, noen ganger motsatte.

Dette er for eksempel teoriene til Newton (megacoxa) og Einstein (ny indirekte megacoxa), de er motsatte og samtidig objektive. Gradvis, på grunn av fremgang i den ofte parallelle kunnskapsretningen, begynner vi allerede å se direkte fakta, og ikke indirekte fakta, det vil si at grensen for hva som observeres vokser, og hvis du er klar, så er ALT i generell relativitet. eksperimentelt bekreftet i dag, så snart et verktøy dukker opp som kan gjøre dette bekrefte, det vil si et observert og ikke et indirekte faktum.

Denne syklusen er uendelig, dette er nøkkelen til effektiviteten til den vitenskapelige metoden for erkjennelse, hvis vi ikke ser et faktum og ikke kan finne det indirekte, så ser vi ikke engang i retningen og bekymrer oss ikke, siden det i praksis er umulig å bruke det. Dette er forskjellig fra tro, når et slikt faktum er oppfunnet. Det vil si at på spørsmålet om det finnes en Gud, sier vitenskapen jeg vet ikke i teorien, men i praksis sier den nei, men dette er relativ kunnskap, så snart det oppstår et faktum i et visst kunnskapsfelt, vil vi revurdere alt fullstendig.

Et annet viktig aspekt er prediktivt, hvis et nytt faktum dukker opp i en gruppe fakta som allerede var inkludert i en godt studert gruppe fakta på en viss avstand, som allerede har dekket megacoxa, blir teorien erklært ugyldig og vitenskapen endres fullstendig , den gamle megacoxaen kastes ut, men ikke det er et gammelt kassert vanlig basseng, som beseiret megabassenget, siden det ikke samsvarer med mange eldre fakta, og det lages et nytt basseng, som kan ligne de gamle bassengene og ikke-spesialister begynner å rope at vitenskapen selv ikke vet hva den vil og all vitenskapelig kunnskap er tull og vitenskapsmenn De lyver alltid. Dette er også en feil på grunn av det faktum at vi tenker i analogier, vi tenker i likheter, det er slik nevrale kretsløp er bygget opp.

Men vi vet ikke at disse nye fakta innenfor en kjent gruppe av fakta er en del av en ny gruppe av fakta og så å si toppen av isfjellet eller en del av den gamle gruppen.

Det første tilfellet er generell relativitet, det andre tilfellet er for eksempel evolusjonsteorien.

Det er derfor vi i teorien alltid sier at vi ikke vet noe, vi vet ikke om Newton eller Darwin har rett, men i praksis sier vi at ja, de har rett og objektive og det er akkurat det som læres på skolen , som forvirrer eleven enda mer. For de fant en haug med fakta som motbeviser både Newton og Darwin, men de viste seg å være fra en annen gruppe fakta, hovedsakelig på grensen mellom dem. Dette kalles avklaring av teorien, for eksempel er Darwins en syntetisk evolusjonsteori, teorien om punctuated likevekt og den moderne evolusjonsteorien, der det er arv av ervervede egenskaper osv., hva alle de tidligere benektet og nektet med rette, skalaen var ganske enkelt annerledes.

MOSKVA, 12. februar - RIA Novosti. Amerikanske geologer sier at jordens indre kjerne ikke kunne ha oppstått for 4,2 milliarder år siden i den formen som forskere forestiller seg i dag, siden dette er umulig fra et fysikksynspunkt, ifølge en artikkel publisert i tidsskriftet EPS Letters .

"Hvis kjernen til den unge jorden bestod utelukkende av ren, homogen væske, så burde den indre kjernen i prinsippet ikke eksistere, siden denne materie ikke kunne avkjøles til temperaturene som dens dannelse var mulig ved. Følgelig kan kjernen i dette tilfellet være heterogen sammensetning, og spørsmålet oppstår om hvordan det ble slik.Dette er paradokset vi oppdaget, sier James Van Orman fra Case Western Reserve University i Cleveland (USA).

I den fjerne fortiden var jordens kjerne fullstendig flytende, og bestod ikke av to eller tre, som noen geologer nå foreslår, lag – en indre metallisk kjerne og en omgivende smelte av jern og lettere grunnstoffer.

I denne tilstanden ble kjernen raskt avkjølt og mistet energi, noe som førte til en svekkelse av magnetfeltet den genererte. Etter en tid nådde denne prosessen et visst kritisk punkt, og den sentrale delen av kjernen "frøs" og ble til en solid metallkjerne, som ble ledsaget av en økning og økning i styrken til magnetfeltet.

Tidspunktet for denne overgangen er ekstremt viktig for geologer, siden det lar oss grovt anslå med hvilken hastighet jordens kjerne avkjøles i dag og hvor lenge det magnetiske "skjoldet" til planeten vår vil vare, og beskytte oss mot virkningen av kosmiske stråler, og jordens atmosfære fra solvinden.

Geologer har oppdaget hva som snur jordens magnetiske polerSveitsiske og danske geologer mener at de magnetiske polene med jevne mellomrom bytter plass på grunn av uvanlige bølger inne i planetens flytende kjerne, og med jevne mellomrom omorganiserer dens magnetiske struktur når den beveger seg fra ekvator til polene.

Nå, som Van Orman bemerker, tror de fleste forskere at dette skjedde i de første øyeblikkene av jordens liv på grunn av et fenomen, en analog av dette kan finnes i planetens atmosfære eller i brusmaskiner i fastfood-restauranter.

Fysikere har lenge oppdaget at noen væsker, inkludert vann, forblir flytende ved temperaturer merkbart under frysepunktet, hvis det ikke er urenheter, mikroskopiske iskrystaller eller kraftige vibrasjoner inni. Hvis du rister den lett eller slipper en flekk støv ned i den, fryser en slik væske nesten umiddelbart.

Noe lignende skjedde ifølge geologer for rundt 4,2 milliarder år siden inne i jordens kjerne, da en del av den plutselig krystalliserte seg. Van Orman og hans kolleger prøvde å reprodusere denne prosessen ved å bruke datamodeller av planetens indre.

Disse beregningene viste uventet at jordens indre kjerne ikke burde eksistere. Det viste seg at prosessen med krystallisering av bergartene er veldig forskjellig fra måten vann og andre superkjølte væsker oppfører seg på - dette krever en enorm temperaturforskjell, mer enn tusen kelvin, og den imponerende størrelsen til et "støvkorn", hvis diameter skal være ca 20-45 kilometer.

Som et resultat er to scenarier mest sannsynlige - enten skulle planetens kjerne ha frosset helt, eller den skulle fortsatt ha holdt seg helt flytende. Begge er usanne, siden jorden har en indre fast og ytre flytende kjerne.

Med andre ord har forskerne ennå ikke svar på dette spørsmålet. Van Orman og kollegene hans inviterer alle geologer på jorden til å tenke på hvordan et ganske stort "stykke" jern kan dannes i planetens mantel og "synke" inn i dens kjerne, eller å finne en annen mekanisme som kan forklare hvordan den deler seg i to deler.