كوكبنا الأرض له هيكل متعدد الطبقات ويتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية: قشرة الأرض ، وشاحها ، ولبها. ما هو مركز الارض؟ النواة. عمق النواة 2900 كم ، وقطرها حوالي 3.5 ألف كم. الداخل - ضغط هائل يبلغ 3 ملايين ضغط جوي ودرجة حرارة عالية بشكل لا يصدق - 5000 درجة مئوية. من أجل معرفة ما يوجد في مركز الأرض ، استغرق العلماء عدة قرون. حتى التكنولوجيا الحديثة لم تستطع اختراق أكثر من اثني عشر ألف كيلومتر. أعمق بئر يقع في شبه جزيرة كولا ، ويبلغ عمقه 12262 مترًا. بعيد عن مركز الارض.

تاريخ اكتشاف لب الأرض

كان الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي هنري كافنديش في نهاية القرن الثامن عشر من أوائل من خمنوا بوجود نواة في مركز الكوكب. بمساعدة التجارب الفيزيائية ، قام بحساب كتلة الأرض ، وبناءً على حجمها ، حدد متوسط ​​كثافة مادة كوكبنا - 5.5 جم / سم 3. تبين أن كثافة الصخور والمعادن المعروفة في قشرة الأرض أقل مرتين تقريبًا. من هذا تبع الافتراض المنطقي أنه في مركز الأرض توجد منطقة من المادة الأكثر كثافة - اللب.

في عام 1897 ، تمكن عالم الزلازل الألماني E. Wiechert ، الذي درس مرور الموجات الزلزالية عبر الأجزاء الداخلية من الأرض ، من تأكيد افتراض وجود نواة. وفي عام 1910 ، حدد الجيوفيزيائي الأمريكي ب. جوتنبرج عمق موقعه. بعد ذلك ، وُلدت أيضًا فرضيات حول عملية تكوين النواة. من المفترض أنه تم تشكيله نتيجة استقرار العناصر الثقيلة في المركز ، وفي البداية كانت مادة الكوكب متجانسة (غازية).

مما يتكون اللب؟

من الصعب جدًا دراسة مادة لا يمكن الحصول على عيّنتها من أجل دراسة معاييرها الفيزيائية والكيميائية. يجب على العلماء فقط أن يفترضوا وجود خصائص معينة ، وكذلك بنية وتكوين النواة من خلال علامات غير مباشرة. كانت دراسة انتشار الموجات الزلزالية مفيدة بشكل خاص في دراسة الهيكل الداخلي للأرض. تسجل أجهزة قياس الزلازل ، الموجودة في العديد من النقاط على سطح الكوكب ، سرعة وأنواع الموجات الزلزالية العابرة الناتجة عن هزات القشرة الأرضية. كل هذه البيانات تجعل من الممكن الحكم على البنية الداخلية للأرض ، بما في ذلك اللب.

حتى الآن ، يقترح العلماء أن الجزء المركزي من الكوكب غير متجانس. ماذا يوجد في مركز الارض؟ الجزء المجاور للوشاح هو لب سائل ، يتكون من مادة منصهرة. يبدو أنه يحتوي على مزيج من الحديد والنيكل. قادت هذه الفكرة العلماء إلى دراسة النيازك الحديدية ، وهي أجزاء من نوى كويكب. من ناحية أخرى ، فإن سبائك الحديد والنيكل التي تم الحصول عليها لها كثافة أعلى من الكثافة المتوقعة للنواة. لذلك ، يميل العديد من العلماء إلى افتراض أنه يوجد أيضًا عناصر كيميائية أخف في مركز الأرض ، اللب.

يشرح الجيوفيزيائيون أيضًا وجود مجال مغناطيسي من خلال وجود قلب سائل ودوران الكوكب حول محوره. من المعروف أن المجال الكهرومغناطيسي حول الموصل ينشأ عندما يتدفق التيار. تعمل الطبقة المنصهرة المجاورة للوشاح كموصل عملاق يحمل التيار.

الجزء الداخلي من النواة ، على الرغم من درجة حرارته لعدة آلاف من الدرجات ، هو صلب. هذا يرجع إلى حقيقة أن الضغط في وسط الكوكب مرتفع للغاية بحيث تصبح المعادن الساخنة صلبة. يقترح بعض العلماء أن اللب الصلب يتكون من الهيدروجين ، والذي ، تحت تأثير الضغط الهائل ودرجة الحرارة الهائلة ، يصبح مثل المعدن. وهكذا ، ما هو مركز الأرض ، حتى الجيوفيزيائيون لا يزالون غير معروفين على وجه اليقين. ولكن إذا نظرنا إلى المشكلة من وجهة نظر رياضية ، فيمكننا القول إن مركز الأرض يبلغ حوالي 6378 كم. من على سطح الكوكب.

عن طريق ضغط كلتا المادتين بإحكام بالماس ، تمكن العلماء من دفع الحديد المصهور عبر السيليكات. يقول ماو: "يغير هذا الضغط بشكل كبير خصائص التفاعل بين الحديد والسيليكات". - عند الضغط العالي تتشكل "شبكة صهر".

قد يشير هذا إلى أن الحديد انزلق تدريجياً عبر صخور الأرض على مدى ملايين السنين حتى وصل إلى اللب.

في هذه المرحلة ، قد تسأل: كيف نعرف في الواقع حجم النواة؟ لماذا يعتقد العلماء أنه يبدأ على بعد 3000 كيلومتر؟ هناك إجابة واحدة فقط: علم الزلازل.

عندما يحدث الزلزال ، فإنه يرسل موجات صدمة في جميع أنحاء الكوكب. يسجل علماء الزلازل هذه الاهتزازات. كما لو أننا نضرب جانبًا من الكوكب بمطرقة عملاقة ونستمع إلى الضوضاء على الجانب الآخر.

يقول ريدفيرن: "حدث زلزال في تشيلي في الستينيات أعطانا قدرًا هائلاً من البيانات". "جميع محطات الزلازل حول الأرض سجلت صدمات هذا الزلزال."

اعتمادًا على مسار هذه التذبذبات ، فإنها تمر عبر أجزاء مختلفة من الأرض ، وهذا يؤثر على نوع "الصوت" الذي تصدره في الطرف الآخر.

في وقت مبكر من تاريخ علم الزلازل ، أصبح من الواضح أن بعض الاهتزازات كانت مفقودة. كان من المتوقع أن تُرى هذه "الموجات S" في الطرف الآخر من الأرض بعد أن نشأت عند نقطة واحدة ، لكنها لم تكن كذلك. السبب في ذلك بسيط. يتردد صدى الموجات S عبر المواد الصلبة ولا يمكنها السفر عبر السائل.

لابد أنهم اصطدموا بشيء منصهر في مركز الأرض. بعد رسم خرائط مسارات الموجات S ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أنه على عمق حوالي 3000 كيلومتر ، تصبح الصخور سائلة. هذا يشير أيضًا إلى أن اللب بأكمله منصهر. لكن علماء الزلازل كانت لديهم مفاجأة أخرى في هذه القصة.


في الثلاثينيات من القرن الماضي ، اكتشف عالم الزلازل الدنماركي إنجي ليمان أن نوعًا آخر من الموجات ، موجات P ، قد انتقلت بشكل غير متوقع عبر اللب وعثر عليها على الجانب الآخر من الكوكب. تبع ذلك الافتراض فورًا أن اللب ينقسم إلى طبقتين. كان اللب "الداخلي" ، الذي يبدأ على عمق 5000 كيلومتر ، صلبًا. فقط اللب "الخارجي" يذوب.

تم تأكيد فكرة Lehman في عام 1970 عندما أظهرت أجهزة قياس الزلازل الأكثر حساسية أن الموجات P تمر بالفعل عبر اللب ، وفي بعض الحالات ، ترتد عنها في زوايا معينة. لا عجب أن ينتهي بهم الأمر على الجانب الآخر من الكوكب.

ترسل موجات الصدمة أكثر من مجرد زلازل عبر الأرض. في الواقع ، يدين علماء الزلازل بالكثير لتطوير الأسلحة النووية.

يتسبب الانفجار النووي أيضًا في حدوث موجات على الأرض ، لذلك تلجأ الدول إلى علماء الزلازل للحصول على المساعدة أثناء اختبار الأسلحة النووية. خلال الحرب الباردة ، كان هذا مهمًا للغاية ، لذلك تلقى علماء الزلازل مثل ليمان الكثير من الدعم.

كانت الدول المتنافسة تتعلم عن القدرات النووية لبعضها البعض ، وبالتوازي مع ذلك ، كنا نتعلم المزيد والمزيد عن جوهر الأرض. لا يزال علم الزلازل يستخدم للكشف عن التفجيرات النووية اليوم.


الآن يمكننا رسم صورة تقريبية لهيكل الأرض. يوجد لب خارجي منصهر يبدأ في منتصف الطريق تقريبًا إلى مركز الكوكب ، وداخله نواة داخلية صلبة يبلغ قطرها حوالي 1220 كيلومترًا.

لا توجد أسئلة أقل من هذا ، خاصة حول موضوع النواة الداخلية. على سبيل المثال ، ما مدى سخونتها؟ تقول ليدونكا فوكادلو من جامعة كوليدج لندن في المملكة المتحدة ، إن اكتشاف ذلك لم يكن سهلاً ، وقد ظل العلماء يجهدون أدمغتهم لفترة طويلة. لا يمكننا وضع مقياس حرارة هناك ، لذا فإن الخيار الوحيد هو إنشاء الضغط المناسب في المختبر.


في الظروف العادية يذوب الحديد عند درجة حرارة 1538 درجة

في عام 2013 ، أنتجت مجموعة من العلماء الفرنسيين أفضل تقدير حتى الآن. قاموا بتعريض الحديد النقي لضغط نصف ما هو في القلب ، وبدأوا من هذا. تبلغ درجة انصهار الحديد النقي في القلب حوالي 6230 درجة. قد يؤدي وجود مواد أخرى إلى خفض درجة الانصهار قليلاً ، حتى 6000 درجة. لكنها ما زالت أكثر سخونة مما هي على سطح الشمس.

لكونه نوعًا من البطاطس المقلية في جلودها ، فإن قلب الأرض يظل ساخنًا ، وذلك بفضل الحرارة المتبقية من تكوين الكوكب. كما أنه يستخرج الحرارة من الاحتكاك الناتج عن حركة المواد الكثيفة ، وكذلك تحلل العناصر المشعة. يبرد بنحو 100 درجة مئوية كل مليار سنة.

من المفيد معرفة درجة الحرارة هذه لأنها تؤثر على معدل انتقال الاهتزازات عبر النواة. وهذا ملائم ، لأن هناك شيئًا غريبًا في هذه الاهتزازات. تنتقل الموجات P ببطء مفاجئ عبر اللب الداخلي - أبطأ مما لو كانت مصنوعة من الحديد النقي.

يقول فوكادلو: "إن سرعات الموجة التي قاسها علماء الزلازل في الزلازل أقل بكثير مما تشير إليه المحاكاة التجريبية أو الحاسوبية". "لا أحد يعرف حتى الآن سبب ذلك."

من الواضح أن مادة أخرى مخلوطة بالحديد. ربما النيكل. لكن العلماء حسبوا كيف ينبغي أن تنتقل الموجات الزلزالية عبر سبيكة الحديد والنيكل ، ولم يتمكنوا من مطابقة الحسابات مع الملاحظات.

تدرس Vocadlo وزملاؤها حاليًا وجود عناصر أخرى في اللب ، مثل الكبريت والسيليكون. حتى الآن ، لم يتمكن أحد من ابتكار نظرية لتكوين اللب الداخلي ترضي الجميع. مشكلة سندريلا: الحذاء لا يناسب أي شخص. يحاول Vocadlo تجربة مواد اللب الداخلي على الكمبيوتر. إنها تأمل في العثور على مجموعة من المواد ودرجات الحرارة والضغوط التي من شأنها إبطاء الموجات الزلزالية بالكمية المناسبة.


وتقول إن السر يكمن في حقيقة أن اللب الداخلي على وشك الانصهار. نتيجة لذلك ، قد تختلف الخصائص الدقيقة للمادة عن تلك الخاصة بالمادة الصلبة تمامًا. يمكن أن يفسر أيضًا سبب انتقال الموجات الزلزالية بشكل أبطأ من المتوقع.

يقول Vocadlo: "إذا كان هذا التأثير حقيقيًا ، فيمكننا التوفيق بين نتائج فيزياء المعادن ونتائج علم الزلازل". "لا يستطيع الناس فعل ذلك بعد."

لا يزال هناك العديد من الألغاز المتعلقة بجوهر الأرض والتي لم يتم حلها بعد. لكن غير قادرين على الغوص في هذه الأعماق التي لا يمكن تصورها ، فإن العلماء ينجزون إنجازًا باكتشاف ما هو أسفلنا بآلاف الكيلومترات. تعتبر العمليات الخفية لباطن الأرض مهمة للغاية للدراسة. تمتلك الأرض مجالًا مغناطيسيًا قويًا ، يتم إنشاؤه بسبب اللب المنصهر جزئيًا. تولد الحركة المستمرة للنواة المنصهرة تيارًا كهربائيًا داخل الكوكب ، وهو بدوره يولد مجالًا مغناطيسيًا يصل إلى الفضاء بعيدًا.

هذا المجال المغناطيسي يحمينا من الإشعاع الشمسي الضار. إذا لم يكن لب الأرض كما هو ، فلن يكون هناك مجال مغناطيسي ، وسنعاني بشدة من هذا. من غير المحتمل أن يتمكن أي منا من رؤية القلب بأعينه ، لكن من الجيد أن نعرف أنه موجود.

لها تركيبة خاصة تختلف عن تكوين قشرة الأرض التي تغطيها. تم الحصول على البيانات المتعلقة بالتركيب الكيميائي للوشاح من تحليلات الصخور النارية العميقة التي دخلت الآفاق العليا للأرض نتيجة الارتفاعات التكتونية القوية مع إزالة مادة الوشاح. وتشمل هذه الصخور الصخور الفوق قاعدية - dunites ، و peridotites التي تحدث في النظم الجبلية. تنتمي صخور جزر سانت بول في الجزء الأوسط من المحيط الأطلسي ، وفقًا لجميع البيانات الجيولوجية ، إلى مادة الوشاح. تشتمل مادة الوشاح أيضًا على شظايا صخرية جمعتها البعثات الأوقيانوغرافية السوفيتية من قاع المحيط الهندي في منطقة المحيط الهندي ريدج. فيما يتعلق بالتركيب المعدني للوشاح ، يمكن توقع تغيرات مهمة هنا ، بدءًا من الآفاق العليا وانتهاءً بقاعدة الوشاح ، بسبب زيادة الضغط. يتكون الوشاح العلوي بشكل أساسي من السيليكات (زيتون ، بيروكسين ، عقيق) ، وهي مستقرة وضمن ضغوط منخفضة نسبيًا. يتكون الوشاح السفلي من معادن عالية الكثافة.

أكثر مكونات الوشاح شيوعًا هو أكسيد السيليكون في تكوين السيليكات. ولكن عند الضغوط العالية ، يمكن أن تدخل السيليكا في تعديل متعدد الأشكال أكثر كثافة - stishovite. حصل الباحث السوفيتي ستيشوف على هذا المعدن وسمي من بعده. إذا كانت كثافة الكوارتز العادي 2.533 ص / سم 3 ، فإن ستيشوفيت ، المتكون من الكوارتز بضغط 150.000 بار ، بكثافة 4.25 جم / سم 3.

بالإضافة إلى ذلك ، من المحتمل أيضًا إجراء تعديلات معدنية أكثر كثافة لمركبات أخرى في الوشاح السفلي. بناءً على ما سبق ، يمكن الافتراض بشكل معقول أنه مع زيادة الضغط ، تتحلل سيليكات الحديد والمغنيسيوم المعتادة للزيتون والبيروكسين إلى أكاسيد ، والتي تحتوي بشكل فردي على كثافة أعلى من السيليكات ، والتي تتحول إلى استقرار في الوشاح العلوي.

يتكون الوشاح العلوي بشكل أساسي من سيليكات حديدية مغنيسية (أوليفينات ، بيروكسين). يمكن أن تتحول بعض سيليكات الألومينيوم هنا إلى معادن أكثر كثافة مثل العقيق. تحت القارات والمحيطات ، للوشاح العلوي خصائص مختلفة وربما تكوين مختلف. يمكن للمرء أن يفترض فقط أنه في منطقة القارات يكون الوشاح أكثر تمايزًا ويحتوي على كمية أقل من SiO2 بسبب تركيز هذا المكون في قشرة الألومينوسيليكات. تحت المحيطات ، يكون الوشاح أقل تمايزًا. في الوشاح العلوي ، يمكن أن تحدث تعديلات متعددة الأشكال أكثر كثافة للزبرجد الزيتوني مع بنية الإسبينيل ، وما إلى ذلك.

تتميز الطبقة الانتقالية من الوشاح بزيادة ثابتة في سرعات الموجات الزلزالية مع العمق ، مما يشير إلى ظهور تعديلات متعددة الأشكال للمادة. هنا ، من الواضح ، تظهر أكاسيد FeO و MgO و GaO و SiO 2 في شكل wustite و periclase و lime و stishovite. يزيد عددها مع العمق ، بينما تقل كمية السيليكات العادية ، وتقل عن 1000 كم تشكل جزءًا ضئيلًا.

يتكون الوشاح السفلي داخل أعماق 1000-2900 كم تقريبًا بالكامل من أنواع كثيفة من المعادن - أكاسيد ، كما يتضح من كثافته العالية في حدود 4.08-5.7 جم / سم 3. تحت تأثير الضغط المتزايد ، يتم ضغط الأكاسيد الكثيفة ، مما يزيد من كثافتها. من المحتمل أيضًا أن يزيد محتوى الحديد في الوشاح السفلي.

لب الأرض. تعد مسألة التكوين والطبيعة الفيزيائية لجوهر كوكبنا واحدة من أكثر المشكلات إثارة وغموضًا في الجيوفيزياء والكيمياء الجيولوجية. في الآونة الأخيرة فقط كان هناك القليل من التنوير في حل هذه المشكلة.

يتكون اللب المركزي الواسع للأرض ، والذي يحتل المنطقة الداخلية على عمق يزيد عن 2900 كم ، من نواة خارجية كبيرة ونواة داخلية صغيرة. وفقًا للبيانات الزلزالية ، فإن اللب الخارجي له خصائص السائل. لا تنقل الموجات الزلزالية المستعرضة. عدم وجود قوى التماسك بين اللب والغطاء السفلي ، وطبيعة المد والجزر في الوشاح والقشرة ، وخصائص حركة محور دوران الأرض في الفضاء ، تشير طبيعة مرور الموجات الزلزالية التي أعمق من 2900 كم أن اللب الخارجي للأرض سائل.

افترض بعض المؤلفين أن تكوين اللب لنموذج متجانس كيميائيًا للأرض كان سيليكات ، وتحت تأثير الضغط العالي ، انتقلت السيليكات إلى حالة "ممعدنة" ، واكتسبت بنية ذرية تكون فيها الإلكترونات الخارجية شائعة. ومع ذلك ، فإن البيانات الجيوفيزيائية المذكورة أعلاه تتعارض مع افتراض الحالة "الممعدنة" لمادة السيليكات في قلب الأرض. على وجه الخصوص ، لا يمكن أن يكون غياب التماسك بين اللب والغطاء متوافقًا مع لب صلب "ممعدن" ، وهو ما تم افتراضه في فرضية Lodochnikov-Ramsay. تم الحصول على بيانات غير مباشرة مهمة جدًا عن لب الأرض أثناء التجارب على السيليكات تحت ضغط عالٍ. في هذه الحالة وصل الضغط إلى 5 ملايين جهاز صراف آلي. وفي الوقت نفسه ، في مركز الأرض ، يبلغ الضغط 3 ملايين ضغط جوي ، وعند حدود اللب - ما يقرب من 1 مليون ضغط جوي. وهكذا ، تجريبيًا ، كان من الممكن منع الضغوط الموجودة في أعماق الأرض. في هذه الحالة ، بالنسبة للسيليكات ، لوحظ فقط الضغط الخطي بدون قفزة وانتقال إلى حالة "ممعدنة". بالإضافة إلى ذلك ، عند ضغوط عالية وداخل أعماق 2900-6370 كم ، لا يمكن أن تكون السيليكات في حالة سائلة ، مثل الأكاسيد. تزداد نقطة انصهارها مع زيادة الضغط.

تم الحصول على نتائج مثيرة للاهتمام للغاية في السنوات الأخيرة حول تأثير الضغوط العالية جدًا على درجة انصهار المعادن. اتضح أن عددًا من المعادن عند ضغوط عالية (300000 ضغط جوي وما فوق) تدخل في حالة سائلة عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا. وفقًا لبعض الحسابات ، يجب أن تكون سبيكة الحديد مع خليط من النيكل والسيليكون (76٪ Fe ، 10٪ Ni ، 14٪ Si) على عمق 2900 كم تحت تأثير الضغط المرتفع في حالة سائلة بالفعل عند درجة حرارة عالية. درجة حرارة 1000 درجة مئوية ، لكن درجة الحرارة في هذه الأعماق ، وفقًا لتقديرات الجيوفيزيائيين الأكثر تحفظًا ، يجب أن تكون أعلى من ذلك بكثير.

لذلك ، في ضوء البيانات الجيوفيزيائية الحديثة وبيانات فيزياء الضغط العالي ، وكذلك بيانات الكيمياء الكونية التي تشير إلى الدور الرائد للحديد باعتباره أكثر المعادن وفرة في الفضاء ، ينبغي افتراض أن جوهر الأرض يتكون بشكل أساسي من الحديد السائل مع خليط من النيكل. ومع ذلك ، أظهرت حسابات العالم الجيوفيزيائي الأمريكي ف.بيرش أن كثافة لب الأرض أقل بنسبة 10٪ من كثافة سبيكة من الحديد والنيكل عند درجات الحرارة والضغط السائد في اللب. ويترتب على ذلك أن اللب المعدني للأرض يجب أن يحتوي على كمية كبيرة (10-20٪) من نوع ما من الرئة. من بين جميع العناصر الأخف والأكثر شيوعًا ، يعتبر السيليكون (Si) والكبريت (S) الأكثر احتمالية | إن وجود أحدهما أو الآخر يمكن أن يفسر الخصائص الفيزيائية المرصودة لبُلب الأرض. لذلك ، فإن مسألة ماهية مزيج لب الأرض - السيليكون أو الكبريت ، تبين أنها قابلة للنقاش ومرتبطة بالطريقة التي يتشكل بها كوكبنا في الممارسة العملية.

Ridgwood في عام 1958 افترض أن لب الأرض يحتوي على السيليكون كعنصر خفيف ، مجادلاً هذا الافتراض بحقيقة أن السيليكون الأولي بكمية من عدة في المائة من الوزن موجود في الطور المعدني لبعض نيازك كوندريت المختزل (إنستاتيت). ومع ذلك ، لا توجد حجج أخرى لصالح وجود السيليكون في قلب الأرض.

ينبع افتراض وجود الكبريت في قلب الأرض من مقارنة توزيعه في مادة الكوندريت للنيازك وغطاء الأرض. وهكذا ، فإن مقارنة النسب الذرية الأولية لبعض العناصر المتطايرة في خليط من القشرة والعباءة وفي الكوندريت تظهر نقصًا حادًا في الكبريت. في مادة الوشاح والقشرة ، يكون تركيز الكبريت أقل بثلاث مرات من متوسط ​​مادة النظام الشمسي ، والتي تؤخذ على أنها شوندريت.

يتم التخلص من احتمال فقد الكبريت عند درجات الحرارة المرتفعة للأرض البدائية ، نظرًا لأن العناصر الأخرى الأكثر تطايرًا من الكبريت (على سبيل المثال ، H2 في شكل H2O) ، التي تم العثور عليها أقل نقصًا ، ستضيع إلى مستوى أكبر بكثير مدى. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يبرد الغاز الشمسي ، يرتبط الكبريت بالحديد كيميائيًا ويتوقف عن كونه عنصرًا متطايرًا.

في هذا الصدد ، من الممكن تمامًا أن تدخل كميات كبيرة من الكبريت إلى قلب الأرض. وتجدر الإشارة إلى أنه ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، تكون درجة انصهار نظام Fe-FeS أقل بكثير من نقطة انصهار الحديد أو سيليكات الوشاح. لذلك ، عند ضغط 60 كيلو بار ، ستكون نقطة انصهار نظام Fe-FeS (سهل الانصهار) 990 درجة مئوية ، بينما الحديد النقي - 1610 درجة ، وعباءة البيرولايت - 1310. لذلك ، مع زيادة درجة الحرارة في الأمعاء من الأرض المتجانسة في البداية ، سوف يتشكل ذوبان الحديد المخصب بالكبريت أولاً ، وبسبب اللزوجة المنخفضة والكثافة العالية ، سوف يستنزف بسهولة في الأجزاء المركزية من الكوكب ، مكونًا نواة كبريتية حديدية. وبالتالي ، فإن وجود الكبريت في بيئة النيكل والحديد يعمل كتدفق ، مما يقلل من نقطة انصهاره ككل. إن فرضية وجود كميات كبيرة من الكبريت في قلب الأرض جذابة للغاية ولا تتعارض مع جميع البيانات المعروفة في الكيمياء الجيولوجية والكوسموكيمياء.

وهكذا ، فإن الأفكار الحديثة حول طبيعة الجزء الداخلي من كوكبنا تتوافق مع كرة أرضية متمايزة كيميائيًا ، والتي تحولت إلى قسمين مختلفين: عباءة قوية من أكسيد السيليكات الصلب وقاعدة سائلة ، معظمها من المعدن. قشرة الأرض هي أخف قشرة صلبة علوية ، تتكون من سيليكات الألمنيوم ولها أكثر الهياكل تعقيدًا.

بإيجاز ما سبق ، يمكننا استخلاص الاستنتاجات التالية.

1. الأرض لها هيكل منطقي متعدد الطبقات. يتكون من ثلثي غلاف أكسيد السيليكات الصلب - الوشاح وثلث اللب المعدني السائل.
2. تشير الخصائص الرئيسية للأرض إلى أن اللب في حالة سائلة وأن الحديد فقط من المعادن الأكثر شيوعًا مع مزيج من بعض العناصر الخفيفة (على الأرجح الكبريت) قادر على توفير هذه الخصائص.
3. تمتلك الأرض في آفاقها العليا بنية غير متماثلة تغطي القشرة والغطاء العلوي. يكون نصف الكرة المحيطية داخل الوشاح العلوي أقل تمايزًا من نصف الكرة القارية المقابل.

مهمة أي نظرية كونية عن أصل الأرض هي شرح هذه السمات الأساسية لطبيعتها الداخلية وتكوينها.

يتكون قلب الأرض من طبقتين بينهما منطقة حدودية: يصل سمك الغلاف السائل الخارجي للنواة إلى 2266 كيلومترًا ، ويوجد تحته نواة كثيفة ضخمة يصل قطرها وفقًا للتقديرات إلى 1300 كيلومتر. تتميز منطقة الانتقال بسمك غير منتظم وتتصلب تدريجيًا ، وتنتقل إلى اللب الداخلي. على سطح الطبقة العليا ، تبلغ درجة الحرارة حوالي 5960 درجة مئوية ، على الرغم من أن هذه البيانات تعتبر تقريبية.

التركيب التقريبي لللب الخارجي وطرق تحديده

لا يُعرف سوى القليل جدًا عن تكوين الطبقة الخارجية من لب الأرض ، حيث لا يمكن الحصول على عينات للدراسة. العناصر الرئيسية التي يمكن أن يتكون منها اللب الخارجي لكوكبنا هي الحديد والنيكل. توصل العلماء إلى هذه الفرضية نتيجة لتحليل تكوين النيازك ، حيث أن المتجولين من الفضاء هم أجزاء من نوى الكويكبات والكواكب الأخرى.

ومع ذلك ، لا يمكن اعتبار النيازك متطابقة تمامًا في التركيب الكيميائي ، لأن الأجسام الكونية الأصلية كانت أصغر بكثير من حجم الأرض. بعد الكثير من البحث ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن الجزء السائل من المادة النووية مخفف بدرجة عالية بعناصر أخرى ، بما في ذلك الكبريت. وهذا ما يفسر كثافته الأقل من سبائك الحديد والنيكل.

ماذا يحدث في الجزء الخارجي من نواة الكوكب؟

السطح الخارجي لللب عند الحدود مع الوشاح غير متجانس. يقترح العلماء أن لها سماكة مختلفة ، وتشكل نوعًا من الارتياح الداخلي. هذا بسبب الخلط المستمر للمواد العميقة غير المتجانسة. وهي تختلف في التركيب الكيميائي ولها أيضًا كثافات مختلفة ، لذلك يمكن أن يختلف سمك الحدود بين اللب والوشاح من 150 إلى 350 كيلومترًا.

وصف فنتازيا السنوات الماضية في أعمالهم رحلة إلى مركز الأرض عبر كهوف عميقة وممرات تحت الأرض. هل هذا ممكن حقا؟ للأسف ، يتجاوز الضغط على سطح القلب 113 مليون ضغط جوي. هذا يعني أن أي كهف كان سيُضرب بإحكام حتى في مرحلة الاقتراب من الوشاح. وهذا ما يفسر عدم وجود كهوف على كوكبنا أعمق من كيلومتر واحد.

كيف تدرس الطبقة الخارجية للنواة؟

يمكن للعلماء أن يحكموا على شكل اللب وما يتكون منه من خلال مراقبة النشاط الزلزالي. لذلك ، على سبيل المثال ، وجد أن الطبقات الخارجية والداخلية تدور في اتجاهات مختلفة تحت تأثير المجال المغناطيسي. لا يزال جوهر الأرض يحمل عشرات الألغاز التي لم يتم حلها وينتظر اكتشافات أساسية جديدة.

لماذا لا يبرد لب الأرض ويبقى ساخنًا إلى درجة حرارة تقارب 6000 درجة مئوية لمدة 4.5 مليار سنة؟ السؤال معقد للغاية ، علاوة على ذلك ، لا يستطيع العلم إعطاء إجابة دقيقة وواضحة بنسبة 100٪. ومع ذلك ، هناك أسباب موضوعية لذلك.

الكثير من الغموض

الإفراط ، إذا جاز التعبير ، يرتبط سر نواة الأرض بعاملين. أولاً ، لا أحد يعرف على وجه اليقين كيف ومتى وتحت أي ظروف تشكلت - لقد حدث ذلك أثناء تكوين الأرض الأولية أو بالفعل في المراحل الأولى من وجود الكوكب المتشكل - كل هذا لغز كبير. ثانيًا ، من المستحيل تمامًا الحصول على عينات من لب الأرض - بالتأكيد لا أحد يعرف ما يتكون منه. علاوة على ذلك ، يتم جمع جميع البيانات التي نعرفها عن النواة بطرق ونماذج غير مباشرة.

لماذا نواة الأرض تبقى ساخنة؟

لمحاولة فهم سبب عدم تبريد نواة الأرض لفترة طويلة ، تحتاج أولاً إلى معرفة سبب تسخينها في المقام الأول. أحشاءنا ، مثل أي كوكب آخر ، غير متجانسة ، فهي طبقات محددة بوضوح نسبيًا ذات كثافات مختلفة. ولكن لم يكن هذا هو الحال دائمًا: فقد هبطت العناصر الثقيلة ببطء ، مشكلة اللب الداخلي والخارجي ، وأجبرت العناصر الخفيفة على الخروج إلى الأعلى ، وتشكل الوشاح وقشرة الأرض. تستمر هذه العملية ببطء شديد ويرافقها إطلاق حرارة. ومع ذلك ، لم يكن هذا هو السبب الرئيسي للتدفئة. تضغط كتلة الأرض بأكملها بقوة كبيرة على مركزها ، مما ينتج عنه ضغطًا هائلاً يبلغ حوالي 360 جيجا باسكال (3.7 مليون ضغط جوي) ، ونتيجة لذلك تحلل العناصر المشعة طويلة العمر الموجودة في قلب الحديد والسيليكون والنيكل بدأت تحدث ، والتي كانت مصحوبة بانبعاثات حرارة هائلة.

مصدر إضافي للتدفئة هو الطاقة الحركية المتولدة نتيجة الاحتكاك بين طبقات مختلفة (تدور كل طبقة بشكل مستقل عن الأخرى): اللب الداخلي مع الخارجي والجزء الخارجي مع الوشاح.

أحشاء الكوكب (لم يتم استيفاء النسب). يعمل الاحتكاك بين الطبقات الداخلية الثلاث كمصدر إضافي للتدفئة.

بناءً على ما سبق ، يمكننا أن نستنتج أن الأرض ، وعلى وجه الخصوص ، أحشاءها هي آلة مكتفية ذاتيًا تقوم بتسخين نفسها. لكنه لا يمكن أن يستمر بشكل طبيعي إلى الأبد: مخزونات العناصر المشعة داخل القلب تختفي ببطء ولن يتبقى شيء للحفاظ على درجة الحرارة.

الجو بارد!

في الواقع ، بدأت عملية التبريد منذ وقت طويل جدًا ، لكنها تسير ببطء شديد - بجزء بسيط من درجة في كل قرن. وفقًا للتقديرات التقريبية ، سيستغرق الأمر ما لا يقل عن مليار سنة حتى يبرد اللب تمامًا ويوقف التفاعلات الكيميائية والتفاعلات الأخرى فيه.

اجابة قصيرة:الأرض ، ولا سيما نواة الأرض ، هي آلة مكتفية ذاتيًا تسخن نفسها. تضغط الكتلة الكاملة للكوكب على مركزها ، وتنتج ضغطًا هائلًا وبالتالي تبدأ عملية تحلل العناصر المشعة ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الحرارة.