10. Строение недр планет зонной группы

Каково строение недр планет? Наиболее изученной является Земля, поэтому естественно начать с описания недр Земли. По аналогии с Землей разрабатываются модели строения ПЗГ. Внутреннее строение недр планет-гигантов известно хуже. Во-первых, они расположены дальше от нас, во-вторых, для них нельзя использовать аналогию с Землей. Наконец, особенности их строения таковы, что вряд ли можно будет непосредственно изучать недра этих планет, скажем, с помощью космических аппаратов в будущем.

Как получается информация о внутреннем строении Земли? Существуют три метода.

1. Метод глубинного бурения. С помощью этого метода извлекаются образцы пород и изучается физическое и химическое состояние вещества. Ограничения этого метода связаны с очень небольшой глубиной, которую удается достичь при бурении, порядка 15 км (на суше).

2. Метод сейсмических волн. Изучая распространение сейсмических волн от землетрясений и сильных взрывов, можно получать сведения о строении глубинных недр Земли. Какую информацию несут сейсмические волны? В общих чертах идея метода заключается в следующем. Как известно, в твердых телах могут распространяться продольные (будем их обозначать индексом "l") и поперечные ("t") волны, а также поверхностные (для простоты рассуждений последний тип волн исключим из рассмотрения).

В жидкостях распространяются только l-волны (почему?). Представим себе, что в какой-то точке А (см. рис. 12) произошло землетрясение. Мы принимаем сейсмические волны в различных точках Земли. Если внутри Земли имеется жидкое ядро, то в секторах АВ и АС будем регистрировать как l-, так и t-волны, а в секторе ВС, очевидно, только l-волны (на самом деле из-за преломления волн сектор ВС будет несколько иным, но мы ограничимся рассмотрением этого упрощенного варианта). Итак, по наличию или отсутствию сектора ВС, в который приходят только продольные волны, можно судить о том, есть внутри Земли жидкое ядро, или его нет. Величина сектора ВО, очевидно, позволяет судить о размере жидкого ядра. Но это еще не все. Фазовые скорости распространения сейсмических волн l- и t- типов различные. Теоретические исследования дают связь с параметрами среды, через которую волны проходят, в частности, с плотностью  и упругостью. Поэтому, измеряя времена прихода различных типов сейсмических волн от одного и того же источника на станциях, расположенных в различных точках поверхности Земли, можно построить зависимость (r) (r - расстояние от центра Земли).

Исследования показали, что во внутренних областях Земли, , распространяются лишь продольные волны. Следовательно, вещество здесь находится в жидкой фазе. Эта область называется ядром. По массе жидкое ядро составляет приблизительно 30% . Вещество над ядром находится в твердой фазе. Эта область называется мантией. Ее масса примерно 70% (рис. 13). Наконец, верхняя часть мантии, толщина которой определяется пределом текучести ( 10 км), называется корой.

Температура в центре Земли оценивается в (45)10³ K. Возможно, что внутри жидкого ядра имеется твердое ядро.

3. Метод магнитного поля. Он опирается на такое соображение: если вещество в недрах планета расплавлено, то оно обладает заметной проводимостью. Следовательно, электрические токи, циркулирующие в жидком ядре, будут создавать магнитное поле. Итак, если планета имеет собственное магнитное поле, то у нее есть жидкое ядро. Обратное утверждение, вообще говоря, неверно. Отсутствие магнитного поля еще не означает отсутствия жидкого ядра. Возможно, что в силу каких-то причин в ядре планеты не циркулируют токи. Наглядным примером тому служит Венера. Параметры ее очень близки к параметрам Земли. Она, скорее всего, имеет жидкое ядро. Но на Венере отсутствует магнитное поле, тогда как Земля обладает собственным магнитным полем. Как это можно объяснить? На самом деле условия, в которых находятся Земля и Венера, существенно отличаются. Так Земля имеет спутник  Луну, тогда как Венера спутников не имеет. Можно думать, что Луна своим гравитационным полем генерирует возникновение циркуляции вещества в жидком ядре Земли. В то же время такой "генератор" отсутствует у Венеры. Интересно отметить, что Меркурий, не имея спутников, тем не менее, обладает магнитным полем. Вероятно, это связано с тем, что Меркурий близко располагается от Солнца, и оно вызывает циркуляцию токов в жидком ядре Меркурия. Наконец, Марс согласно расчетам не имеет жидкого ядра. Магнитное поле Марса, как и должно быть, весьма слабое.