Формування ядра - раздел Геология, Геодинаміка
Перш За Все Питання Про Щільність. Ще У 1939 Році В. Лодочнік...
Перш за все питання про щільність. Ще у 1939 році В. Лодочніков, великий вчений Ленінградського гірничого інституту, подав цікаву думку про те, що щільність речовини, яка складає земну кулю, збільшується за глибиною під впливом ваги порід, що залягають вище, які спричиняють тиск в сотні тисяч і навіть мільйони атмосфер на породи, що залягають нижче, але не внаслідок зміни складу речовини.
Дійсно, з фізичної точки зору, гіпотеза про зміни щільності під тиском, тобто про перехід речовини з одного агрегатного стану в інший не викликає принципових заперечень. Роботи В. Магницького, Б. Давидова, 1955;
Рисунок 1.17 – Будова ядра Землі (за М. Боттом, 1978)
Р. Рамзея, Г. Джеффриса, П. Бриджмена, М. Воларовича і багатьох інших фізиків і геофізиків [4, 6, 12, 20] показали, що під впливом високого тиску перехід іонних кристалів силікатів в металічну фазу – процес досить реальний і повинен здійснюватися в надрах Землі: “Земна речовина переходить в щільну металічну фазу при тому тискові, який панує на границі земного ядра (біля 140000 атм)” [Б. Левин, 1955].Відповідно повинні змінюватися і властивості речовини (в тому числі і пружність). Тому В.Лодочніков пропонував пояснити поведінку сейсмічних хвиль в глибинах Землі “ущільненням тіл від навантаження породами, що залягають вище без будь-якої зміни речовинного складу цих тіл” [32].
Більше того, оскільки такий фазовий перехід здійснюється стрибкоподібно (що витікає із фізичної сутності процесу), то знаходить собі задовільне пояснення наявність різкої границі розділу (I роду) між проміжною оболонкою та ядром, де властивості речовини – щільність, швидкість сейсмічних пружних хвиль – змінюються, дійсно, стрибком (рис. 1.18). Останнє важко пояснити зміною складу, тому що просте перемішування, або диференціація речовини під впливом сили тяжіння “повинна була б”, як писав В.Лодочніков, “виявлятися в поступовій, а не в стрімкоподібній зміні складу”. “Хоча ці зміни щільності під навантаженням, - писав далі В.Лодочніков, - відбуваються поступово, але це здійснюється до визначеної точки переходу з одного стану в інший, і якою б не була якість такого переходу з однієї кристалічної модифікації в іншу або із кристалічного стану в аморфний, або, зрештою, відбуватиметься зміна знайомого нам агрегатного стану на новий, нам невідомий, - всі такі зміни мусять відбуватися саме стрибками, дискретно, подібно тому, як це спостерігається нами при зміні різних агрегатних станів, іноді при цьому кількох, на земній поверхні”.
Гіпотеза про фазовий перехід пояснює зміни щільності, що спостерігаються, так і наявність різкої поверхні розподілу, що відділяє ядро. Таким чином можна вирішити питання і про природу границі внутрішнього ядра (рис. 1.19). Є й інші міркування щодо правильності існування залізного ядра.
Новітні дані про середній склад метеоритів показують, що доля Fe в них по відношенню до всієї маси речовини метеоритів складає приблизно 15% і не перевищує у всякому випадку 23% (за розрахунками П. Чирвинського, 1949, Б. Левина та А. Старикової, 1955). Між іншим, щоби заповнити залізом ядро, ця доля повинна перевищувати одну третю. Таким чином заліза, яке вміщують метеорити, очевидно, недостатньо для утворення земного ядра того об’єму і маси, які встановлені достеменно.
Рисунок 1.18 – Розподіл швидкостей за Гутенбергом для хвиль P та S (суцільні криві) і Джеффрисом (тільки Р, точкова крива) (за М. Боттом, 1978)
Рисунок 1.19 – Вірогідне насичення границі внутрішнього ядра, як границі ствердіння при тиску, що збільшується (за даними М. Ботта). 1 – крива плавлення; 2 – фактична температура
Труднощі виникають також при спробі пояснити розшарування Землі і концентрацію заліза в ядрі за допомогою процесу гравітаційної диференціації. Припустімо, що заліза достатньо. Але йому необхідно якимось чином скупчитися в центрі Землі, протікати в ядро. Яким же саме чином? Можна уявити собі тільки один спосіб – гравітаційна диференціація речовини, тобто просування вниз важких включень заліза під впливом сили тяжіння серед загальної маси кам’янистої речовини. В’язкість оболонки відома. Вона близька до 1022 (Пуаз) г/см/сек. При такій в’язкості, як показав Е. Люстих (1948), занурення важких включень відбувається вкрай повільно. Наприклад, залізне включення поперечником в 1 м буде занурюватися зі швидкістю 5 см за 1 млрд. років, тобто буде практично нерухомим. В цих умовах процес концентрації заліза в ядрі потребує таких тривалих періодів часу, якими навіть геологія не оперує.
Іноді йшлося про те, що наявність і властивості магнітного поля, що спостерігається на поверхні Землі, можна пояснити тільки феромагнітними властивостями залізного ядра. Однак в подальшому з’ясувалося, що температура глибинних частин земної кулі перевищує так звану точку Кюрі (t = 600 0С), тобто досягає таких значень, що це спричиняє втрати залізом своїх магнітних властивостей.
А. Калашніков, який проводив дослідження з цього питання (1955), прийшов до висновку, що існує певна ізотермічна поверхня, яка відповідає точці Кюрі , поділяє Землю на дві частини: феромагнітну оболонку товщиною лише 30-50 км і парамагнітну, в якій немає намагнічених часток речовини. Головне ж магнітне поле Землі обумовлено не магнітними властивостями речовини ядра, а циркуляцією в середині Землі електричних зарядів.
Відзначимо, що, нарешті, ця гіпотеза про залізне ядро не дає задовільного пояснення, яким чином залізо та нікель опинилися неокисленими таким сильним та широко розповсюдженим окислювачем, як кисень (на що звернув увагу В. Магницький) [20].
Звернемо увагу на те, що уявлення про фазовий перехід добре пояснює відсутність щільних ядер у Марса, Меркурія, Місяця; маса яких недостатня, щоб тиск в середині досяг необхідної “критичної” точки. Лише Венера, близька за своїми розмірами і масою до Землі, володіє щільним ядром.
Після тривалого панування ідеї про ядро, яке складене з Fe-Ni, настала, ймовірно, епоха інших уявлень, а саме – речовина ядра володіє властивостями металів. На цій підставі його можна називати металічним, але воно складається не тільки із заліза, в ньому заліза не більше, ніж в проміжній або перидотитовій оболонках (писав Г. Горшков, 1962). Не можна залишити поза увагою існування гіпотези від початкової гідридної Землі, яку висунув та детально обгрунтував В Ларін і доповнив А Скляров [22].
На сьогоднішній день існує теорія, згідно з якою Земля утворилася в процесі диференціації речовини. Утворення ядра повинно було вивільнити велику кількість гравітаційної енергії внаслідок концентрації Fe-Ni фази, яка має високу щільність в центрі Землі. Також незначна кількість енергії повинна була виділитися при утворенні кори з мантії [10].
Частина енергії, яка утворилася при формуванні ядра, перейшла в енергію пружних напружень, тобто концентрація щільної речовини в центрі збільшує силу тяжіння в середині Землі та призводить до подальшого стискування речовини. За аналогією зі складом метеоритів первинна Земля могла складатися із суміші силікатів з високою точкою плавлення і малою щільністю та металічної Fe-Ni фази з більш низькою точкою плавлення і більшою щільністю. В міру поступового розігріву Землі температура плавлення Fe-Ni фази досягає границі зовнішньої оболонки, яка охолоджується завдяки теплопровідності. Глибина цього процесу складає 400 км. На цій глибині утворився тонкий шар з рідкої Fe-Ni речовини і твердих силікатів. Більш щільна рідка фаза посувається до центру Землі шляхом схожим на інтрузію магми, але навпаки у зворотному напрямку.
Час формування ядра залежить від того, які радіоактивні ізотопи були основним джерелом першочергового розігріву Землі: тривало існуючих або коротко існуючих. Якщо процес утворення Землі продовжувався протягом 1 млрд. років після завершення синтезу ядер таких коротко існуючих ізотопів, як Al26, то їх розпад міг дати достатньо тепла для утворення ядра Землі. На цей процес пішло би кілька мільйонів років після утворення Землі. Але якщо для формування Землі знадобилося більше часу, тоді коротко існуючі ізотопи розпалися ще до того, як підвищилася температура в надрах Землі. У цьому випадку Земля отримала би тепло в результаті розпаду тривало існуючих ізотопів V, Th, K. Тоді початок утворення земного ядра затримався би на час від 400 млн. років після утворення Землі.
Аналіз існуючих гіпотез формування ядра за короткий і тривалий час дає підстави дотримуватись уявлень про порівняно швидке формування ядра на ранньому етапі історії Землі.
Внаслідок утворення ядра диференціацією речовини температура на великих глибинах мала би подвоїтися. При цьому встановився б новий тепловий режим, який би міг призвести до виникнення більш ефективних методів переносу тепла в надрах Землі. Це, в свою чергу, мало би викликати початок формування кори.
Університет нафти і газу... О М Трубенко О Р Стельмах Геодинаміка...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Формування ядра
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Петрофізичні властивості земних надр
Земна куля в межах, які доступні для спостереження, складається, як відомо, з кількох оболонок – атмосфери, гідросфери та літосфери. Остання є самою верхньою кам’яною оболонкою Земл
Первинна речовина Землі
Одним з головних геологічних методів вивчення є метод безпосереднього спостереження та всебічного дослідження речовини, яка складає земну кору. Він базується на вивченні розрізів ша
Характеристика геосфер
Земна кора. Ця геосфера складає невелику частку від загальної маси Землі. За потужністю та складом виділяють три типи земної кори:
Континентальна кора характе
Фізичні властивості геосфер
Відсутність прямих даних про щільність речовини глибинних геосфер Землі обумовлює необхідність використання непрямих, наприклад, сейсмологічних даних.
Із загальних уявлень
Хімічний склад земних надр
Щодо питання первинної речовини Землі, то, згідно з космічною теорією, планети Сонячної системи, в тому числі і Земля, утворилися з газово-пилової хмари шляхом акреції речовини цієї
Диференціація речовини геосфер Землі
Які ж основні дані, що можуть бути використані при вивченні хімічного складу Землі в цілому? Їх небагато.
По – перше, хімічний склад земної кори. Але не слід забувати, що в
Питання для самоперевірки
1 Дайте визначення науки “Геодинаміка”?
2 Яку роль відіграє “Геодинаміка” серед інших наук геологічного циклу?
3 Які методи дослідження застосовує “Геодинаміка”?
4 Яку ро
Джерела теплового поля Землі
До групи поверхневих факторів теплового поля можна, по-перше, віднести випромінювання Сонця. Земля отримує дуже малу дозу випромінювання, лише одну двомільярдну його частину, що визначається порівн
Характеристика глибинного теплового поля
Особливої уваги заслуговує вивчення глибинних джерел теплового поля Землі. Справа в тому, що глибинне тепло нашої планети пов’язане з джерелами її внутрішньої енергії. Остання прояв
Проблема походження глибинного теплового поля Землі
Ця проблема досить складна сама по собі. Вона тісно пов’язана з іншими невирішеними до кінця проблемами – походження Землі, особливостей її внутрішньої будови, хімічного складу, тощ
Температура надр Землі
Вивчення фактичного розподілення температури Землі в значній мірі ускладнюється її варіаціями в доступній для вимірювання частині земної кори і загальною слабкістю вивчення мантії т
Питання для самоперевірки
1 Назвіть основні джерела теплової енергії геосфер Землі?
2 Дайте визначення теплового потоку?
3 Як змінюється температура за глибиною?
4 Назвіть методи дослідження тепло
Хімічний склад ядра
З чого складається ядро земної кулі? В світлі міркувань та цифр, викладених в попередніх лекціях, вирішення цього питання не було б дуже важким, але насправді є набагато складнішим ніж уявлялося.
Ббудова ядра
Ядро займає область від центру Землі до глибини 2900 км. Радіус границі, яка поділяє ядро і мантію 3470 км. Об’єм ядра складає 16% від об’єму Землі, маса – 31% від маси Землі. Основ
Магнітне поле Землі
В 1950 році було встановлено, що походження головного магнітного поля Землі пов’язане течією речовини у зовнішньому ядрі. Згідно з аналізом геомагнітного поля Землі можна сказати, щ
Питання для смоперевірки
1 Гіпотези утворення ядра Землі.
2 Будова ядра Землі.
3 В якому стані знаходяться речовина в ядрі Землі?
4 Який склад речовини ядра Землі?
5 Назвіть основні фізи
Склад та властивості мантії
Ключовою проблемою фізики мантії є проблема про фізичну природу шару “С” (при досить однорідному складі шарів “В” і “D”), який характеризується ненормально швидким зростанням швидко
Верхня мантія
Верхня мантія включає підкоркову частину літосфери та астеносферу (шар Гутенберга). Вона відокремлена від середньої мантії границею розподілу на глибині 410км. При переході через гр
Середня мантія
Середня мантія (шар Голицина) відокремлюється від нижньої на глибині 950-1000км. Нижче цієї границі швидкість сейсмохвиль плавно нарощується і для повздовжніх складає 9-11,4 км/с, д
Нижня мантія
Нижня мантія простежується до глибини 2900 км (границя Віхерта-Гутенберга). Тут різко зменшується швидкість повздовжніх хвиль з 12.6 до 8.1 км/с.
В основі границі нижньої м
Склад мантії та її властивості
Існує, як уже відзначалося вище, теорія “хондритової моделі” Землі. Хондрити мають ультраосновний склад. Вони вміщують в середньому 46% олівіну, 25% піроксену, 11% плагіоклазу, 12%
Проблеми повзучості та в’язкості
Важливим параметром фізичної моделі Землі є в’язкість. Питання існування течій в надрах Землі вимагає до вибору фізичних параметрів, які б визначали закони таких течій. В загальному сенсі ці параме
Характеристика тектоносфери
Літосфера та астеносфера – поняття, які відіграють велику роль у сучасній геофізиці та геології. Зовнішній жорсткий шар Землі називається літосферою, під нею розташований розм’якшен
Питання для самоперевірки
1 Будова мантії.
2 Властивості мантії.
3 Назвіть сучасні геодинамічні моделі будови мантії.
4 Який стан речовини мантії?
5 Який розподіл щільності, температур та
Тектонічні гіпотези в історії геології
Уява про механізм рухів і деформацій земної кори займала думки людей ще з античних часів, а, може, ще й раніше. Але взаємозв’язок тектонічних і магматичних процесів залишався не сві
Тектонічні рухи
Важливішим питанням геодинаміки є вивчення проявлень і механізмів тектонічної активності Землі. Які ж причини тектонічних рухів? Які джерела енергії спричиняють тектонічні процеси?
Теорія пограничних шарів при тепловій конвекції
Конвективні рухи в конденсованому середовищі, газі та плазмі широко розповсюджені в природі, техніці та побуті. Конвекція є складним гідродинамічним явищем. Зародження науки про кон
Питання для самоперевірки
1 Які геотектонічні гіпотези Ви знаєте?
2 Сучасна геотектонічна модель Землі.
3 Що стало головними положеннями при створенні теорії тектоніки плит?
4 Дайт
Границі літосфери
Земна кора разом з твердою частиною шару Гутенберга утворює єдиний жорсткий шар, який лежить на астеносфері, який називають літосферою. По суті, літосфера є своєрідною
Класифікація плит
Згідно з концепцією тектоніки плит, жорсткий поверхневий шар літосфери зазнає сильних деформацій і тільки вздовж відносно вузьких лінійних рухомих поясів. Ці рухомі пояси, які склад
Гіпотеза спредінгу і субдукції
Важливою ідеєю на шляху до тектоніки плит була гіпотеза спредінга – розсування океанічного дна вбоки від серединно-океанічних хребтів, які охоплюють усю земну кулю (Хесс, 1960 р.; Д
Основні положення концепції спредінгу ложа океанів
Основні положення цієї концепції зводяться до такого:
1. Земна кора і сама верхня частина мантії – це є пружна і відносно крихка верхня оболонка Землі – літосфера, яка підс
Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери
Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери того чи іншого регіону земної кулі складається з двох етапів: океаногенезу і континентогенезу (рис. 2.19 а, б).
Перший етап под
Геодинамічні процеси, пов’язані з океаногенезом
Океаногенез характеризується дробленням і деструкцією раніше існуючої кори, переважно континентального типу, за рахунок процесів рифтогенезу і формування нової кори океанічного типу
Геодинамічні процеси, пов’язані з континентогенезом
Континентогенез характеризується зміщенням і нарощуванням товщини континентальної кори.
Епіокеанічна стадія відзначається формуванням і зростом гірськоскладчастих споруд (орогенна ф
Землетруси
В зонах підвищеної тектонічної активності напружений стан земної кори розвантажується у формі землетрусів. Під землетрусом прийнято розуміти коливання земної кори, які викликані рух
Розповсюдження землетрусів
Землетруси на земній кулі розповсюджені нерівномірно, основна їх маса концентрується в особливих зонах, які називаються сейсмічними поясами. Найбільш крупний з них Тихоокеанський се
Внутрішня структура і механізм дії вулканів
Сукупність всіх геологічних процесів, силою яких є магма, як відомо, називається магматизмом.
Магма (гр. – месиво, бруд) являє собою природний, найчастіше силікатний, вогня
Природа геодинамічних процесів та методи вивчення
Для платформних областей характерними є (порівняно з геосинклінальними областями) менші швидкості вертикальних і горизонтальних рухів, відсутність або слабка активність сучасних зем
Повзучість та її динаміка
Процес повзучості – це є поступове зміщення грунтів на схилах без розриву суцільності деформуючого геологічного тіла, яке відбувається під дією сили тяжіння і супутніх зовнішніх факторів: пе
Процеси зсуву та їх різновиди
Зсув, або зсувний процес – це є процес зміщення частини гірських порід (грунтів) під впливом перш за все сили тяжіння на більш низький гіпсометричний рівень при збереж
Гіпотези утворення Землі
Перерахуємо кілька сучасних успіхів геофізики. Палеомагнітні дослідження створили тверду основу для теорії континентального дрейфу, хоча ще зовсім недавно ця теорія була предметом п
Основні геотектонічні гіпотези
Геологічні та геофізичні дані свідчать про наявність суттєвих, принципових відмінностей в особливостях будови і розвитку земної кори (і літосфери в цілому) різних ділянок нашої план
Глибинні процеси землі та їх поверхневі прояви
Наприкінці 60-х років в основному склався теоретичний фундамент для розуміння явищ і процесів, пов’язаних з континентальним дрейфом. Останньою і найважливішою гіпотезою, яку висунул
Тектоніка плит
Згідно з теорією тектоніки плит, зовнішня оболонка Землі розділена на ряд жорстких плит, які рухаються одна відносно до іншої. Швидкості їх відносного руху за порядком величини скла
Тектоніка плюмів
Протягом двох десятиліть в геофізиці широко обговорюється питання: чи охоплює конвекція всю мантію, чи мантійний матеріал циркулює у верхньому і нижньому її шарах окремо, ніколи не
Роль континентів у динаміці Землі
Довгий час поширеною була думка, що рух плит визначається головним чином тепловою конвекцією в мантії. При цьому вважалося, що континенти пасивно дрейфують під дією в’язких течій і
Вертикальні рухи всередині континентів
Висхідні потоки речовини мантії сильно розтягують континентальну літосферу, але часом не в змозі розірвати її. В даному випадку над висхідним мантійним плюмом утворюються впадини, я
Питання для самоперевірки
1 Назвіть основні теорії та гіпотези утворення і еволюції Землі.
2 Які гіпотези та відкриття вчених стали основою для створення теорії тектоніки плит?
3 Які геолог
Механізм дії зсувів
Геодинаміка зсувного процесу перш за все визначається структурно-тектонічними умовами і літолого-петрографічними характеристиками геологічних тіл, які деформуються. Тому існує різниця між зсувами у
Механізм дії завалів та осипів
Завали, або завальний процес – це обрушення частини гірських порід масиву з короткочасним їх відривом при падінні від нерухомої основи. Вони часто відбуваються разом із зсувами.
Карстові і суфозійні процеси
Карстові і суфозійні процеси пов’язані з діяльністю підземних вод. Вони проявляються у розчинності грунтів або у вигляді цементаціних зв’язків між їх частками, в механічному переміщ
Питання для самоперевірки
1 Які особливості ендогенних геодинамічних процесів?
2 Що розуміють під терміном процес повзучості?
3 Як поділяються зсувні процеси по місцю прояву?
4 Поясніть механізм д
Перелік Використаних джерел
1 Куровець М.І., Гунька Н.Н. Основи геології/ Підручник для вузів. - Львів, 1997.– 694с.
2 Гунька Н.Н., Куровець М.І. Загальна геологія/ Підручник для вузів. - Івано-Франкі
Сейсмологічна модель Землі
Сильний землетрус породжує об'ємні хвилі, які пронизують тіло планети, як би освітлюючи його зсередини. Подібно променю світла сейсмічний промінь підкоряється законам оптичної оптик
Сейсмічна модель будови Землі
Широко відома модель внутрішньої будови Землі (розподіл її на ядро, мантію і земну кору) розроблена сейсмологами Г. Джеффрисом і Б. Гутенбергом ще в першій половині XX століття. Вир
Методи геодинамічних досліджень
Геотермічна розвідка (терморозвідка) об’єднує фізичні методи дослідження природного теплового поля Землі з метою вивчення ландшафтів, термічного режиму земної кори і верхньої мантії
Теплового поля Землі
Джерелами теплового поля Землі є процеси, що протікають в її надрах, і теплова енергія Сонця. До внутрішніх джерел тепло відносить радіогенне тепло, яке створюється завдяки розпаду
В земній корі
Нижче за нейтральний шар температура порід підвищується в середньому на 30 0С при зануренні на кожні 100 м. Це пояснюється наявністю регіонального теплового потоку від дж
Локальний тепловий потік
Джерела локальних теплових потоків, що викликають аномалії температур, різноманітні: наявність багаторічно мерзлих порід, тобто могутніх (до сотень метрів) товщ з негативними темпер
Регіональні термічні дослідження
Сутність регіональних термічних досліджень зводиться до високоточного (погрішність не більше 0,01 0С) неодноразовому вимірюванню температур або їх приростів в глибоких св
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов