Суб'ядро

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Модель внутрішньої будови планети Земля
Внутрішнє ядро позначене цифрою 6

Суб'ядро (англ. sub-core, inner core, lower core; нім. Innererkern m, innerer Kern m, Kern m) — внутрішня частина ядра Землі з радіусом близько 1,3 тис. км. Суб'ядро, ймовірно, тверде, густина речовини всередині суб'ядра досягає 12,5 т/м³, маса — 106 х 1021 кг, об'єм 8,6 х 1018 м³. Гіпотетично внутрішнє ядро складається із залізо-нікелевого сплаву.

Існування внутрішнього ядра Землі обґрунтувала у 1936 році данський геофізик Інге Леманн[1].

Внутрішнє ядро поступово зростає за рахунок кристалізації речовини зовнішнього ядра при остиганні Землі. Температура зменшується приблизно на 100 °C за 1 млрд років. Кристалізація суб'ядра почалася 1-1,5 млрд років тому.

Відкриття[ред. | ред. код]

Розповсюдження P-хвиль всередині Землі

Існує два основних типа хвиль, що виникають під час землетрусів — P-хвилі (повздовжні) і S-хвилі (поперечні). P-хвилі проходять через тверді тіла, рідини і гази (наприклад, звичайні звукові хвилі є повздовжними), тоді як S-хвилі можуть розповсюджуватись лише у твердих тілах, оскільки модуль зсуву у рідинах і газах дорівнює нулю[2].

У 1913 році Бено Гутенберг, аналізуючи розповсюдження сейсмічних хвиль, показав, що ядро Землі, починаючи з глибини 2880 кілометрів, рідке[3].

У 1930-х роках Інге Леманн, данська геофізикиня, аналізуючи сейсмічні хвилі від землетрусу 1929 року у Новій Зеландії, помітила, що сейсмографічні станції у Іркутську і Свердловську зафіксували значно сильніші поштовхи, ніж це очікувалось би. Для пояснення цього факту вона розробила нову трикомпонентну модель будови Землі, що включала ще одне, тверде, ядро всередині рідкого, і опублікувала її в 1936 році в статті під назвою «P′». Лише у 1970-х роках були отримані додаткові дані, що повністю підтвердили теорію Леманн, а лінія розділення між зовнішнім та внутрішнім ядром на її честь отримала назву межа Леманн[4].

Хоча сейсмологічні дані явно вказували, що внутрішнє ядро існує, те що воно дійсно тверде вдалося остаточно довести лише у 2018 році, показавши, що S-хвилі дійсно проходять крізь нього[2].

Виникнення[ред. | ред. код]

Ймовірно, деякий час після утворення Землі внутрішнього ядра не існувало, а все ядро було рідким. Проте, внутрішні оболонки Землі поступово охолоджуються. Приблизно 1-1,5 мільярда років тому температура ядра опустилася до точки тверднення заліза, після чого подальше охолодження призводить до зростання суб'ядра. Датування пов'язують з моментом різкого зростання напруженності магнітного поля Землі[5]. Зараз внутрішнє ядро продовжує рости зі швидкістю близько 1 міліметра на рік[6].

Властивості[ред. | ред. код]

Внутрішнє ядро має радіус 1220 кілометрів (приблизно співпадає з радіусом Плутону). Тиск у ньому змінюється від 328 (на поверхні) до 363 (в центрі) ГПа а густина від 12760 до 13090 кг/м3[7]. Температура внутрішнього ядра дорівнює температурі тверднення речовини в умовах ядра, яка ще не була підтверджена експериментально, а теоретичні оцінки варіюються від 4000 до 7000 кельвінів[8].

Внутрішнє ядро складається з заліза сплаву з домішками нікелю (до 5%)[9], кремнію, сульфуру, кисню і інших речовин. Можливо, суб'ядро є одним суцільним кристалом заліза. Розповсюдження сейсмічних хвиль у внутрішньому ядрі має анізотропію, що може бути пояснене таким чином[10]. Залізо в цих умовах, ймовірно, присутнє у вигляді ε-заліза[en] — алотропної модифікації заліза, в якій його атоми мають гексагональну щільноупаковану ґратку[11]. Згідно інших гіпотез, внутрішнє ядро складається з великої кількості кристалів заліза, між якими присутня речовина у розплавленому стані[2]. Густина внутрішнього ядра приблизно на 5% менша, ніж якби воно складалося з чистого заліза.

Внутрішнє ядро обертається навколо своєї осі трохи швидше, ніж Земля в цілому - на 0.3-0.5° на рік, тобто воно робить додатковий оберт приблизно за 900 років. Це явище називається суперротація. Причини цього явища досі не зрозумілі остаточно, але ймовірно, воно пов'язане з роботою геодинамо або ж з припливними силами[12]. Цей рух пов'язують зі спостерігаючимся зміщенням магнітного поля Землі на захід. Втім, існують дані про те, що за останні 3000 років були періоди, коли магнітне поле навпаки, зміщувалося на схід[13]. Розрахунки показують, що за відсутності постійної підкручуючої сили додаткове обертання повністю зупиниться за час порядка 11000 років[12].

Магнітне поле Землі у ядрі має напруженність близько 25 гаус, і, ймовірно, виникає завдяки взаємодії внутрішнього і зовнішнього ядра. Серед причин руху потоків розплавленого заліза у зовнішньому ядрі називають: хвилі, що виникають внаслідок руху нерівної поверхні внутрішнього ядра[14], теплота, що виникає при зтвердненні заліза і спричинене нею конвективне перемішування[15]. Варто зазначити, що магнітне поле Землі не може бути спричинене намагніченістю суб'ядра, оскільки його температура є значно вищою за точку Кюрі заліза[16]. Згідно деяких гіпотез, зростання магнітного поля, спричинене появою внутрішнього ядра, в свою чергу стало причиною кембрійського вибуху[17].

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]