29 октября 2020, четверг, 06:07
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

28 августа 2020, 15:00

Возраст внутреннего ядра

Структура Земли
Структура Земли
NASA

Согласно исследованию, проведенному учеными Техасского университета Института Карнеги, возраст внутреннего ядра нашей планеты составляет от 1 до 1,3 миллиарда лет.

Ядро Земли состоит преимущественно из никеля и железа и разделяется на расплавленное внешнее ядро толщиной около 2200 километров, переходную зону и твердое внутреннее ядро, радиус которого — примерно 1300 километров. Температура внутреннего ядра — около 6000 кельвинов, тогда как наружное имеет температуру 3800 кельвинов.

Разделение ядра Земли на внутреннее и внешнее было впервые обнаружено датским геофизиком Инге Леманн в 1936 году, когда она исследовала особенности распространения поперечных сейсмических волн (P-волн) от сильного землетрясения 1929 года с эпицентром в новозеландском городе Мерчисон. Леманн обнаружила так называемую теневую зону, где сейсмографы не регистрировали Р-волны землетрясения из-за их преломления на границе внешнего и внутреннего ядра.

С динамическими процессами вблизи границы между внутренним и внешним ядром связан эффект «магнитного динамо», при котором благодаря движению жидких масс генерируется магнитное поле Земли. Движения электропроводящей жидкости, которой и является наружная часть ядра, порождают магнитное поле Земли. Движения в ней складываются из двух составляющих.

Во-первых, это конвекция жидкости, происходящая из-за разности температур на границе с твердой частью ядра и на границе с мантией. Жидкость нагревается на границе с твердой фазой ядра, поднимается вверх, к мантии, там остывает и опускается вниз. Помимо тепловой конвекции, существует и композиционная, при которой легкие элементы выделяются на границе твердого ядра и поднимаются вверх через жидкое.

Вторая составляющая движения в жидкой фазе ядра — сила Кориолиса, возникающая из-за вращения Земли вокруг своей оси. Поэтому в своем движении материя внешнего ядра, формирует петли. Теорема о циркуляции магнитного поля (четвертое уравнение Максвелла) показывает, что такие петли электрического тока порождают магнитное поле. Изменения этого магнитного поля по закону индукции Фарадея (третье уравнение Максвелла) порождают электрическое поле. Эти электрическое и магнитное поля совместно действуют на частицы (электрическое — на любые, магнитное — только на движущиеся) силой Лоренца, ускоряя по второму закону Ньютона их движение, и возникает петля положительной обратной связи. Если бы этого явления не существовало, Земля лишилась бы магнитосферы, а значит, и защиты от космического излучения.

Одной из ключевых характеристик формирования «магнитного динамо» служит теплопроводность железа в ядре. От ее величины зависит и возможный возраст внутреннего ядра. Раньше ученые полагали, что эта теплопроводность сравнительно низка, и из этого следовало, что внутреннее ядро сформировалось давно. Но постепенно оценка теплопроводности железа в условиях ядра повышалась, и это значило, что внутреннее ядро моложе, чем думали. Предполагалось, что внутреннее ядро затвердело лишь 565 миллионов лет назад. Но в таком случае становилось непонятным, как до этого момента существовало магнитное поле планеты, ведь в работе геомагнитного динамо играет важную роль внутреннее ядро, запускающее композиционную конвекцию. До его формирования, была возможна лишь тепловая конвекция, но чтобы на ее основе генерировалось магнитное поле, материал жидкого ядра должен был в течение миллиардов лет находиться при нереально высокой температуре.

Пытаясь объяснить это противоречие, профессор Юн Фу Линь (Jung-Fu Lin) из Техасского университета и его коллеги экспериментально оценили теплопроводность железа под огромным давлением и при температуре, сравнимой с температурой Солнца. Они сжимали образец железа между двумя алмазными наковальнями, достигнув давления около 170 гигапаскалей, и воздействовали на него лазером. Температура образца поднималась до 3000 кельвинов. Измеренная теплопроводность оказалась на 30–50 % меньше, чем ожидания в модели «молодого ядра». Это позволило ученым уточнить возраст внутреннего ядра. Ему оказалось не 565 миллионов лет, а 1–1,3 миллиарда. Магнитные материалы в породах, соответствующих этому периоду, подтверждают такой вывод, поскольку демонстрируют повышение напряженности магнитного поля. Оно произошло из-за того, что после образования твердого внутреннего ядра к тепловой конвекции добавилась композиционная, и это усилило работу «магнитного динамо». Теперь оба типа конвекции играют в этом процессе приблизительно равную роль.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.