Ядро земли: строение, состав и температура внутри

Мантия верхняя оболочка Земли

Мантия нашей планеты – это плотный слой горячей горной породы, расположенной внутри Земли, между ядром и слоем земной коры. Толщина  его составляет почти 3000 км, и в нем преобладают силикаты.

Этот слой, называемый мезосферой, более плотный, по сравнению с недрами Земли, и менее плотный по мере приближения к ее поверхности.

По мере продвижения к ядру планеты мантия Земли становится все более горячей и подвержена большему давлению, поэтому ее физические свойства и химический состав также меняются. Однако эти температуры настолько высоки, что в некоторых участках мантии происходит цикл субдукции более тяжелых материалов планетарной коры, которые там плавятся и обеспечивают определенный обмен веществом и энергией.

Мантия Земли, как и ядро, никогда не исследовалась напрямую. Его глубины слишком велики для человека, поэтому большая часть его исследований проводится косвенно: с помощью сейсмологического анализа или отбора проб в открытых или подводных районах.

Характеристики мантии Земли

Основная характеристика мантии заключается в том, что это самый толстый слой планеты Земля. Он простирается до 2900 километров в направлении ядра. Мантия занимает примерно 85% объема Земли. Большинство сейсмических движений, которые мы наблюдаем в земной коре, имеет свое происхождение в мантии. Верхний слой мантии имеет гораздо большее движение, чем нижний, но это зависит от некоторых химических условий внутри него.

Состав мантии состоит в основном из силикатов и других более легких минералов (по сравнению с ядром). По оценкам, его наиболее распространенными элементами являются кислород (44,8%), магний (22,8%), кремний (21,5%), железо (5,8%), кальций (2,3%) и алюминий (2,2%), а также другие второстепенные элементы таких как натрий и калий.

Огромные давления, которым подвергается мантия, удерживают ее компоненты в твердом или жидко-вязком физическом состоянии, а ее температура колеблется от 600 ° C до 3500 ° C по мере приближения к ядру Земли.

Функция мантии Земли

Мантия играет некоторые ключевые функции в структуре Земли: например, она является теплоизолятором, обеспечивающим существование холодной и стабильной коры, или выбрасывает магму в результате разделения тектонических плит с образованием новой коры.

Мантия Земли делится на две области:

• Верхняя или внешняя мантия, простирающаяся от конца земной коры до глубины примерно 255 километров. Это в основном твердый слой, но с очень податливыми областями, допускающими тектоническую активность. Внутри нее обычно выделяют две различные области: литосферу, ее твердую часть; астеносфера, ее вязкая и полутвердая части.
• Нижняя или внутренняя мантия, расположенная ниже 660 км в глубину и 2700 км в глубину, представляет собой более плотную и горячую область, чем предыдущая, в основном твердая и гораздо менее пластичная, чем верхний слой. Она начинается в переходной зоне после верхней мантии и простирается до границы Гутенберга. Его точный состав является предметом споров среди ученых. Между этими двумя областями находится переходная зона или промежуточная зона глубиной от 400 до 600 километров, где породы подвергаются высокобарическим процессам, радикально изменяющим их химический состав и в значительной степени препятствующим обмену веществом между двумя слоями мантии.

Мантийная конвекция – это процесс, описывающий ее движение и перенос тепла от ядра к литосфере. Мантия нагревается снизу вверх, а охлаждается сверху вниз.

Конвекционные потоки переносят горячую магму в литосферу на границах плит и в горячих точках, что приводит к образованию вулканов. Эти течения также переносят более холодный и плотный материал из земной коры в недра Земли в процессе субдукции.

Важность мантии Земли

Поскольку мантия составляет большую часть планеты, она имеет важное значение для геологии. Фактически, этот слой Земли обеспечивает большую часть гравитации на поверхности планеты

Он играет важную роль в создании материалов, который мы находим на поверхности планеты, и которые используем для своих нужд.

Переходная зона мантии ограничивает обмен веществ между верхней и нижней мантией, препятствуя погружению слоев литосферы вглубь Земли.

Мантия действует как изолирующее тепловое одеяло, покрывающее горячее ядро, без которого все на планете сгорело бы.

История изучения

Вероятно одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность характерная для пород выходящих на земную поверхность.

Существование было доказано в 1897 немецким сейсмологом Э. Вихертом, а глубина залегания (2900 км) определена в 1910 американским геофизиком Б. Гутенбергом.

Основоположник геохимии В. М. Гольдшмидт в 1922 году предположил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

Альтернативную гипотезу, что железное ядро возникло ещё в протопланетном облаке, развивали немецкий учёный А. Эйкен (1944), американский учёный Э. Орован и советский учёный А. П. Виноградов (60-70-е гг.).

В 1941 г. Кун и Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца и Земли и на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядре состоит из металлического водорода. Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку. Эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Однако эта гипотеза позже эта гипотеза была адаптирована для объяснения строения планет гигантов — Юпитера, Сатурна и тп. Сейчас предполагается, что их магнитное поле возникает именно в металлическом водородном ядре.

Кроме того В. Н. Лодочников и У. Рамзей предположили, что нижняя мантия и ядро имеют одинаковый химический состав — на границе ядро-мантия при 1.36 Мбар мантийные силикаты переходят в жидкую металлическую фазу (металлизованное силикатное ядро).

Что говорят

«Это (Влияние изменения вращения ядра на различные процессы. – Прим. ред.) вызывает споры потому, что мы не можем в этом разобраться», — заявил Джон Видейл, геофизик из Университета Южной Калифорнии. «Тяжело, когда вещи, которых мы не понимаем, находятся так глубоко под Землей», — отметил он.

• Поведение ядра может влиять на продолжительность дня и изменять его на миллисекунды — точно так же, как его изменяет, например, притяжение Луны к Земле, предположил автор нового исследования Сяодун Сун. 
• Также, по мнению авторов исследования, движение ядра может таким образом влиять на магнитное поле Земли. Геологи считают, что энергия, выделяемая внутренним ядром, заставляет жидкость во внешнем ядре двигаться, генерируя электрические токи, которые порождают магнитное поле, окружающее планету. Оно, в свою очередь, защищает организмы на поверхности от наиболее разрушительного космического излучения.
• Ляньсин Вэнь, сейсмолог из Университета Стоуни-Брук, и вовсе полностью отвергает идею о том, что ядро ​​вращается независимо от Земли. Он заявил, что новое исследование «неправильно интерпретирует сейсмические сигналы, вызванные эпизодическими изменениями внутренней поверхности ядра Земли». 
• Хотя новость об остановке ядра, как пишет New York Times, может звучать как начало фильма о конце света, на деле серьезных катастроф едва ли стоит ждать, считают ученые. «Это не то, что повлияет на цены на картофель завтра», — заявил Пол Ричардс, сейсмолог из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти в Колумбийском университете.
• Также есть теории о том, что ядро на самом деле не вращается, а колеблется и вообще не имеет определенного направления движения.

Но эксперты подчеркивают, что ядро Земли, которое находится так глубоко под Землей, и многие его тайны не раскрыты до сих пор. «Независимо от того, какая модель (Описывающая движения ядра. — Прим. ред.) вам нравится, всегда есть данные, которые ей противоречат», — отметил Видейл. 

Модели строения и состава слоёв Земли

В современном представлении Земля — это сложный многослойный объект. Каждый
из слоев имеет также достаточно сложную структуру, которая изучается различными
геофизическими методами (сейсмическими, магнитными, гравитационными и др.).

Наиболее распространенная модель Земли — модель Буллена:

Зона	Наименование слоя	Глубина(км)	Плотность (г/см3)
А	кора	35	3,2
В	силикаты	400	3,5
С	фазовые переходы	900	4,0
D	нижняя мантия	2700	5,0
D’	переходная зона	2883
E	внешнее ядро	4980	10-11
F	переходная зона	5120
G	внутреннее ядро	6371	12

Тем не менее, даже бурением самой глубокой скважины на Кольском полуострове достигли только 12 262 метра,
и полученные данные напрочь отвергли теоретические построения даже для этой маленькой скорлупке земной коры,
мощность которой 50-80 км.

Экзогенные процессы в литосфере

Экзогенные, значит, внешние процессы, происходящие в литосфере, и ярко проявляющиеся в денудации и выветривании.

Выветривание – это процесс разрушения горных пород, который бывает физическим, химическим и биологическим.

Физическое выветривание происходит в результате колебания температуры горных пород. Дневное нагревание и ночное охлаждение дают трещины на горной породе, а вода при низких температурах замерзает в трещине и углубляет её ещё больше. В результате происходит дробление на мелкие части.

Химическое выветривание изменяет состав горной породы в результате химического взаимодействия элементов. Живые организмы, поселяющиеся на горных породах, разрушают их механически, а продукты жизнедеятельности живых организмов изменяют химический состав.

В результате выветривания происходит изменение горной породы – первичные минералы распадаются на более простые и активные и образуют вторичные минералы при взаимодействии друг с другом;

В результате химического выветривания происходит переход веществ в более удобную для переноса форму.

Когда разрушенные продукты сносятся на низкие уровни, что может осуществляться текучими водами, ледниками, ветром, тогда речь идет о процессе денудации.

Интенсивность её зависит от высоты местности, темпов выветривания, свойств и состава горных пород.

Например, на Восточно-Европейской равнине годовой снос продуктов составляет 0,03 мм, а в горах возрастает до 0,2-0,5 мм.

Большую разрушительную работу производят текучие воды, они не только переносят материал, но и аккумулируют его. Такая разрушительная работа воды получила название эрозии.

Водные потоки создают эрозионные и аккумулятивные формы рельефа. Эрозия может быть естественная и антропогенная.

Естественная эрозия может быть плоскостной, когда смыв почвогрунта идет к подножию склона и линейной – образование на склоне линейных форм.

Антропогенная эрозия связана с деятельностью человека и по скорости она значительно превышает естественную.

К эрозионным формам рельефа относятся борозды, рытвины, овраги, балки и др.

Разрушительная работа ветра заключается в транспортировке материала и его аккумуляции. Особенно четко эоловые процессы проявляются в пустынях тропических, умеренных и субтропических широт, где небольшое увлажнение, частые и сильные ветры, наличие рыхлого материала и разреженность растительного покрова.

Ветер выдувает рыхлый материал – этот процесс называется дефляцией и обтачивает, шлифует твердые породы – это корразия.

Результатом этой работы являются каменные грибы, столбы, ниши, замки. Эоловая аккумуляция создает барханы, дюны, грядовые пески.

Путь к ядру

Изучать ядро достаточно непросто — поверхность Земли и его верхнюю кромку разделяют 2900 километров. Непросто пробуриться на такие глубины — чем ниже опускаться под землю, тем выше растет температура. В Кольской скважине, которая пока остается самой глубокой, на глубине в 12 километров накал достигал 220°C! Уже при таких температурах сложно работать не только электронике, но и самой аппаратуре — ведь ее надо как-то опустить в скважину, а потом вынуть обратно.

Кольская сверхглубокая скважина

Однако в ученых остался метод, позволяющий достаточно точно рассчитать плотность и объем ядра Земли — сейсмография. Колебания, исходящие от поверхностных слоев планеты — вибрации землетрясений или импульсы ядерных взрывов — распространяются не только по поверхности Земли, но и уходят глубоко в недра. Там они преломляются, увеличивая свою скорость прохождения — как преломляются световые волны, проходя через стекло или воду. Именно по тому, как изменяется сейсмическая волна при прохождении через планету, ученые сумели получить точные физические параметры ядра.

Схема движения сейсмических волн в теле Земли

Помогают геологам также различные косвенные признаки. Например, наблюдение за магнитным полем Земли позволяет отслеживать динамику вращения ядра. Ценные подсказки порой дает даже то, что совсем не предназначено для исследования глубин. Был случай, когда сбои в работе орбитального телескопа «Хаббл» позволили выявить изменение направления потоков в жидком внешнем ядре Земли, служащих причиной сдвига магнитных полюсов.

Механизм формирования ядра

Ядром обладают все планеты Солнечной системы, как и полноценные, так и карликовые — от величественного газового гиганта Юпитера до отдаленной и холодной Седны. Параметры ядра разнятся от объекта к объекту — так, у Меркурия ядро занимает 60% массы и 80% объема планеты, когда радиус ядра Луны составляет скромные 350 километров от 1735 километров общего радиуса спутника.

Тем не менее создание ядра любого космического тела, даже звезды, обязано одному интересному гравитационному явлению — дифференциации недр. Когда планеты только начинают формироваться из газовых туч вокруг молодой звезды, их вещество собирается вокруг первичных ядер: больших камней, сгустков льда или пыли. Когда молодая планета набирает достаточную массу, в действие вступает гравитация, втягивающая массивные элементы вроде железа к центру объекта — тем самым  более легкие вещества, как вот кремний или кислород, выталкиваются на поверхность.

Земля во время активной аккреции в представлении художника

Во время этих перемещений выделяется громадное количество энергии, из-за которой планета расплавляется, а гравитация придает ей характерную сферическую форму.  Тем самым процесс перемещения тяжелых веществ ускоряется. Астероиды, масса которых недостаточна для плавления, так и остались кучками пыли и камней, сбитыми вместе.

А все тяжелые элементы, которые ушли вглубь — в первую очередь железо и никель — сформировали центр планеты. Ядро Земли прошло весь долгий путь от пыли на орбите новорожденного Солнца до многослойного металлического шара — и сегодня оно греет и защищает нашу планету изнутри.

Путь к ядру

Изучать ядро достаточно непросто — поверхность Земли и его верхнюю кромку разделяют 2900 километров. Непросто пробуриться на такие глубины — чем ниже опускаться под землю, тем выше растет температура. В Кольской скважине, которая пока остается самой глубокой, на глубине в 12 километров накал достигал 220°C! Уже при таких температурах сложно работать не только электронике, но и самой аппаратуре — ведь ее надо как-то опустить в скважину, а потом вынуть обратно.

Кольская сверхглубокая скважина

Однако в ученых остался метод, позволяющий достаточно точно рассчитать плотность и объем ядра Земли — сейсмография. Колебания, исходящие от поверхностных слоев планеты — вибрации землетрясений или импульсы ядерных взрывов — распространяются не только по поверхности Земли, но и уходят глубоко в недра. Там они преломляются, увеличивая свою скорость прохождения — как преломляются световые волны, проходя через стекло или воду. Именно по тому, как изменяется сейсмическая волна при прохождении через планету, ученые сумели получить точные физические параметры ядра.

Схема движения сейсмических волн в теле Земли

Помогают геологам также различные косвенные признаки. Например, наблюдение за магнитным полем Земли позволяет отслеживать динамику вращения ядра. Ценные подсказки порой дает даже то, что совсем не предназначено для исследования глубин. Был случай, когда сбои в работе орбитального телескопа «Хаббл» позволили выявить изменение направления потоков в жидком внешнем ядре Земли, служащих причиной сдвига магнитных полюсов.

Состав ядра Земли

Как известно, земная кора и мантия богата минералами. Тем не мение, ядро Земли состоит в основном из железа и никеля. Мы также находим вещества, растворяющиеся в железе, называемые сидерофилами. Эти элементы совсем не распространены в коре и поэтому были названы драгоценными металлами. В этих драгоценных металлах мы находим кобальт, золото и платину.

Еще один ключевой элемент, обнаруженный в ядре, — сера. 90% всей серы на Земле находится в ядре. Ядро, как известно, самая горячая часть всей планеты. Внутренние структуры нагреваются по мере увеличения глубины. Тем не мение, учитывая более чем 6.000 километров, которые отделяют нас от поверхности Земли до ядра Земли, довольно сложно узнать при температуре, при которой находится этот расплавленный железо-никелевый центр. Температуры не всегда одинаковы. Они колеблются в зависимости от давления, вращения Земли и состава элементов, составляющих ядро.

Поскольку конвекционные токи заставляют материалы перемещаться, некоторые материалы попадают в ядро ​​«новыми», а другие уходят снова и больше не расплавляются. Это происходит из-за близости или удаленности материалов от центра и их очень высокой температуры плавления.

Исследования обычно говорят, что температура ядра Земли Температура колеблется от 4000 до 6000 градусов Цельсия.

Газовое ядро Земли и сейсмические исследования

Результаты сейсмических исследований Земли всегда привязывались и истолковывались применительно к железному ядру. Представляет большой интерес интерпретация этих результатов применительно к газовому ядру. На рисунке 2 приведены, в относительных координатах, результаты сейсмических исследований Земли и Луны. Рисунок взят из книги «Строение Луны» авторов Галкин И.Н. и Шварев В.В. Мы не случайно выбрали для примера совмещенную сейсмогра́мму Земли и Луны. Из сейсмограммы видно, что на границе нижней мантии и ядра, как для Земли, так и для Луны, скорость распространения продольных волн резко падает. Это свидетельствует о том, что ядро может быть газовым или жидким. Но Луна к настоящему времени является осты́вшим, к тому же, относительно не большим космическим телом, поэтому ее ядро, также, не может состоять из расплавленного желе́за, а падение скорости есть. Отсюда можно сделать вывод о том, что я́дра Земли и Луны газовые.

Рис.2. Глубинная структура Земли (толстые линии) и Луны (тонкие) по геофизическим данным.

Структура и характеристики ядра

Путь к знаниям долгий и тернистый, но плоды их сладки. На сегодняшний день достоверно известны следующие физические характеристики ядра Земли:

Температура ядра Земли в центральной точке может доходить до 6000 градусов Цельсия — это столько же, как на поверхности Солнца! Но в отличие от светила, энергией глубины питают не ядерные реакции, а гравитация. Точнее, ее сжатие — давление в ядре превышает атмосферное в 3,5 миллиона раз, достигая отметки в 360 гигапаскаль. Хотя процессы атомного распада в глубинах Земли происходят, их вклад не столь большой. Да и без громадного сжатия они были бы вялотекущими и не столь продуктивными.

Классические основные сферы Земли

• Ядро Земли достигает 7000 километров в поперечнике — это больше не только Луны, но и Марса! Оно занимает не так много места внутри нашей планеты — около 15% объема — но зато его масса в 1,932 × 1024 килограмм составляет 30% от всей массы Земли.
• Оказывается, что разные слои ядра вращаются в разные стороны. Сегодня считается, что внешнее жидкое ядро вращается вокруг своей оси с востока на запад, а внутреннее — с запада на восток, при этом еще и быстрее Земли. Впрочем, разница не очень значительная — за год оно опережает планету всего на четверть градуса

Кроме того, новейшие исследования говорят о том, что внутри внутреннего ядра Земли лежит еще одно — «самое» внутреннее ядро, которое вращается вообще по другой оси. Давайте рассмотрим его и другие составляющие земного ядра подробнее.

Внешнее ядро

Самый первый слой ядра, который непосредственно контактирует с мантией — это внешнее ядро. Его верхняя граница находится на глубине 2,3 тысячи километров под уровнем моря, а нижняя — на глубине 2900 километров. По составу оно ничем не отличается от нижележащих оболочек — давления гравитации попросту недостаточно для того, чтобы раскаленный металл затвердел. Зато его жидкое состояние является главным козырем Земли в сравнении с другими внутренними планетами Солнечной системы.

Как работает геодинамо

Дело в том, что именно жидкая часть ядра ответственна за возникновение магнитного поля Земли. Как наверняка известно читателю, магнитосфера служит щитом планеты против заряженных частиц открытого космоса и солнечного ветра. Они даже более опасны, чем излучение — частицы способны вывести из строя не только живые организмы, но и электронику. Биологи считают, что именно активное магнитное поле стало залогом выживания первобытных одноклеточных существ.

Как именно генерируется магнитное поле? Его порождает вращение жидкого железа и никеля в ядре. Магнитные свойства металлов тут ни при чем — это исключительно динамический эффект. А еще внешнее ядро подогревает мантию — причем в отдельных местах настолько сильно, что восходящие потоки магмы достигают даже поверхности, вызывая извержения вулканов.

Внутреннее ядро

Внутри жидкой оболочки находится внутреннее ядро. Это твердая сердцевина Земли, диаметр которой составляет 1220 километров — такой же размер у Харона, спутника-напарника Плутона. Эта часть ядра очень плотная — средняя концентрация вещества достигает 12,8–13г/см3, что в два раза больше густоты железа, и горячая — накал достигает знаменитых 5–6 тысяч градусов по Цельсию.

Высокое давление в центре Земли заставляет металл затвердевать при температурах, превышающих точку его кипения. При этом формируются необычные кристаллы, которые отличаются устойчивостью даже в обычных условиях. Считается, что внутреннее ядро представляет собой лес из многокилометровых кристаллов железа и никеля, которые направлены с юга на север. Для того чтобы проверить эту теорию, японские ученые потратили десять лет на создание особой алмазной наковальни — только в ней можно добиться такого давления и температуры, как в центре нашей планеты.

«Внутреннее» внутреннее ядро, или гипотетическая матрешка

Еще во время начальных исследований ядра при помощи сейсмических волн, геологи заметили необычное отклонение колебаний внутри ядра по направлению с востока на запад

Так как из-за своего вращения Земля шире на экваторе, чем на полюсах, сперва на это не обратили внимание. Но последующее изучение выявило, что центральная часть ядра может быть всего лишь очередной оболочкой

Что представляет собой «внутреннее» внутреннее ядро? Скорее всего, оно состоит из тех же металлических кристаллов — но направленных уже не на север, а на запад. Пока что неясно, что вызывает такое расслоение. Однако ориентация кристаллов указывает на то, что тут не обошлось без гравитационных взаимодействий с Солнцем или Луной.

«Внутреннее» внутреннее ядро в строении Земли

Форма и размеры планеты Земля

Форма и геометрические размеры Земли основные понятия, которыми она описывается, как небесное тело. В средние века считалось, что планета имеет плоскую форму, находится в центре Вселенной, а вокруг нее вращается Солнце и другие планеты.

Но такие смелые естествоиспытатели, как Джордано Бруно, Николай Коперник, Исаак Ньютон опровергли подобные суждения и математически доказали, что Земля имеет форму шара с приплюснутыми полюсами и вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Структура планеты очень многообразная, при том, что ее размеры достаточно невелики по меркам даже солнечной системы – длина экваториального радиуса составляет 6378 километров, полярного радиуса – 6356 км.

Длина одного из меридианов равняется 40008 км, а экватор простирается на 40007 км. Из этого также видно, что планета несколько «приплющена» между полюсами, ее вес составляет 5.9742 × 1024 кг.

Методы изучения внутреннего строения и состава Земли

Методы изучения внутреннего строения и состава Земли можно разделить на две основные группы: геологические методы и геофизические методы. Геологические методы базируются на результатах непосредственного изучения толщ горных пород в обнажениях, горных выработках (шахтах, штольнях и пр.) и скважинах. При этом в распоряжении исследователей имеется весь арсенал  методов исследования строения и состава, что определяет высокую степенью детальности получаемых результатов. Вместе с тем, возможности этих методов при изучении глубин планеты весьма ограничены – самая глубокая в мире скважина имеет глубину лишь -12262 м (Кольская сверхглубокая в России), ещё меньшие глубины достигнуты при бурении океанического дна (около -1500 м, бурение с борта американского исследовательского судна «Гломар Челленджер»). Таким образом, непосредственному изучению доступны глубины, не превышающие 0,19% радиуса планеты.

Сведения о глубинном строении базируются на анализе косвенных данных, полученных геофизическими методами, главным образом закономерностей изменения с глубиной различных физических параметров (электропроводности, механической добротности и т.д.), измеряемых при геофизических исследованиях. В основу разработки моделей внутреннего строения Земли положены в первую очередь результаты сейсмических исследований, опирающиеся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн. В очагах землетрясений и мощных взрывов возникают сейсмические волны – упругие колебания. Эти волны разделяются на объёмные – распространяющиеся в недрах планеты и «просвечивающие» их подобно рентгеновским лучам, и поверхностные – распространяющиеся параллельно поверхности и «зондирующие» верхние слои планеты на глубину десятки – сотни километров.
Объемные волны, в свою очередь, разделяются на два вида – продольные и поперечные. Продольные волны, имеющие большую скорость распространения, первыми фиксируются сейсмоприёмниками, их называют первичными или Р-волнами (от англ. рrimary — первичные), более «медленные» поперечные волны называют S-волны (от англ. secondary — вторичные)

Поперечные волны, как известно, обладают важной особенностью – они распространяются только в твёрдой среде

На границах сред с разными свойствами происходит преломление волн, а на границах резких изменений свойств, помимо преломлённых, возникают отраженные и обменные волны. Поперечные волны могут иметь смещение, перпендикулярное плоскости падения (SH-волны) или смещение, лежащее в плоскости падения (SV-волны). При переходе границы сред с разными свойствами волны SH испытывают обычное преломление, а волны SV, кроме преломлённой и отражённой SV-волн, возбуждают P-волны. Так возникает сложная система сейсмических волн, «просвечивающих» недра планеты.

  Анализируя закономерности распространения волн можно выявить неоднородности в недрах планеты — если на некоторой глубине фиксируется скачкообразное изменение скоростей распространения сейсмических волн, их преломление и отражение, можно заключить, что на этой глубине проходит граница внутренних оболочек Земли, различающихся по своим физическим свойствам.

Предположения о ядре

Ядро начинается на глубине 2890 км. Его радиус составляет 3470 км.

В ядре принято изображать два слоя: внутреннее ядра и внешнее. Но так было не всегда.

В начале времен планета Земля не обладала структурой. Затем железо и никель устремились к центру планеты. Как это произошло, точно неизвестно. Но есть предположение, что ядро образовалось внезапно, когда тяжелые вещества двигались вглубь планеты. Другие считают, что железо медленно проникало в ядро.

Ядро сформировалось, когда планете было 30-100 миллионов лет. Вихревые движения в жидком ядре запустили 3,5 миллиарда лет назад магнитное поле. Потом в промежутке от 1,5 до 1 миллиарда лет назад температура в центре ядра снизилась. В ядре произошла кристаллизация. Образовалось твердое ядро.

Из каких слоев состоит Земля

Со школьных времен мы знаем, что планета Земля состоит из трех основных слоев: коры, мантии и ядра. Толщина земной коры везде разная — в горных местностях она достигает 100 километров, а на дне океанов составляет около 6-7 километров. Сразу же под земной корой располагается мантия толщиной 2 900 километров, и этот слой настолько огромен, что на него приходится 83% общего объема Земли и почти 70% его массы. Далее следует ядро, которое делится на две части: внешнее диаметром 2200 километров и внутреннее диаметром 1300 километров. Внешнее ядро жидкое, а вот внутреннее — твердое, и именно оно интересует нас в размах этой статьи.

Строение Земли уже давно известно ученым — никаких рептилоидов под нами нет

Земная кора и ее типы

Интересно отметить, что глубже ученые практически не проникали, а если провести аналогию, то кора – это как кожица на яблоке по отношению ко всему его объему. Дальнейшее и более точное изучение требует совершенно другого уровня развития техники.

Если смотреть на планету в разрезе, то по мере разной глубины проникновения внутрь ее структуры можно по порядку выделить такие типы земной коры:

1. Океаническая кора состоит преимущественно из базальтов, находится на дне океанов под огромными слоями воды.
2. Континентальная или материковая кора покрывает сушу, состоит из очень богатого химического состава, включающего на 25% кремний, на 50% кислород, а также 18% других основных элементов таблицы Менделеева. В целях удобного изучения этой коры ее еще делят на нижнюю и верхнюю. Наиболее древние относятся к нижней части.

Температура коры увеличивается по мере углубления.

Земля, Венера и Марс – каменистые планеты

Чтобы лучше понимать состав и историю Земли, геологи иногда сравнивают нашу планету с другими скалистыми планетами в Солнечной системе. Так, размер Венеры схож с земным, а сама планета немного ближе к Солнцу. При этом размер Марса – всего лишь половина нашего космического дома. Хотя на Венеру и Марс было отправлено несколько космических аппаратов, мы не так много знаем об их внутреннем устройстве – по крайней мере пока. Напомню, что недавно, благодаря миссии NASA InSight, стало известно о том, что Марс – сейсмически активная планета. Подробнее об этом я рассказывала в своей предыдущей статье.

Возможно, в прошлом Марс и Венера были как и Земля, покрыты водой

Что касается Венеры, то ее чрезвычайно плотная и токсичная атмосфера, которую нельзя увидеть без специальных инструментов, тем временем свидетельствует об огромной вулканической активности на этой невероятно горячей планете. В то время как у Венеры, вероятно, есть кора, мантия и ядро, ее магнитное поле очень слабо по сравнению с земным. Исследователи полагают, что это может быть связано с тем, что либо ядро Венеры медленно вращается, чтобы генерировать магнитное поле, либо его у этой адской планеты вообще нет.

Важно отметить, что наша Солнечная система довольно необычная. Все потому, что планеты в ней разные – например, на стороне, ближайшей к Солнцу, планеты и астероиды содержат относительно небольшое количество органических молекул, а вот с другой стороны все состоит из материалов, богатых углеродом

Но самое важное и интересное заключается, пожалуй в одной из величайших загадок нашей Солнечной системы – Великого разделения, подробнее о котором можно прочитать здесь.