Ядро Земли

Почему внешнее ядро Земли жидкое? Да потому, что поперечные волны в этом слое не распространяются, а продольные испытывают скачок скорости распространения с 13,6 км/с до 8,0–8,1 км/с.

На границе с внутренним твердым ядром Земли скорость продольных волн опять возрастает. Состав внутреннего ядра Земли большинство ученых считают железным с примесью никеля и серы и, возможно, кремния или кислорода. Некоторые исследователи считают ядро железоводородным (карбид железа).

Геохимический состав Земли

Химический состав Земли, распространение химических элементов, химические процессы в геосферах Земли изучает наука геохимия. Химический состав геосфер и Земли в целом основывается на данных изучения химического состава горных пород, метеоритов, образцов пород, доставленных с Луны, Марса, расшифровки спектрограмм Солнца и результатах физических методов исследования оболочек Земли. Нам уже известно, что ядро обладает значительно большей плотностью, чем Земля в целом и что оно состоит из двух частей: внутренней и внешней. С большей уверенностью можно судить о составе мантии, чем о составе ядра, так как кимберлитовые трубки взрыва корнями своими уходят в нижнюю мантию. Богатый материал дают метеориты. По составу выделяют три типа метеоритов: 1) железные, состоящие главным образом из никелистого железа (90–91% Fe), с небольшой примесью кобальта и фосфора; 2) железокаменные (сидеролиты), состоящие из железа и силикатных минералов; 3) каменные (хондриты), или аэролиты, состоящие главным образом из железисто-магнезиальных силикатов и включений никелистого железа. Из перечисленных типов метеоритов на Землю большей частью попадают каменные метеориты (хондриты) — 92%.

Рис. 15. Химический состав геосфер Земли (по А.Е. Ферсману)

По данным химического анализа горных пород, в литосфере и земной коре установлено 93, а в космосе 97 химических элементов. История изучения химического состава Земли имеет продолжительный период. Более 150 лет назад, впервые английский минералог Ф. Фекликс исследовал химический состав земной коры. В середине XIX в. американский ученый Ф. Кларк определил содержание в земной коре более 50 химических элементов. Высоко оценивая вклад Ф. Кларка в изучение геохимии Земли, позже ученые предложили среднюю величину содержания химического элемента назвать кларком. Кларки бывают массовыми (весовыми), атомными и объемными. Весовые кларки — это средние содержания элементов, выраженные в процентах или граммах на грамм породы; атомные — процентное количество числа атомов элементов; объемные — показывают, какой объем в процентах занимает данный элемент.

Проблемой геохимии геосфер Земли занимались многие ученые. Это Г. Вашингтон, И. Фогт, П. Нигли, В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, А.П. Виноградов, Р. Тейлор и другие. В химическом составе Земли, согласно данным А.Е. Ферсмана, (рис. 12) преобладают железо (37,04%) и кислород (28,50%), затем следует кремний (14,47%), магний (11,03%), никель (2,96%), кальций (1,38%), алюминий (1,22%), сера (1,44%) и прочие 1,96%.

Современная оценка валового элементарного состава Земли из выводов А.Е. Ферсмана, Ф. Кларка, Б. Мейсона, А.П. Виноградова, В.В. Добровольского и других ученых заключается в том, что в Земле наиболее распространены четыре элемента: О, Fe, Si, и Мg, — на их долю приходится более 91% состава Земли. Менее распространены элементы Ni, S, Ca, A1 — они образуют вторую группу элементов. На оставшиеся химические элементы периодической таблицы Д.И. Менделеева приходится менее 1% массы Земли.

Химический состав геосфер Земли отличается. Так, состав земного ядра, по данным анализа Д. Брауна, характеризуется следующим образом: 1) внутреннее ядро 1,7% массы Земли — железо-никелевый сплав (вероятно, около 10% никеля, 90% железа); 2) внешнее ядро 30% массы Земли — смесь железа и серы, содержащая в основном железо, примерно 12% серы, и, вероятно, около 2% никеля. В незначительном количестве присутствуют окислы магния.

В составе мантии Земли преобладают кислород, кремний и алюминий, в меньшем количестве присутствуют магний и железо. В целом она представлена так называемым пиролитом — сложным комплексом пород ультраосновного состава.

Химический состав верхней и нижней мантии почти одинаковый и соответствует океаническим лерцолитам. Химический состав земной коры отличается от состава ядра и мантии. Он изучен лучше, чем глубокие сферы Земли. Из обобщения результатов химического анализа образцов горных пород, выполненных ведущими геохимиками В.И. Вернадским, А.Е. Ферсманом, А.Н. Заварицким, А.П. Виноградовым, Ф. Кларком и другими, получено, что на долю трех элементов — кислорода, кремния и алюминия приходится 84,55%; вторую распространенную группу элементов составляют: Fe, Ca, Na, F, Мg — 14,48%; на остальные многочисленные элементы отводится всего 0,8% массы земной коры. Сравнение химического состава земной коры, мантии и ядра показывает, что в земной коре более высокое содержание О, Si, A1, К, Na, Ca и низкое содержание Fe и Мg, а также Ni, Cr и Со. Эту особенность ученые объясняют химико-плотностной дифференциацией Земли, когда тяжелые элементы оседают в ядро, а легкие «всплывают» в верхней части Земли.

Геологические процессы, протекающие внутри Земли, такие как перемешивание расплавленной магмы, с образовавшимися ранее горными породами, дифференциация (разделение) магмы и многие другие, а также процессы, действующие на земной поверхности, приводят к образованию разнообразных минералов, горных пород и полезных ископаемых.

Контрольные вопросы:

1. Какими методами изучают глубокие недра Земли?

2. Что такое зеная кора и где она образуется?

3. Что такое паспорт Земли?

4. Что такое астеносфера и литосфера?

5. Каков состав ядра Земли?

6. Каков химический состав Земли?

7. Какие учёные занимались изучением химического состава Земли?

8. Что такое верхняя мантия и из каких пород она состоит?

9. Что такое эклогит и где он встречается?

10. Что такое пиролит и где он встречается?