что греет ядро земли
Почему Земля внутри горячая и совершенно не остывает
Ядро Земли — самая загадочная часть нашей планеты. Информации о нем практически нет. Все данные приблизительны, так как получены косвенными геофизическими или геохимическими методами. Доподлинно известно одно — оно горячее и не остывает на протяжении уже более 4,5 млрд лет.
Высокая температура внутри планеты обусловлена первородными характеристиками ядра и его постоянным подогревом. Температура держится на отметке около 5000–6000 °C из-за распада радиоактивных элементов во внешней жидкой части ядра. Благодаря гравитации повышается давление ближе к центру планеты. Но вклад ее в разогрев внутренностей Земли мал, поскольку температура жидкостей и твердынь с изменением давления практически не меняется.
Когда земля формировалась, она в целом имела высокую температуру и была от основания до поверхности жидкой. Все «тяжелые» элементы утопали в ней, постепенно доплывая до центральных областей. Ученые провели несколько опытов с элементами, находящимися в ядре, и выяснили, что уран-238 погружался и продвигася к ядру планеты почти с такой же скоростью, с которой кусок базальта тонет в воде. В результате все тяжелые элементы постепенно осели, железное ядро приобрело свою плотность, которая равна 12,5 г/см3. Для сравнения плотность железа — 7,874 г/см3.
После оседания началась стадия распада радиоактивных элементов урана-238 и тория-232. Именно эти реакции поддерживают жар в железном ядре планеты уже миллиарды лет, компенсируя выход на поверхность первичного тепла.
«Двойное дно»
Известно, что ядро Земли сформировано из двух частей — внешней и внутренней. Внутренняя часть твердая, состоит из застывшего сплава железа и никеля, а также нескольких легких элементов. Она залегает в самом центре сферы на удалении 5100 км от поверхности и имеет радиус 1220 км.
Внешнее ядро располагается в 2900 км от поверхности Земли и имеет толщину примерно 2200 км. Этот слой состоит из железа, никеля и тяжелых веществ, которые подвергаются постоянному распаду.
Считается, что внутренняя твердая сфера постоянно увеличивается, потому что внешнее кипящее ядро при соприкосновении с более холодным внутренним затвердевает. Есть гипотезы о том, что вся планета постепенно остывает, на 100°C за 1 млн лет. Но это не предполагает гибель Земли, по крайней мере в ближайшие несколько миллиардов лет, но когда-нибудь сердцевина все же остынет.
Теория распада подтверждена
Гипотеза о том, что Земля внутри горячая из-за радиоактивного распада урана-238 и тория-232 рассматривается учеными как достоверная и доказанная. К этим выводам еще в 2005 году пришли специалисты американо-японской коллаборации KamLAND. Им удалось обнаружить антинейтрино, испускаемые при распаде атомных ядер и поднимающиеся из глубин планеты.
Исходя из числа антинейтрино, выходящих на поверхность, ученые сделали вывод, что мощность распада атомных ядер составляет 16 тераватт. Это восполняет около половины рассеянного Землей тепла. Конечно, любое космическое тело остывает, и это научно доказано. Но Земля еще полна внутреннего жара, поэтому нам и нашим предкам в 1000-м поколении переживать по этому поводу совершенно не зачем.
Что будет, если ядро Земли остынет?
В центре нашей планеты скрывается огненный железный шар, окруженный океаном кипящего жидкого металла. Приветствуем вас в ядре Земли. По температуре приравнивается к поверхности Солнца. Но что произойдет, если земное ядро внезапно остынет?
Сможет ли планета функционировать с замерзшим ядром? Или Земля превратится в еще один безжизненный камень, парящий в космическом пространстве?
Важно понимать, что земное ядро еще с момента формирования постепенно остывает. Если говорить точнее, то с каждым миллиардом лет температура сокращается на 100°C. Однако там все еще жарко – 6000°C.
Планетарные уровни, отображающие внутренне и внешнее ядро, мантию и кору
Никто из нас не стремится оказаться в центре Земли, потому что вы просто сгорите. Хотя, если бы внутри все остыло, то можно устроить интересную экскурсию. Но смогли бы мы вообще выжить с остывшим ядром?
Существует несколько условий для появления и развития жизни. Одно из них – магнитное поле. Это щит от всех разновидностей опасного космического излучения и смертельных солнечных частиц. Поэтому солнечные ветры не могут уничтожить наш атмосферный слой (хотя очень стараются).
И вот здесь назревает проблема, ведь магнитное поле генерируется горячим вращающимся земным ядром. При вращении планеты две части ядра (внутреннее твердое и внешнее жидкое) двигаются с разными скоростями, генерируя электрические токи, вырабатывающие геомагнитное поле.
Структура магнитного поля Земли
Если ядро остынет, то планета простится с магнитным полем. А теперь готовьтесь к ужасным последствиям. Если нет магнитного поля, то нет и атмосферного слоя. В общем, выжившие смогли бы наблюдать трансформацию Земли в холодный и пустынный Марс.
Хотелось бы посоветовать успокоиться и глубоко вздохнуть, но здесь это смогут лишь обладатели скафандров и кислородных масок. Ядро больше не нагревает планету, породы, воду и газ, поэтому Земля начнет остывать.
Вулканы потеряют активность, поэтому континенты перестанут отдаляться, а человечество навсегда забудет о землетрясениях. Но радоваться осталось не долго, если вы не успеете оборудовать специальные колонии или скрыться под поверхностью, где можно защититься от опасного космического излучения. Правда придется запастись кислородом и теплыми вещами.
Поэтому советуем успеть погрузить вещи на космический корабль и отправиться искать лучшее место для жизни. Возможно, в нашей гипотетической катастрофе на Марсе уже создали комфортные условия. Будем надеяться, потому что без запасного места жительства не обойтись.
Когда остынет ядро Земли? О температуре слово скажем
Температура ядра Земли
О температуре на поверхности ядра Земли принято говорить, что предположительно она достигает 6230±500 K (5960±500°C), в плотность центре ядра может составлять около 12,5 т/м³, а давление до 3,7 млн атм (375 ГПа).
Когда в ядре Земли «закончится топливо»?
Центр диска превратился в Солнце, а частицы во внешних кольцах превратились в большие огненные шары из газа и расплавленной жидкости, которые охлаждались и конденсировались, принимая твердую форму.
В то же время поверхность новообразованной планеты подвергалась постоянной бомбардировке крупными телами, врезавшимися в планету, производя огромное тепло внутри нее и плавя обнаруженную там космическую пыль.
Это позволило расплавленному каменному веществу Земли двигаться еще быстрее. Относительно плавучий материал, такой как силикаты, вода и даже воздух, оставался близко к внешней части планеты и стал ранней мантией и корой. Капельки железа, никеля и других тяжелых металлов тяготели к центру Земли, образуя раннее ядро. Этот процесс назвали планетарной дифференциацией.
В отличие от богатой минералами коры и мантии, ядро, как полагают, почти полностью состоит из металла, а именно железа и никеля. В то время как внутреннее ядро считается твердым шаром с радиусом около 1220 км, с температурой поверхности 5430°С; внешнее ядро, скорее всего, представляет собой слой жидкости толщиной около 2400 км и температурой в диапазоне от 2730°C до 7730°C.
Невероятно горячее
Считается, что ядро раскалено из-за распада радиоактивных элементов, оставшегося тепла от планетарного образования и тепла, выделяемого при затвердевании жидкого внешнего ядра вблизи его границы с внутренним ядром.
Образование Земли произошло в то время, когда Солнечная система была полна энергии. В младенчестве метеориты постоянно бомбардировали формирующуюся планету, вызывая чрезмерную силу трения.
Как долго прослужит ядро Земли?
Хотя начальное тепло в значительной степени рассеялось, другая форма тепла продолжает нагревать мантию и кору Земли.
Естественно, радиоактивные материалы существуют в больших количествах глубоко под землей, причем некоторые из них находятся вокруг земной коры. В процессе естественного распада радиоактивного материала выделяется тепло.
Дело в том, что если на Земле тепло преимущественно первичное, то оно остынет значительно быстрее. Однако, если тепло создается в основном из-за радиоактивного распада, то тепло Земли, вероятно, продлится намного дольше.
Частицы геонейтрино или почему важна температура ядра Земли
Ядро Земли поддерживает стабильную температуру, но, что более важно, магнитное поле Земли остается на месте. Оно создается движением внешнего ядра из расплавленного металла.
Набор заряженных частиц отклоняет и захватывает солнечный ветер, не позволяя ему лишить Землю атмосферы. Без него наша планета была бы бесплодной и безжизненной. Считается, что на Марсе когда-то был пояс Ван Аллена, который защищал его и от смертоносного ветра Солнца. Однако, как только ядро остыло, оно потеряло свой щит.
В процессе работы детектор может обнаруживать частицы антинейтрино, при их сталкиновении с атомами водорода внутри устройства наблюдаются две яркие вспышки. Подсчитав количество столкновений, ученые могут определить количество атомов урана и тория, которые остались внутри нашей планеты.
После того, как будут собраны данные об антинейтрино за три года со всех пяти детекторов, планирую разработать точный датчик уровня топлива Земли. Подсчитав, насколько быстро планета остыла с момента своего рождения, можно будет рассчитать «количество оставшегося топлива» внутри Земли, любые сделанные оценки, вероятно, дойдут до сотен миллионов, возможно, миллиардов лет.
Так что нет необходимости строить планы по переезду на новую планету в ближайшее время. Хотя, и забывать о процесах, происходящих в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли не стоит.
Раскрыта загадка внутреннего ядра Земли
Ученые раскрыли загадку формирования земного ядра, окруженного оболочкой из расплавленного железа. Оказалось, что теплопроводность железа допускает остывание центра Земли не менее 1-1,3 миллиарда лет назад. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Магнитное динамо Земли создается за счет конвекции расплавленного железа во внешнем ядре. Она приводится в действие двумя механизмами: тепловой конвекцией, вызванной колебаниями температуры, и композиционной конвекцией, при которой легкие элементы, высвобождаемые на границе внутреннего ядра, поднимаются через жидкое внешнее ядро. Однако до кристаллизации твердого ядра в ядре Земли была возможна только тепловая конвекция.
Исследователи поставили эксперимент, в ходе которого изучили теплопроводность железа при давлении и температуре, которые характерны для ядра. Это позволило оценить количество тепла, идущего от внешнего ядра к внутренней мантии. Образец железа нагрели с помощью лазера, а для создания экстремального давления использовали алмазную наковальню. Давление в ядре Земли колеблется от 135 до 330 гигапаскалей от внешней границы до границы внутреннего ядра, а температура достигает 3,7-4,7 тысячи градусов Цельсия.
Теплопроводность железа в таких условиях играет важную роль при остывании и кристаллизации внутреннего ядра. Оказалось, что отток тепла соответствует верхней границе времени остывания ядра, составляющей более миллиарда лет назад. Присутствие магнитных материалов в породах, датируемых 1-1,5 миллиарда лет назад, показывает, что примерно в это же время произошло увеличение напряженности магнитного поля.
Что греет ядро земли
Земля уже существует 4 миллиарда 600 миллионов лет. Долгое время, и все же, по какой-то причине, её поверхность не остыла и до сих пор удивляет активностью. Внутренности многих планет остаются горячими из-за ядерных реакций, а точнее радиогенных процессов. В случае Земли это в основном распады изотопов урана, тория и калия.
Как быстро камень может остыть? Даже если он достаточно процветающий, скажем, размером с планету?
Миллионов, не говоря уже о миллиардах лет, должно быть более чем достаточно, чтобы полностью охладить и укрепить его. Это вызвано нашей интуицией, поддерживаемой вторым непобедимым законом термодинамики. Мы все знаем, что каждое тело отдает тепло своему окружению, и каждый костер должен когда-нибудь погаснуть. Тем не менее, несмотря на здравый смысл, «вечное тепло», похоже, царит глубоко под поверхностью земной коры. Итак, давайте посмотрим на саму суть нашей планеты.
Никель-железный шар диаметром 7 тыс. километров, объединяющий почти 1/3 массы всего земного шара, остается постоянно освещенным до температуры свыше 5,5 тыс. С. Через 4,6 миллиарда лет внутренняя часть нашей планеты все еще генерирует густые тераватты энергии и горит немного меньше, чем поверхность Солнца. И пусть не будет никаких сомнений, что тепло от мантии и ядра протекает максимально, даже в процессе конвекции.
Расплавленное вещество под нашими ногами неутомимо поднимается, отдавая часть температуры, затем сгущается и снова начинает падать к центру. Однако это не относится к самому внутреннему ядру. Несмотря на огромные температуры достаточных для плавного плавления любого металла, давление удерживает их в форме твердого вещества.
Планеты не имеют достаточной массы (или в нашем случае достаточного количества топлива), чтобы обеспечить необходимые условия для поддержания синтеза. Однако у нас есть примеси тяжелых радиоактивных изотопов, которые легко подвергаются самопроизвольному распаду, что сопровождается выделением определенных порций энергии.
Любознательные читатели могут задаться вопросом, откуда, черт возьми, мы знаем о ядерных реакциях, происходящих совершенно за пределами нашего поля зрения. Действительно, это довольно необычно, потому что большая часть современных геологических моделей была создана с использованием нейтринных детекторов, а точнее электронных антинейтрино. Чаще всего мы связываем эти крошечные проникающие частицы с космическими источниками (например, солнечными нейтрино), но их излучение сопровождает многие физические явления, особенно отдельные ядерные распады.
Следует отметить еще два факта
Прежде всего, наши теории о тепловом балансе Земли не являются полными и все еще оставляют место для обсуждения. Радиоактивность — мощная сила, но, вероятно, не ответственная за всю произведенную энергию. Во-вторых, распады изотопов происходят в мантии нашей планеты, но не в ядре. По мнению физиков и геологов, уран, торий и калий практически отсутствуют в самом ядре Земли, поэтому все радиогенное тепло должно подниматься немного выше.
Так каков правильный ответ на заглавный вопрос?
Кажется, что ядро фактически горит исходным теплом, которое является реликтом после рождения планеты. Тем не менее, оно не остыло, потому что оно остается завернутым в толстый слой расплавленных пород, постоянно нагреваемых ядерными распадами. Поэтому мантию можно рассматривать здесь даже не как обычное одеяло, а как электрическое одеяло с собственным источником нагрева.
Означает ли все это, что Земля никогда не замерзнет?
Конечно нет, но процесс охлаждения её интерьера невероятно медленный. Учитывая скорость тепловыделения и все остальное, ядру понадобится от 55 до 90 миллиардов лет, чтобы полностью затвердеть. Потому что высокая температура и конвекционные движения миллиардов тонн расплавленного железа являются условием существования магнитосферы Земли.