Ученые: внутреннее ядро Земли не должно существовать. Почему ядро Земли имеет высокую температуру? Почему ядро земли горячее и не остывает

Земля уже существует 4 миллиарда 600 миллионов лет. Долгое время, и все же, по какой-то причине, её поверхность не остыла и до сих пор удивляет активностью. Внутренности многих планет остаются горячими из-за ядерных реакций, а точнее радиогенных процессов. В случае Земли это в основном распады изотопов урана, тория и калия.

Как быстро камень может остыть? Даже если он достаточно процветающий, скажем, размером с планету?

Миллионов, не говоря уже о миллиардах лет, должно быть более чем достаточно, чтобы полностью охладить и укрепить его. Это вызвано нашей интуицией, поддерживаемой вторым непобедимым законом термодинамики. Мы все знаем, что каждое тело отдает тепло своему окружению, и каждый костер должен когда-нибудь погаснуть. Тем не менее, несмотря на здравый смысл, «вечное тепло», похоже, царит глубоко под поверхностью земной коры. Итак, давайте посмотрим на саму суть нашей планеты.

Никель-железный шар диаметром 7 тыс. километров, объединяющий почти 1/3 массы всего земного шара, остается постоянно освещенным до температуры свыше 5,5 тыс. С. Через 4,6 миллиарда лет внутренняя часть нашей планеты все еще генерирует густые тераватты энергии и горит немного меньше, чем поверхность Солнца. И пусть не будет никаких сомнений, что тепло от мантии и ядра протекает максимально, даже в процессе конвекции.

Расплавленное вещество под нашими ногами неутомимо поднимается, отдавая часть температуры, затем сгущается и снова начинает падать к центру. Однако это не относится к самому внутреннему ядру. Несмотря на огромные температуры достаточных для плавного плавления любого металла, давление удерживает их в форме твердого вещества.

Казалось бы, обычно такой процесс давно должен был охладить наш мир и привести к его геологической гибели. Возможно ли, что планеты просто так медленно теряют энергию, которая все еще получается в процессе их бурного рождения? Оказывается, что... да. Хотя это было бы невозможно без помощи собственного автономного источника энергии в форме ядерных реакций. Пусть не будет недопонимания (с чем я столкнулся): речь идет не о термоядерных процессах, то есть о слиянии атомных ядер, типичном для звездных внутренностей.

Планеты не имеют достаточной массы (или в нашем случае достаточного количества топлива), чтобы обеспечить необходимые условия для поддержания синтеза. Однако у нас есть примеси тяжелых радиоактивных изотопов, которые легко подвергаются самопроизвольному распаду, что сопровождается выделением определенных порций энергии.

Любознательные читатели могут задаться вопросом, откуда, черт возьми, мы знаем о ядерных реакциях, происходящих совершенно за пределами нашего поля зрения. Действительно, это довольно необычно, потому что большая часть современных геологических моделей была создана с использованием нейтринных детекторов, а точнее электронных антинейтрино. Чаще всего мы связываем эти крошечные проникающие частицы с космическими источниками (например, солнечными нейтрино), но их излучение сопровождает многие физические явления, особенно отдельные ядерные распады.

В 2005 году команда японского детектора KamLand начала ловить те геонейтрино, на основании которых они сделали тщательную оценку явлений, происходящих внутри Земли. Согласно существующей модели, ядерные распады генерируют до 20 тераватт энергии, причем около 40% этого значения приходится на распад урана-238, еще 40% - на распад тория-232 и 20% - на распад калия-40.

Следует отметить еще два факта

Прежде всего, наши теории о тепловом балансе Земли не являются полными и все еще оставляют место для обсуждения. Радиоактивность - мощная сила, но, вероятно, не ответственная за всю произведенную энергию. Во-вторых, распады изотопов происходят в мантии нашей планеты, но не в ядре. По мнению физиков и геологов, уран, торий и калий практически отсутствуют в самом ядре Земли, поэтому все радиогенное тепло должно подниматься немного выше.

Так каков правильный ответ на заглавный вопрос?

Кажется, что ядро фактически горит исходным теплом, которое является реликтом после рождения планеты. Тем не менее, оно не остыло, потому что оно остается завернутым в толстый слой расплавленных пород, постоянно нагреваемых ядерными распадами. Поэтому мантию можно рассматривать здесь даже не как обычное одеяло, а как электрическое одеяло с собственным источником нагрева.

Означает ли все это, что Земля никогда не замерзнет?

Конечно нет, но процесс охлаждения её интерьера невероятно медленный. Учитывая скорость тепловыделения и все остальное, ядру понадобится от 55 до 90 миллиардов лет, чтобы полностью затвердеть. Потому что высокая температура и конвекционные движения миллиардов тонн расплавленного железа являются условием существования магнитосферы Земли.

МОСКВА, 12 фев - РИА Новости . Американские геологи заявляют, что внутреннее ядро Земли не могло возникнуть 4,2 миллиарда лет Земли в том виде, в котором его себе представляют ученые сегодня, так как это невозможно с точки зрения физики, говорится в статье, опубликованной в журнале EPS Letters.

"Если ядро юной Земли полностью состояло из чистой, однородной жидкости, то тогда внутреннее ядрышко не должно существовать в принципе, так как эта материя не могла охладиться до тех температур, при которых его формирование было возможно. Соответственно, в таком случае ядро может быть неоднородным по составу, и возникает вопрос, как оно стало таким. В этом заключается открытый нами парадокс", — рассказывает Джеймс ван Орман (James Van Orman) из университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде (США).

В далеком прошлом ядро Земли было полностью жидким, а не состояло не из двух или трех, как сегодня предполагают некоторые геологи, слоев - внутреннего металлического ядра и окружающего его расплава из железа и более легких элементов.

В таком состоянии ядро быстро охлаждалось и теряло энергию, что приводило ослаблению вырабатываемого им магнитного поля. Через некоторое время этот процесс достиг некой критической точки, и центральная часть ядра "заморозилась", превратившись в твердое металлическое ядрышко, что сопровождалось всплеском и ростом в силе магнитного поля.

Время это перехода крайне важно для геологов, так как оно позволяет примерно оценить, с какой скоростью ядро Земли остывает сегодня и как долго просуществует магнитный "щит" нашей планеты, защищающий нас от действия космических лучей, а атмосферу Земли - от солнечного ветра.

Сейчас, как отмечает Ван Орман, большинство ученых считает, что это произошло в первые мгновения жизни Земли благодаря феномену, аналог которого можно встретить в атмосфере планеты или в газировочных автоматах в ресторанах быстрого питания.

Физики достаточно давно обнаружили, что некоторые жидкости, в том числе вода, остаются жидкими при температурах, заметно меньших точки замерзания, если внутри нет примесей, микроскопических кристалликов льда или мощных колебаний. Если ее легко взболтать или опустить в нее пылинку, то тогда такая жидкость почти мгновенно замерзает.

Нечто похожее, по мнению геологов, произошло примерно 4,2 миллиарда лет назад внутри ядра Земли, когда часть его внезапно кристаллизовалась. Ван Орман и его коллеги попытались воспроизвести этот процесс, используя компьютерные модели недр планеты.

Эти расчеты неожиданно показали, что внутреннее ядро Земли не должно существовать. Оказалось, что процесс кристаллизации его пород сильно отличается от того, как ведут себя вода и прочие сверхохлажденные жидкости — для этого требуется огромная разница температур, больше тысячи кельвинов, и внушительные размеры "пылинки", чей диаметр должен составлять около 20-45 километров.

В результате чего наиболее вероятны два сценария - или ядро планеты должно было замерзнуть полностью, или же оно до сих пор должно было остаться полностью жидким. И то, и другое не соответствует действительности, так как у Земли действительно есть внутреннее твердое и внешнее жидкое ядро.

Иными словами, ответа на этот вопрос у ученых пока нет. Ван Орман и его коллеги предлагают всем геологам Земли задуматься, как достаточно крупный "кусок" железа мог сформироваться в мантии планеты и "утонуть" в ее ядре, или найти какой-то другой механизм, который бы объяснял, как оно разделилось на две части.

Одним из первых, кто предположил, что в центре Земли существует область повышенной плотности, был Генри Кавендиш. Ему удалось высчитать массу и среднюю плотность планеты и установить, что она значительно больше, чем плотность у пород

Ядро Земли является центральной, наиболее глубокой частью Земли, расположенной под мантией планеты.
Оно залегает на глубине 2900 км. Средний радиус сферы составляет 3,5 тыс. км. Температура на поверхности твердого ядра Земли достигает 6230±500 K (5960±500°C), в центре плотность составляет около 12,5 т/м³, давление – до 361 ГПа (3,7 млн атм). Масса ядра - 1,932·1024 кг. Вещество, из которого состоит ядро Земли, разогревает давление (гравитация).

Одним из первых, кто предположил, что в центре Земли существует область повышенной плотности, был Генри Кавендиш. Ему удалось высчитать массу и среднюю плотность планеты и установить, что она значительно больше, чем плотность у пород, которые выходят на земную поверхность.

Информации о ядре Земли очень мало, даже та, что имеется, получена косвенными геофизическими или геохимическими методами. Пока не представляется возможным взять образцы вещества ядра. Его состав непосредственно неизвестен. Предположительно он состоит из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов.

Я попытаюсь объяснить на примере с тазиком.

Первая ошибка - факты не собираются.

Они очень разнородны и сами кучкуются в системы на разном расстоянии от исторически сложившегося центра познания. Это самое важное. Наука не собирает факты под тазик, она тазик подстраивает под факты. Вы думаете по другому и делаете наоборот, это и есть заблуждение, поскольку выкидываете те факты, которые будут неизбежно противоречить Вашему тазику, то есть просто не видите этих фактов, игнорируете их.

Далее все зависит от стадии познания, находят множество тазиков, те, которые накрывают большинство фактов - принимаются как относительно верные и в дальнейшем используются как относительное знание, которое на практике становится абсолютным знанием, а факты, которые не попадают, внимание на практике объявляются погрешностью, например в 49%, 30% и т.д. до 0% (это отражение прогресса тазиков, что невозможно при том мышлении, которое есть у Вас). И Вы видите только это, потому, что Вас так учат в школе, что эти знания константа, это просто особенность метода обучения, Вас грубо говоря постоянно обманывают, говоря то, что это знание абсолютно, а наука вообще говорит, что это знание относительно, это нормально, поскольку так устроен наш мозг, он иначе не мог бы обучаться, не наука несовершенна, а наш мозг несовершенен. И только в узкой специализации мозг начинает мыслить абстрактными научными понятиями, это и есть специалисты, именно об этом я выше говорил.

Но это практика, а научная теория, о которой мы говорим постепенно находя все новые тазики, находит последний, в который вмещаются ВСЕ факты из данной группы на определенном расстоянии, до этого тазики обзывались гипотезами, а этот мегатазик, обзывается теорией (это старая классификация, сегодня всё гипотезы), и что самое главное, он предсказывает ВСЕ новые факты, которые появляются в определенной группе, в определенном расстоянии.

Вот в стадии мегатазика мы сегодня находимся по большинству направлений познания и то, что Вы приводите - это старые тазики, который больше не нужны, поскольку они неэффективны, то есть отбрасываются не факты, а тазики.

Теперь дальше, как только мы осмыслили одну группу фактов, у нас начала виднеться другая группа фактов, которая кучкуются на более далёком расстоянии, чем центр познания и которые мы просто не могли измерить и увидеть до этого и строили гипотезы о них на основе фактов, лежащих на границах, то есть была масса тазиков без практики, которые в большей или меньшей степени накрывала совокупность косвенных фактов, которые следовали из граничных для наблюдения фактов. Пока не появлялся тазик, который объяснял бы их все, все косвенные факты, которых мы не можем увидеть, но можем увидеть их взаимосвязь как с известными нам до этого фактами, так и между собой. Этот тазик может полностью противоречить предыдущему мегатазику, так как из-за расстояния, законы, по которым кучкуются группы фактов всегда разные, иногда противоположные.

Это например теории Ньютона (мегатазик) и Энштейна (новый косвенный мегатазик), они противоположны и при этом объективны. Постепенно из-за прогресса в зачастую параллельном направлении познания, мы уже начинаем видеть прямые факты, а не косвенные факты, то есть граница наблюдаемого растет и если Вы в курсе, то ВСЕ в ОТО экспериментально сегодня подтверждается, как только появляется инструмент, который может это подтвердить, то есть наблюдаемый, а не косвенный факт.

Этот цикл бесконечный, в этом залог эффективности научного метода познания, если мы не видим факт и не можем его косвенно найти, то мы даже и не смотрим в его сторону и не паримся, поскольку на практике его невозможно использовать. В этом отличие от веры, когда такой факт придумывается. То есть на вопрос есть ли бог, наука говорит не знаю в теории, а на практике говорит - нет, но это относительное знание, как только возникнет факт в известной области познания, то мы полностью все пересмотрим.

Ещё важный аспект - это предсказательный, если появится новый факт в группе фактов, которые были уже входит в хорошо изученную группу фактов на определенном расстоянии, который уже накрыл мегатазик, то теория объявляется неработающей и наука полностью меняется, старый мегатазик выкидывается, но при этом не находится старый выкинутый обычный тазик, который победил мегатазик, поскольку он не соответствует множеству более старых фактов, а делается новый тазик, который может быть ПОХОЖИМ на старые тазики и неспециалисты начинают кричать, что наука сама не знает чего хочет и все научные знания фуфло и учёные всегда врут. Это тоже ошибка из-за того, что мы мыслим аналогиями, мыслим похожестями, так устроены нейронные цепи.

Но мы не знаем эти новые факты внутри известной группы фактов являются частью новой группы фактов и так сказать вершиной айсберга или частью старой группы.

Первый случай - это ОТО, второй случай - это например теория эволюции.

Именно поэтому мы в теории всегда говорим, что мы не знаем ничего, мы не знаем прав ли Ньютон или Дарвин, но на практике мы говорим, что да, они правы и объективны и именно это преподается в школе, что ещё больше запутывает школьника. Поскольку нашли кучу фактов, опровергающих как Ньютона, так и Дарвина, но они оказались из другой группы фактов, в основном на границе между ними. Это называется уточнение теории, например у Дарвина - это синтетическая теория эволюции, теория прерывистого равновесия и современная теория эволюции, в которой есть наследование приобретенных признаков и т.д., то что все предыдущие отрицали и отрицали справедливо, маштабах был просто другой.