Brown & Mussett The Inaccessible Earth 06 Chapter (1119259)
Текст из файла
6. Земное ядро бЛ. Проблемы, связанные е ядром. До сих пор мы излагали принципы, которые должны направлять формирование наших представлений о внутреннем устройстве Земля. 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, н что оио состоит из двух частей. "твердого внутреннего ядра, окруженного жидким внешним. Какие же проблемы надо рапить7 Прежде всего полезно определить состав внутреннего и внешнего ядра и, таким образом, установить, почему внутреннее ядро является твердым, несмотря на его предположательио более высокую температуру по сравнению с внешним ядром. Сведения, име1ощие отношение к решению этих проблем, поступают из нескольких источннков.
В гл. 3 выведена плотность ядра; теперь надо подобрать подходящий состав, который при высоком давления обладал бы установленной плотностью. В гл. 4 и 5 представлена хондрятовая модель Земли и высказано предположение, что в целом валовой состав Земли, повидимому, близок к составу метеоритов-хондритоа Разд. 5.3 был посвящен обсуждению того, как химические элементы после аккрецни разделились на группы по своим злектрохимическим свойствам. 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 Земле, которое, как будет показано ниже, генерируется во внешнем ядре по принципу )заботы динамо-машяны, приводимой в движение перемещением жидкости. Для этого требуется в свою очередь какой-то источник энергии. Таким образом, состав внутреннего и внешнего ядра в любой модели должен быль таким, чтобы 1) он согласовался с известнымн значениями плотности и геохимическими законами; 2) распределение температур позволяло внутреннему ядру быть твердым, а внешнему-жидким; 3) имелся источник энергии, достаточной для генерации магнитного полк Наиболее простая модель, постулированная в 1953 г. Джейкобсом 1107), показывает химически однородное ядро, состожцее из вещества, температура плавления которого возрастает с глубиной вследствие повышения давления быстрее, чем действительная температура Эта обстановка показана на рнс, 6.1,а: температура плавлении падает на граннце мантии и ядра в результате перехода от вещества преимущественно силикатного состава к веществу, богатому железом.
Прн 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 вплоть до 1971 г., когда было высказано предположение, что температурный градиент в ядре должен быть по меньшей мере адиабатическнм: иначе не будет поддерживаться конвекция, необходимая для возбуждения магнитного поля б.
ЗЕМПОЕ ЯДРО 111 ф й я и и и и и С и Ф Глубииа — ! А — 2 В Глубииа — — — 1 2 (б) (л) (разд. 6.2). Хиггинс и Кеннеди [!031 рассчитали, что адиабата будет круче, чем кривая .температуры плавления (рис. 6.1,6). Другими словами, ранние оценки температурных изменений в ядре (кривая В) были субадиабатическими, а кривая А отображав~ минимальный температурный градиент, необходимый для существования тепловой конвекции в ядре. Однако взаимное положение кривой температуры плавления для однородного Глубина — — — 1 2 (в) Рис 6.1.
С'хематичсские изображения возможных зввисимосзей между температурным гралиегпом и температурой плавления, использованными лля обьяснения существования твердо1о внутреннего и жидкого внешнего ядра. Во всех случаях .килкое состояние- светлое, а твердое. земное, и — химически одноролное ядро с произволыго выбранным температурным гра.)иентом. ! -)емпсратурпый градиент; 2 кривая ~емпературы плавления; б-схема, показываюп)ая, что химически однородное ядра не может пмеп. алиабагичсского температурного градиента. и ч1обы при згом твердая внугренияя область в нем была окружена жидкостью.
l адиабагический 1смпературный )ра/гиент: 2— субадиабатнческий гемпсратурный гралиснт; 3 кривая температуры плавления; л- наиболее вероя1ная обстановка; смена вещес1венного состава и температуры плавления на 1раниле внешнего н внутреннего ядра. ! вогможный температурный градиент, 2 кривая темпера)уры плавления. 113 б. зямнОе ЯДРО ! ! / / / !'! ! !!'!, ! / / / / / ! / / / ! Ъ / / / ! ! !!/ !!! ! ! ! Ъ / °, ! / / Рвс. 6.2.
В первом првблвпеавв магнитное поле Земли похоже ае воле сильного стержневого магната, яаходжцегсса в центре Земли. Стрелка показывают направление силовых линий. Угол пересечение такой линия с земной поверхностью аазмвеетсх ваклеигнегм магнитного поля. Таким образом, ва экваторе вакловевве равно 0', а у магвнтвых цслюсое лаваля-90'. мдра я кривой А мено показывает, что внутреннее ядро должно быль жидким, а внешнее-твердым в противовес тому, что набяюдаетсм в действительности.
Здесь препяее представление об однородном вдре охазалось несостоятельным и было отброшено; более веромтнам ситуашгм изображена на рис. 6.1,е. Показашпш там схема соответствует представлению, что внутреннее и внешнее мдро иммет, по-видимому, различный химический состав и тем самым разные температуры плавления, Если внутреннее мдро твердое потому, что оно имеет более высокую температуру плавлеиим, то'аднабатическнй температурный градиент требуетсм только в жидком внешнем мдре. Позднее будет высказано предположение, сделанное на основании данных о плотности, что внутреннее мдро содержит значительное колнчеспю ннкелм, тогда как во внешнем мдре железо растворено с серой, и это сально понижает точку плавления.
Кроме того, будет показано, что необходимая дла конвекдии, а значит, и длм возбужденна мапппиого поля энергям получестсм либо в результате радиоактивного распада леК, растворенного вместе с серой во внешнем мдре, либо, в ином варианте, в результате выделения железо-никелевого сплава н образованим из него внутреннего ядра, что эквивалентно осаждению более плотной фазы с соответствующим выделением гравитационной энергии. В обоих случаях температуряый градиент в направлении поперек внешнего ядра блнзок, веромтно, к аднабатическому, и зто условие можно использовать как ограничение длм предполагаемых значений температуры в ядре и длм возможного оттока тепла из ядра в мантшо. 6.2. Мвпнппее воле Земля н проблема нсточввпов зверпш. 62.1. Олвсаиве ггомагнив!- ного лола. Большянсгво людей считают магнитное поле Земли просто свойством, нолезным длм навнпшии, Те, кто помнит школьные опыты с железными опилками, могут представить себе, что земное поле очень похоже на поле стержневого магнита, И действительно, в довольно точном приближении магнитное поле на поверхности Земли напоминает воле сильного стержневого магнита (т.е.
дамолм), находящегося в центре Земли я ориентированного грубо вдоль ее оси вращеппм (рис. 62). Поскольку земное ядро состоит, веромтно, в основном из железа, можно было бы подумать, что твердое внутрен- б. ЗБМНОБ ЯДРО 113 нее ядро действует как постоянный магнит. Однако вопрос этот оказывается не столь простым по нескольким причинам, которые излагаютсв вжие. а) Температура ядра несомненно выше нммнерашуры Кюри при вимом давленви для всех известных магнитных сплавов или минералов. Выше этой температуры (обычно 500-800'С) твердые материалы теряют свою постоянную намаппаченносп б) Хотя поле Земли приблизительно соответствует полю диполя, имеются и значительные расхождения.
Как впервые показал Гаусс (около 1835 г.), существует маше нединольнал составапощая„которая включает, по-видимому, случайное сочетание мвопп максимумов и минимумов для амплитуд этой компоненты. Неднпольное поле можно было бы интерпретировать как результат действия постоянного магнита с неоднородной намагниченностью, однако зто опровергается следующей группой данных. в) Как двпольная, так и недипольная составные части магнитного поля Земли со временем меняются в пространстве н по интенсивности. Совокупность всех зтпх изменений, происходящих в масштабе времени от десятков до тысач (и даже до миллнонов) лет, известна как яекоаме еарианнн магнитного поля. Например, направление мапштвого поля относнтельно географических коордвнат медленно меняется, так что штурманы морских и воздушных кораблей долвшы вносить поправки в показания компаса. Поправка, называемая склонением (рис.
6.3), относится к условно горизонтально установленной стрелке компаса и сввзана только с горизонтальной составляющей магнитного поля. Однако меняется и наклонения (т.е. угол пересечения силовых линий с поверхностью; см. рис. 6.2), измеряемое с помощью магнитной стрелки, которая может менять свой наклон в вертикальной плоскости.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
