როგორ ჩამოყალიბდა დედამიწის ბირთვი: ჩვენი პლანეტის სტრუქტურა. დედამიწის ბირთვის ფორმირება დედამიწის ბირთვი ყველაზე ცხელი და მკვრივია

როცა გასაღებებს გამდნარი ლავის ნაკადში ჩააგდებ, დაემშვიდობე მათ, რადგან, ძმაო, ეს ყველაფერია.
- ჯეკ ჰენდი

ჩვენი პლანეტის დათვალიერებისას შეამჩნევთ, რომ მისი ზედაპირის 70% წყლით არის დაფარული.

ჩვენ ყველამ ვიცით, რატომ არის ეს ასე: რადგან დედამიწის ოკეანეები ცურავს კლდეებზე და ჭუჭყზე, რომლებიც ქმნიან მიწას. ძაბვის კონცეფცია, რომლის დროსაც ნაკლებად მკვრივი ობიექტები ცურავს უფრო მჭიდროზე, რომელიც ქვემოთ იძირება, ხსნის ბევრად მეტს, ვიდრე უბრალოდ ოკეანეები.

იგივე პრინციპი, რომელიც განმარტავს, თუ რატომ ცურავს ყინული წყალში, ჰელიუმის ბუშტი ამოდის ატმოსფეროში და კლდეები იძირება ტბაში, განმარტავს, რატომ არის პლანეტა დედამიწის ფენები მოწყობილი ისე, როგორც არის.

დედამიწის ყველაზე ნაკლებად მკვრივი ნაწილი, ატმოსფერო, ცურავს წყლის ოკეანეებზე, რომლებიც ცურავს დედამიწის ქერქის ზემოთ, რომელიც ზის უფრო მჭიდრო მანტიის ზემოთ, რომელიც არ იძირება დედამიწის ყველაზე მჭიდრო ნაწილში: ქერქი.

იდეალურ შემთხვევაში, დედამიწის ყველაზე სტაბილური მდგომარეობა იქნებოდა ისეთი, რომელიც იდეალურად განაწილებული იქნებოდა ფენებად, როგორც ხახვი, ცენტრში ყველაზე მკვრივი ელემენტებით, და როცა გარედან მოძრაობთ, ყოველი მომდევნო ფენა შედგებოდა ნაკლებად მკვრივი ელემენტებისაგან. და ყოველი მიწისძვრა, ფაქტობრივად, პლანეტას ამ მდგომარეობისკენ მიიყვანს.

და ეს ხსნის არა მხოლოდ დედამიწის, არამედ ყველა პლანეტის სტრუქტურას, თუ გახსოვთ, საიდან გაჩნდა ეს ელემენტები.

როდესაც სამყარო ახალგაზრდა იყო - სულ რაღაც რამდენიმე წუთის ასაკი - მხოლოდ წყალბადი და ჰელიუმი არსებობდა. სულ უფრო მძიმე ელემენტები იქმნებოდა ვარსკვლავებში და მხოლოდ მაშინ, როცა ეს ვარსკვლავები კვდებოდნენ, უფრო მძიმე ელემენტები გაიქცნენ სამყაროში, რაც ვარსკვლავების ახალი თაობის ფორმირების საშუალებას მისცემდა.

მაგრამ ამჯერად, ყველა ამ ელემენტის ნარევი - არა მხოლოდ წყალბადი და ჰელიუმი, არამედ ნახშირბადი, აზოტი, ჟანგბადი, სილიციუმი, მაგნიუმი, გოგირდი, რკინა და სხვა - ქმნის არა მხოლოდ ვარსკვლავს, არამედ პროტოპლანეტურ დისკს ამ ვარსკვლავის გარშემო.

შიგნიდან ზეწოლა ჩამოყალიბებულ ვარსკვლავში უბიძგებს მსუბუქ ელემენტებს გარეთ, ხოლო გრავიტაცია იწვევს დისკის დარღვევებს და პლანეტების ფორმირებას.

მზის სისტემის შემთხვევაში, ოთხი შიდა სამყარო ყველაზე მკვრივია სისტემის ყველა პლანეტას შორის. ვერცხლისწყალი შედგება ყველაზე მკვრივი ელემენტებისაგან, რომლებიც ვერ იკავებენ წყალბადის და ჰელიუმის დიდ რაოდენობას.

სხვა პლანეტებმა, უფრო მასიური და მზიდან შორს (და შესაბამისად მისი გამოსხივების ნაკლებს) შეძლეს ამ ულტრა მსუბუქი ელემენტების მეტის შენარჩუნება - ასე წარმოიქმნა გაზის გიგანტები.

ყველა სამყაროზე, ისევე როგორც დედამიწაზე, საშუალოდ, ყველაზე მკვრივი ელემენტები კონცენტრირებულია ბირთვში, ხოლო მსუბუქი ელემენტები მის გარშემო სულ უფრო ნაკლებ მკვრივ ფენებს ქმნიან.

გასაკვირი არ არის, რომ რკინა, ყველაზე სტაბილური ელემენტი და უმძიმესი ელემენტი, რომელიც დიდი რაოდენობით შეიქმნა სუპერნოვაების კიდეზე, არის ყველაზე უხვი ელემენტი დედამიწის ბირთვში. მაგრამ, ალბათ, გასაკვირია, რომ მყარ ბირთვსა და მყარ მანტიას შორის არის 2000 კმ-ზე მეტი სისქის თხევადი ფენა: დედამიწის გარე ბირთვი.

დედამიწას აქვს სქელი თხევადი ფენა, რომელიც შეიცავს პლანეტის მასის 30%-ს! და მისი არსებობის შესახებ საკმაოდ გენიალური მეთოდით გავიგეთ - მიწისძვრებიდან წარმოშობილი სეისმური ტალღების წყალობით!

მიწისძვრების დროს იბადება ორი ტიპის სეისმური ტალღები: ძირითადი შეკუმშვის ტალღა, რომელიც ცნობილია როგორც P- ტალღა, რომელიც მოძრაობს გრძივი ბილიკის გასწვრივ.

და მეორე ათვლის ტალღა, რომელიც ცნობილია როგორც S- ტალღა, ზღვის ზედაპირზე ტალღების მსგავსი.

სეისმურ სადგურებს მთელს მსოფლიოში შეუძლიათ აიღონ P- და S- ტალღები, მაგრამ S- ტალღები არ მოძრაობენ სითხეში და P- ტალღები არა მხოლოდ სითხეში მოძრაობენ, არამედ ირღვევა!

შედეგად, ჩვენ შეგვიძლია გავიგოთ, რომ დედამიწას აქვს თხევადი გარე ბირთვი, რომლის გარეთ არის მყარი მანტია, ხოლო შიგნით არის მყარი შიდა ბირთვი! სწორედ ამიტომ დედამიწის ბირთვი შეიცავს უმძიმეს და მკვრივ ელემენტებს და ასე ვიცით, რომ გარე ბირთვი თხევადი შრეა.

მაგრამ რატომ არის გარე ბირთვი თხევადი? ყველა ელემენტის მსგავსად, რკინის მდგომარეობა, იქნება ეს მყარი, თხევადი, აირი თუ სხვა, დამოკიდებულია რკინის წნევასა და ტემპერატურაზე.

რკინა უფრო რთული ელემენტია, ვიდრე ბევრს მიჩვეული. რა თქმა უნდა, მას შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული კრისტალური მყარი ფაზა, როგორც ეს მოცემულია გრაფიკში, მაგრამ ჩვენ არ გვაინტერესებს ჩვეულებრივი წნევა. ჩვენ ჩავდივართ დედამიწის ბირთვში, სადაც წნევა მილიონჯერ აღემატება ზღვის დონეს. როგორ გამოიყურება ფაზის დიაგრამა ასეთი მაღალი წნევისთვის?

მეცნიერების მშვენიერი ის არის, რომ მაშინაც კი, თუ თქვენ არ გაქვთ პასუხი კითხვაზე დაუყოვნებლივ, დიდია შანსი, რომ ვინმემ უკვე ჩაატარა კვლევა, რომელიც შეიძლება მიგვიყვანოს პასუხამდე! ამ შემთხვევაში, არენსმა, კოლინზმა და ჩენმა 2001 წელს იპოვეს პასუხი ჩვენს კითხვაზე.

და მიუხედავად იმისა, რომ დიაგრამაზე ნაჩვენებია გიგანტური წნევა 120 გპა-მდე, მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ატმოსფერული წნევა მხოლოდ 0,0001 გპა-ს შეადგენს, ხოლო შიდა ბირთვში წნევა 330-360 გპა-ს აღწევს. ზედა მყარი ხაზი გვიჩვენებს საზღვარს დნობის რკინის (ზედა) და მყარი რკინის (ქვედა) შორის. შენიშნეთ, როგორ აკეთებს მკვეთრი ხაზი ბოლოში მკვეთრად ზემოთ?

იმისთვის, რომ რკინა დნება 330 გპა წნევაზე, საჭიროა უზარმაზარი ტემპერატურა, მზის ზედაპირზე გაბატონებული ტემპერატურის შესადარებელი. დაბალი წნევის დროს იგივე ტემპერატურა ადვილად შეინარჩუნებს რკინას თხევად მდგომარეობაში, ხოლო მაღალ წნევაზე - მყარ მდგომარეობაში. რას ნიშნავს ეს დედამიწის ბირთვის თვალსაზრისით?

ეს ნიშნავს, რომ როდესაც დედამიწა გაცივდება, მისი შიდა ტემპერატურა ეცემა, მაგრამ წნევა უცვლელი რჩება. ანუ, დედამიწის ფორმირების დროს, დიდი ალბათობით, მთელი ბირთვი თხევადი იყო და როგორც გაცივდა, შიდა ბირთვი იზრდება! და ამ პროცესში, ვინაიდან მყარ რკინას უფრო მაღალი სიმკვრივე აქვს, ვიდრე თხევადი, დედამიწა ნელ-ნელა იკუმშება, რაც იწვევს მიწისძვრებს!

ამრიგად, დედამიწის ბირთვი თხევადია, რადგან ის საკმარისად ცხელია რკინის დნობისთვის, მაგრამ მხოლოდ საკმარისად დაბალი წნევის მქონე რეგიონებში. როგორც დედამიწა დაბერდება და გაცივდება, უფრო და უფრო მეტი ბირთვი ხდება მყარი და დედამიწა ოდნავ იკუმშება!

თუ ჩვენ გვინდა ვიყუროთ შორს მომავალზე, შეგვიძლია ველოდოთ იგივე თვისებების გამოჩენას, რაც მერკურიზეა დაფიქსირებული.

ვერცხლისწყალი თავისი მცირე ზომის გამო უკვე გაცივდა და მნიშვნელოვნად შეკუმშვა და ასობით კილომეტრის სიგრძის მოტეხილობები გაჩნდა გაგრილების გამო შეკუმშვის აუცილებლობის გამო.

რატომ აქვს დედამიწას თხევადი ბირთვი? იმიტომ რომ ჯერ არ გაციებულა. და ყოველი მიწისძვრა არის დედამიწის მცირე მიდგომა მის საბოლოო, გაცივებულ და სრულიად მყარ მდგომარეობამდე. მაგრამ არ ინერვიულოთ, ამ მომენტამდე დიდი ხნით ადრე მზე აფეთქდება და ყველა, ვისაც იცნობთ, ძალიან დიდი ხნით მკვდარი იქნება.

დედამიწა, მზის სისტემის სხვა სხეულებთან ერთად, ჩამოყალიბდა ცივი გაზისა და მტვრის ღრუბლისგან მისი შემადგენელი ნაწილაკების აკრეციის გზით. პლანეტის გაჩენის შემდეგ დაიწყო მისი განვითარების სრულიად ახალი ეტაპი, რომელსაც მეცნიერებაში ჩვეულებრივ პრე-გეოლოგიურს უწოდებენ.
პერიოდის სახელწოდება განპირობებულია იმით, რომ წარსული პროცესების ყველაზე ადრეული მტკიცებულება - ცეცხლოვანი ან ვულკანური ქანები - არ არის ძველი ვიდრე 4 მილიარდი წელი. მათი შესწავლა დღეს მხოლოდ მეცნიერებს შეუძლიათ.
დედამიწის განვითარების წინა გეოლოგიური ეტაპი ჯერ კიდევ მრავალი საიდუმლოებით არის სავსე. იგი მოიცავს 0,9 მილიარდი წლის პერიოდს და ახასიათებს პლანეტაზე გავრცელებული ვულკანიზმი გაზებისა და წყლის ორთქლის გამოყოფით. სწორედ ამ დროს დაიწყო დედამიწის მთავარ გარსებად - ბირთვად, მანტიაში, ქერქად და ატმოსფეროში გამოყოფის პროცესი. ვარაუდობენ, რომ ეს პროცესი ჩვენი პლანეტის მეტეორიტების ინტენსიური დაბომბვით და მისი ცალკეული ნაწილების დნობით იყო პროვოცირებული.
დედამიწის ისტორიაში ერთ-ერთი მთავარი მოვლენა იყო მისი შიდა ბირთვის ჩამოყალიბება. ეს ალბათ მოხდა პლანეტის განვითარების წინა გეოლოგიურ სტადიაზე, როდესაც მთელი მატერია ორ მთავარ გეოსფეროდ იყო დაყოფილი - ბირთვი და მანტია.
სამწუხაროდ, სანდო თეორია დედამიწის ბირთვის ფორმირების შესახებ, რომელიც დადასტურდება სერიოზული სამეცნიერო ინფორმაციით და მტკიცებულებებით, ჯერ არ არსებობს. როგორ ჩამოყალიბდა დედამიწის ბირთვი? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად მეცნიერები ორ მთავარ ჰიპოთეზას გვთავაზობენ.
პირველი ვერსიით, მატერია დედამიწის გაჩენისთანავე იყო ერთგვაროვანი.
ის მთლიანად შედგებოდა მიკრონაწილაკებისგან, რომლებიც დღეს მეტეორიტებშია შესაძლებელი. მაგრამ გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ეს პირველადი ერთგვაროვანი მასა დაიყო მძიმე ბირთვად, რომელშიც მთელი რკინა მოედინებოდა და უფრო მსუბუქ სილიკატურ მანტიად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, გამდნარი რკინის წვეთები და თანმხლები მძიმე ქიმიური ნაერთები დასახლდა ჩვენი პლანეტის ცენტრში და იქ ჩამოაყალიბა ბირთვი, რომელიც დღემდე ძირითადად მდნარი რჩება. როდესაც მძიმე ელემენტები დედამიწის ცენტრისკენ მიისწრაფოდნენ, მსუბუქი წიდები, პირიქით, მიცურავდნენ ზემოთ - პლანეტის გარე ფენებისკენ. დღეს ეს მსუბუქი ელემენტები ქმნიან ზედა მანტიას და ქერქს.
რატომ მოხდა მატერიის ასეთი დიფერენცირება? ითვლება, რომ მისი ფორმირების პროცესის დასრულებისთანავე, დედამიწამ დაიწყო ინტენსიური დათბობა, პირველ რიგში, ნაწილაკების გრავიტაციული დაგროვების დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო, ასევე ინდივიდუალური ქიმიური ნივთიერებების რადიოაქტიური დაშლის ენერგიის გამო. ელემენტები.
პლანეტის დამატებით გათბობას და რკინა-ნიკელის შენადნობის წარმოქმნას, რომელიც თავისი მნიშვნელოვანი სპეციფიკური სიმძიმის გამო თანდათან ჩაიძირა დედამიწის ცენტრში, ხელი შეუწყო სავარაუდო მეტეორიტის დაბომბვას.
თუმცა, ეს ჰიპოთეზა გარკვეულ სირთულეებს აწყდება. მაგალითად, სრულიად გაუგებარია, როგორ შეძლო რკინა-ნიკელის შენადნობამ, თუნდაც თხევად მდგომარეობაში, დაეშვა ათას კილომეტრზე მეტი და მიაღწია პლანეტის ბირთვის რეგიონს.
მეორე ჰიპოთეზის შესაბამისად, დედამიწის ბირთვი ჩამოყალიბდა რკინის მეტეორიტებისგან, რომლებიც შეეჯახა პლანეტის ზედაპირს, მოგვიანებით კი იგი გადაიზარდა ქვის მეტეორიტების სილიკატური გარსით და ჩამოაყალიბა მანტია.

ამ ჰიპოთეზაში არის სერიოზული ხარვეზი. ამ სიტუაციაში, რკინისა და ქვის მეტეორიტები ცალ-ცალკე უნდა არსებობდეს გარე სივრცეში. თანამედროვე კვლევებმა აჩვენა, რომ რკინის მეტეორიტები შეიძლება აღმოცენებულიყო მხოლოდ პლანეტის სიღრმეში, რომელიც დაიშალა მნიშვნელოვანი წნევის ქვეშ, ანუ ჩვენი მზის სისტემის და ყველა პლანეტის ჩამოყალიბების შემდეგ.
პირველი ვერსია უფრო ლოგიკური ჩანს, რადგან ის ითვალისწინებს დინამიურ საზღვარს დედამიწის ბირთვსა და მანტიას შორის. ეს ნიშნავს, რომ მათ შორის მატერიის დაყოფის პროცესი შეიძლება გაგრძელდეს პლანეტაზე ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, რითაც დიდ გავლენას მოახდენს დედამიწის შემდგომ ევოლუციაზე.
ამრიგად, თუ საფუძვლად ავიღებთ პლანეტის ბირთვის ფორმირების პირველ ჰიპოთეზას, მატერიის დიფერენციაციის პროცესი დაახლოებით 1,6 მილიარდი წელი გაგრძელდა. გრავიტაციული დიფერენციაციისა და რადიოაქტიური დაშლის გამო უზრუნველყოფილი იყო მატერიის გამოყოფა.
მძიმე ელემენტები ჩაიძირა მხოლოდ იმ სიღრმეზე, რომლის ქვემოთაც ნივთიერება იმდენად ბლანტი იყო, რომ რკინა ვეღარ ჩაიძირა. ამ პროცესის შედეგად წარმოიქმნა გამდნარი რკინისა და მისი ოქსიდის ძალიან მკვრივი და მძიმე რგოლოვანი ფენა. იგი მდებარეობდა ჩვენი პლანეტის პირველყოფილი ბირთვის მსუბუქი მასალის ზემოთ. შემდეგ, მსუბუქი სილიკატური ნივთიერება გამოწურეს დედამიწის ცენტრიდან. უფრო მეტიც, ის გადაადგილდა ეკვატორზე, რაც შესაძლოა პლანეტის ასიმეტრიის დასაწყისს ნიშნავდა.
ვარაუდობენ, რომ დედამიწის რკინის ბირთვის ფორმირების დროს მოხდა პლანეტის მოცულობის მნიშვნელოვანი შემცირება, რის შედეგადაც მისი ზედაპირი ახლა შემცირდა. მსუბუქი ელემენტები და მათი ნაერთები, რომლებიც ზედაპირზე „მიცურავდნენ“, ქმნიდნენ თხელ პირველად ქერქს, რომელიც, ისევე როგორც ყველა ხმელეთის პლანეტა, შედგებოდა ვულკანური ბაზალტებისგან, რომლებიც დაფარულია ნალექის სქელი ფენით.
თუმცა, შეუძლებელია ცოცხალი გეოლოგიური მტკიცებულებების პოვნა წარსული პროცესების შესახებ, რომლებიც დაკავშირებულია დედამიწის ბირთვისა და მანტიის ფორმირებასთან. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, პლანეტა დედამიწაზე უძველესი ქანები დაახლოებით 4 მილიარდი წლისაა. სავარაუდოდ, პლანეტის ევოლუციის დასაწყისში, მაღალი ტემპერატურისა და წნევის გავლენის ქვეშ, პირველადი ბაზალტები მეტამორფოზდა, დნება და გარდაიქმნება ჩვენთვის ცნობილ გრანიტ-გნაისის ქანებად.
რა არის ჩვენი პლანეტის ბირთვი, რომელიც, სავარაუდოდ, დედამიწის განვითარების ადრეულ ეტაპზე ჩამოყალიბდა? იგი შედგება გარე და შიდა ჭურვისაგან. მეცნიერული ვარაუდების მიხედვით, 2900-5100 კმ სიღრმეზე არის გარე ბირთვი, რომელიც თავისი ფიზიკური თვისებებით ახლოსაა თხევადთან.
გარე ბირთვი არის გამდნარი რკინისა და ნიკელის ნაკადი, რომელიც კარგად ატარებს ელექტროენერგიას. სწორედ ამ ბირთვს უკავშირებენ მეცნიერები დედამიწის მაგნიტური ველის წარმოშობას. დარჩენილი 1270 კმ უფსკრული დედამიწის ცენტრამდე უკავია შიდა ბირთვს, რომელიც 80% რკინას და 20% სილიციუმის დიოქსიდს შეადგენს.
შიდა ბირთვი მძიმე და ცხელია. თუ გარეგანი პირდაპირ დაკავშირებულია მანტიასთან, მაშინ დედამიწის შიდა ბირთვი თავისთავად არსებობს. მის სიმტკიცეს, მიუხედავად მაღალი ტემპერატურისა, უზრუნველყოფს პლანეტის ცენტრში არსებული გიგანტური წნევა, რომელსაც შეუძლია 3 მილიონ ატმოსფეროს მიაღწიოს.
შედეგად, მრავალი ქიმიური ელემენტი გარდაიქმნება მეტალურ მდგომარეობაში. აქედან გამომდინარე, ვარაუდობდნენ კიდეც, რომ დედამიწის შიდა ბირთვი შედგება მეტალის წყალბადისგან.
მკვრივი შიდა ბირთვი სერიოზულ გავლენას ახდენს ჩვენი პლანეტის სიცოცხლეზე. მასში კონცენტრირებულია პლანეტარული გრავიტაციული ველი, რომელიც იცავს სინათლის გაზის ჭურვებს, დედამიწის ჰიდროსფეროსა და გეოსფეროს ფენებს გაფანტვისგან.
ალბათ, ასეთი ველი დამახასიათებელი იყო ბირთვისთვის პლანეტის ჩამოყალიბების მომენტიდან, როგორიც არ უნდა ყოფილიყო მისი ქიმიური შემადგენლობა და სტრუქტურა მაშინ. მან ხელი შეუწყო წარმოქმნილი ნაწილაკების ცენტრისკენ შეკუმშვას.
მიუხედავად ამისა, ბირთვის წარმოშობა და დედამიწის შიდა სტრუქტურის შესწავლა ყველაზე აქტუალური პრობლემაა მეცნიერებისთვის, რომლებიც მჭიდროდ არიან ჩართულნი ჩვენი პლანეტის გეოლოგიური ისტორიის შესწავლაში. ამ საკითხის საბოლოო გადაწყვეტამდე ჯერ კიდევ დიდი გზაა გასავლელი. სხვადასხვა წინააღმდეგობების თავიდან ასაცილებლად, თანამედროვე მეცნიერებამ მიიღო ჰიპოთეზა, რომ ბირთვის ფორმირების პროცესი დედამიწის ფორმირებასთან ერთად დაიწყო.

რატომ არ გაცივდა დედამიწის ბირთვი და გაცხელდა დაახლოებით 6000°C ტემპერატურამდე 4,5 მილიარდი წლის განმავლობაში? კითხვა უკიდურესად რთულია, რაზეც, უფრო მეტიც, მეცნიერება 100%-ით ზუსტ და გასაგებ პასუხს ვერ გასცემს. თუმცა, ამას ობიექტური მიზეზები აქვს.

გადაჭარბებული საიდუმლოება

დედამიწის ბირთვის გადაჭარბებული, ასე ვთქვათ, საიდუმლო ორ ფაქტორთან არის დაკავშირებული. ჯერ ერთი, არავინ იცის ზუსტად როგორ, როდის და რა ვითარებაში ჩამოყალიბდა - ეს მოხდა პროტო-დედამიწის ფორმირების დროს ან უკვე ჩამოყალიბებული პლანეტის არსებობის ადრეულ ეტაპზე - ეს ყველაფერი დიდი საიდუმლოა. მეორეც, დედამიწის ბირთვიდან ნიმუშების მიღება აბსოლუტურად შეუძლებელია - არავინ იცის დანამდვილებით რისგან შედგება. უფრო მეტიც, ყველა მონაცემი, რაც ვიცით ბირთვის შესახებ, გროვდება არაპირდაპირი მეთოდებისა და მოდელების გამოყენებით.

რატომ რჩება დედამიწის ბირთვი ცხელი?

იმის გასაგებად, თუ რატომ არ გაცივდება დედამიწის ბირთვი ამდენი ხნის განმავლობაში, ჯერ უნდა გაიგოთ, რამ გამოიწვია მისი გახურება თავდაპირველად. ჩვენი პლანეტის ინტერიერი, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა პლანეტის, ჰეტეროგენულია, ისინი წარმოადგენენ შედარებით მკაფიოდ გამოკვეთილ სხვადასხვა სიმკვრივის ფენებს. მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ იყო: მძიმე ელემენტები ნელ-ნელა იძირებოდა და ქმნიდა შიდა და გარე ბირთვს, ხოლო მსუბუქი ელემენტები იძულებით ავიდა ზევით, ქმნიდა მანტიას და დედამიწის ქერქს. ეს პროცესი მიმდინარეობს უკიდურესად ნელა და თან ახლავს სითბოს გამოყოფას. თუმცა, ეს არ იყო გათბობის მთავარი მიზეზი. დედამიწის მთელი მასა უზარმაზარი ძალით იჭერს მის ცენტრს, წარმოქმნის ფენომენალურ წნევას დაახლოებით 360 GPa (3,7 მილიონი ატმოსფერო), რის შედეგადაც ხდება რკინა-სილიკონ-ნიკელის ბირთვში შემავალი ხანგრძლივი რადიოაქტიური ელემენტების დაშლა. დაიწყო წარმოქმნა, რასაც თან ახლდა სითბოს კოლოსალური ემისიები.

გათბობის დამატებითი წყაროა კინეტიკური ენერგია, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა ფენებს შორის ხახუნის შედეგად (თითოეული ფენა ბრუნავს მეორისგან დამოუკიდებლად): შიდა ბირთვი გარესთან და გარე - მანტიით.

პლანეტის ინტერიერი (პროპორციები არ არის დაცული). ხახუნი სამ შიდა ფენას შორის არის გათბობის დამატებითი წყარო.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ დედამიწა და კერძოდ მისი ნაწლავები არის თვითკმარი მანქანა, რომელიც თბება. მაგრამ ეს, ბუნებრივია, სამუდამოდ არ შეიძლება გაგრძელდეს: ბირთვის შიგნით რადიოაქტიური ელემენტების მარაგი ნელ-ნელა ქრება და აღარ იქნება არაფერი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად.

ცივა!

სინამდვილეში, გაგრილების პროცესი უკვე დაწყებულია ძალიან დიდი ხნის წინ, მაგრამ ის მიმდინარეობს უკიდურესად ნელა - საუკუნეში ერთი გრადუსით. უხეში შეფასებით, მინიმუმ 1 მილიარდი წელი გავა, სანამ ბირთვი მთლიანად გაცივდება და მასში ქიმიური და სხვა რეაქციები შეწყდება.

Მოკლე პასუხი:დედამიწა და, კერძოდ, დედამიწის ბირთვი, არის თვითკმარი მანქანა, რომელიც თბება. პლანეტის მთელი მასა იჭერს მის ცენტრს, წარმოქმნის ფენომენალურ წნევას და ამით იწვევს რადიოაქტიური ელემენტების დაშლის პროცესს, რის შედეგადაც სითბო გამოიყოფა.

ხალხმა შეავსო დედამიწა. ჩვენ დავიპყრეთ მიწები, გავფრინდით ჰაერში, ჩავძირეთ ოკეანის სიღრმეში. მთვარესაც კი ვესტუმრეთ. მაგრამ ჩვენ არასოდეს ვყოფილვართ პლანეტის ბირთვში. ჩვენ არც კი მივუახლოვდით მას. დედამიწის ცენტრალური წერტილი არის 6000 კილომეტრით ქვემოთ, ბირთვის ყველაზე შორი ნაწილიც კი 3000 კილომეტრით არის ჩვენს ფეხქვეშ. ყველაზე ღრმა ხვრელი, რომელიც ჩვენ ზედაპირზე გავაკეთეთ, არის ეს და მაშინაც კი, ის ღრმად ჩადის დედამიწაში 12,3 კილომეტრის მანძილზე.

დედამიწაზე ყველა ცნობილი მოვლენა ზედაპირთან ახლოს ხდება. ვულკანებიდან ამოფრქვეული ლავა ჯერ რამდენიმე ასეული კილომეტრის სიღრმეზე დნება. ბრილიანტიც კი, რომლის ფორმირებისთვის უკიდურესი სითბო და წნევაა საჭირო, 500 კილომეტრზე მეტი სიღრმის კლდეებში იბადება.

ქვემოთ ყველაფერი საიდუმლოებით არის მოცული. მიუწვდომელი ჩანს. და მაინც, ჩვენ ვიცით საკმაოდ ბევრი საინტერესო რამ ჩვენი ბირთვის შესახებ. ჩვენ წარმოდგენაც კი გვაქვს, თუ როგორ ჩამოყალიბდა ის მილიარდობით წლის წინ - ეს ყველაფერი ერთი ფიზიკური ნიმუშის გარეშე. როგორ მოვახერხეთ ამდენი რამის გაგება დედამიწის ბირთვის შესახებ?

პირველი ნაბიჯი არის დედამიწის მასაზე კარგად დაფიქრება, ამბობს საიმონ რედფერნი დიდი ბრიტანეთის კემბრიჯის უნივერსიტეტიდან. ჩვენ შეგვიძლია შევაფასოთ დედამიწის მასა პლანეტის გრავიტაციის გავლენას ზედაპირზე არსებულ ობიექტებზე დაკვირვებით. აღმოჩნდა, რომ დედამიწის მასა 5,9 სექსტილიონი ტონაა: ეს არის 59, რასაც მოჰყვება ოცი ნული.

მაგრამ ზედაპირზე ასეთი მასის კვალი არ არის.

„დედამიწის ზედაპირზე მასალის სიმკვრივე გაცილებით დაბალია, ვიდრე მთელი დედამიწის საშუალო სიმკვრივე, რაც გვეუბნება, რომ არის რაღაც უფრო მკვრივი“, ამბობს რედფერნი. "ეს არის პირველი."

არსებითად, დედამიწის მასის უმეტესი ნაწილი პლანეტის ცენტრისკენ უნდა იყოს განლაგებული. შემდეგი ნაბიჯი არის იმის გარკვევა, თუ რა მძიმე მასალებისგან არის დამზადებული ბირთვი. და ის თითქმის მთლიანად რკინისგან შედგება. ბირთვის 80% რკინაა, მაგრამ ზუსტი ფიგურა გასარკვევია.

ამის მთავარი დასტურია ჩვენს ირგვლივ სამყაროში არსებული რკინის უზარმაზარი რაოდენობა. ის ჩვენი გალაქტიკის ათი ყველაზე უხვი ელემენტიდან ერთ-ერთია და ასევე ხშირად გვხვდება მეტეორიტებში. ამ ყველაფერთან ერთად, დედამიწის ზედაპირზე გაცილებით ნაკლები რკინაა, ვიდრე მოსალოდნელია. თეორიის თანახმად, როდესაც დედამიწა ჩამოყალიბდა 4,5 მილიარდი წლის წინ, ბევრი რკინა მიედინებოდა ბირთვში.

მასის უმეტესი ნაწილი იქ არის კონცენტრირებული, რაც იმას ნიშნავს, რომ რკინა იქ უნდა იყოს. რკინა ასევე შედარებით მკვრივი ელემენტია ნორმალურ პირობებში და დედამიწის ბირთვში უკიდურესი წნევის ქვეშ ის კიდევ უფრო მკვრივი იქნება. რკინის ბირთვს შეეძლო მთელი დაკარგული მასის გამოთვლა.

Მაგრამ მოიცადე. როგორ აღმოჩნდა რკინა იქ? რკინა რაღაცნაირად უნდა მიიზიდა - ფაქტიურად - დედამიწის ცენტრისკენ. მაგრამ ახლა ეს არ ხდება.

დედამიწის დანარჩენი ნაწილის უმეტესი ნაწილი შედგება ქანებისგან - სილიკატებისაგან და გამდნარ რკინას უჭირს მათში გავლა. ისევე, როგორც წყალი აყალიბებს წვეთებს ცხიმიან ზედაპირზე, რკინა გროვდება პატარა რეზერვუარებში და უარს ამბობს გავრცელებაზე და დაღვრაზე.

შესაძლო გამოსავალი 2013 წელს სტენფორდის უნივერსიტეტის ვენდი მაომ და მისმა კოლეგებმა აღმოაჩინეს. მათ აინტერესებდათ რა ხდება, როდესაც რკინა და სილიკატი ექვემდებარება ძლიერ წნევას დედამიწის სიღრმეში.

ბრილიანტის გამოყენებით ორივე ნივთიერების მჭიდროდ შეკუმშვით, მეცნიერებმა შეძლეს გამდნარი რკინა სილიკატის გავლით. ”ეს წნევა მნიშვნელოვნად ცვლის რკინის ურთიერთქმედების თვისებებს სილიკატებთან”, - ამბობს მაო. - მაღალი წნევის დროს იქმნება „დნობის ქსელი“.

ეს შეიძლება მიუთითებდეს იმაზე, რომ რკინა თანდათან ცურავდა დედამიწის ქანებში მილიონობით წლის განმავლობაში, სანამ არ მიაღწევდა ბირთვს.

ამ ეტაპზე შეიძლება იკითხოთ: როგორ ვიცით რეალურად ბირთვის ზომა? რატომ თვლიან მეცნიერებს, რომ ის იწყება 3000 კილომეტრის დაშორებით? პასუხი მხოლოდ ერთია: სეისმოლოგია.

როდესაც მიწისძვრა ხდება, ის აგზავნის დარტყმის ტალღებს მთელ პლანეტაზე. სეისმოლოგები აღრიცხავენ ამ ვიბრაციას. თითქოს გიგანტური ჩაქუჩით ვეჯახებით პლანეტის ერთ მხარეს და ვუსმენთ ხმაურს მეორე მხრიდან.

„1960-იან წლებში ჩილეში მიწისძვრა მოხდა, რამაც უზარმაზარი მონაცემები მოგვცა“, - ამბობს რედფერნი. „დედამიწის ირგვლივ ყველა სეისმურმა სადგურმა დააფიქსირა ამ მიწისძვრის ბიძგები“.

ამ ვიბრაციების მარშრუტიდან გამომდინარე, ისინი გადიან დედამიწის სხვადასხვა ნაწილს და ეს გავლენას ახდენს იმაზე, თუ რა „ხმაზე“ გამოსცემენ ისინი მეორე ბოლოში.

სეისმოლოგიის ისტორიის დასაწყისში აშკარა გახდა, რომ ზოგიერთი რხევა არ იყო. მოსალოდნელი იყო, რომ ეს "S- ტალღები" დედამიწის მეორე ბოლოში ჩანდნენ მას შემდეგ, რაც წარმოიშვა ერთი ბოლოდან, მაგრამ არ ჩანდნენ. ამის მიზეზი მარტივია. S- ტალღები რეკავს მყარ მასალაში და არ შეუძლია სითხეში გადაადგილება.

მათ დედამიწის ცენტრში რაღაც დნობა უნდა შეექმნათ. S-ტალღების ბილიკების რუკების შედგენით მეცნიერებმა დაასკვნეს, რომ დაახლოებით 3000 კილომეტრის სიღრმეზე ქანები თხევად იქცევა. ეს ასევე ვარაუდობს, რომ მთელი ბირთვი გამდნარია. მაგრამ სეისმოლოგებს კიდევ ერთი სიურპრიზი ჰქონდათ ამ ამბავში.

1930-იან წლებში დანიელმა სეისმოლოგმა ინგე ლემანმა აღმოაჩინა, რომ სხვა ტიპის ტალღები, P- ტალღები, მოულოდნელად გაიარა ბირთვში და დაფიქსირდა პლანეტის მეორე მხარეს. მაშინვე მოჰყვა ვარაუდი, რომ ბირთვი ორ ფენად იყო დაყოფილი. "შიდა" ბირთვი, რომელიც იწყება 5000 კილომეტრის ქვემოთ, მყარი იყო. მხოლოდ "გარე" ბირთვი დნება.

ლემანის იდეა დადასტურდა 1970 წელს, როდესაც უფრო მგრძნობიარე სეისმოგრაფებმა აჩვენეს, რომ P ტალღები მართლაც მოძრაობდნენ ბირთვში და, ზოგიერთ შემთხვევაში, ირეკლავდნენ მისგან გარკვეული კუთხით. გასაკვირი არ არის, რომ ისინი პლანეტის მეორე მხარეს აღმოჩნდებიან.

ეს არ არის მხოლოდ მიწისძვრები, რომლებიც აგზავნიან დარტყმის ტალღებს დედამიწაზე. სინამდვილეში, სეისმოლოგებს ბევრი რამ აქვთ დავალებული ბირთვული იარაღის შემუშავებით.

ბირთვული აფეთქება ასევე ქმნის ტალღებს ადგილზე, რის გამოც სახელმწიფოები მიმართავენ სეისმოლოგებს დახმარებისთვის ბირთვული იარაღის გამოცდის დროს. ეს ძალზე მნიშვნელოვანი იყო ცივი ომის დროს, ამიტომ სეისმოლოგებმა, როგორიცაა ლემანი, დიდი მხარდაჭერა მიიღეს.

კონკურენტი ქვეყნები სწავლობდნენ ერთმანეთის ბირთვულ შესაძლებლობებს და, ამავდროულად, ჩვენ სულ უფრო მეტს ვსწავლობდით დედამიწის ბირთვის შესახებ. სეისმოლოგია დღესაც გამოიყენება ბირთვული აფეთქებების გამოსავლენად.

ახლა ჩვენ შეგვიძლია დავხატოთ დედამიწის სტრუქტურის უხეში სურათი. არსებობს მდნარი გარე ბირთვი, რომელიც იწყება პლანეტის ცენტრის ნახევარში და მის შიგნით არის მყარი შიდა ბირთვი, რომლის დიამეტრი დაახლოებით 1220 კილომეტრია.

ეს არ ამცირებს კითხვებს, განსაკუთრებით შინაგანი ბირთვის თემაზე. მაგალითად, რამდენად ცხელა? ამის გარკვევა არც ისე ადვილი იყო და მეცნიერები დიდი ხნის განმავლობაში იჭრიდნენ თავებს, ამბობს ლიდუნკა ვოკადლო დიდი ბრიტანეთის ლონდონის საუნივერსიტეტო კოლეჯიდან. ჩვენ არ შეგვიძლია იქ თერმომეტრის დაყენება, ამიტომ ერთადერთი ვარიანტია საჭირო წნევის შექმნა ლაბორატორიულ პირობებში.

ნორმალურ პირობებში რკინა დნება 1538 გრადუს ტემპერატურაზე

2013 წელს ფრანგმა მეცნიერთა ჯგუფმა დღემდე საუკეთესო შეფასება მოახდინა. მათ წმინდა რკინას დაუქვემდებარეს ნახევარი წნევა, რაც ბირთვშია და იქიდან წამოვიდნენ. ბირთვში სუფთა რკინის დნობის წერტილი დაახლოებით 6230 გრადუსია. სხვა მასალების არსებობამ შეიძლება ოდნავ შეამციროს დნობის წერტილი 6000 გრადუსამდე. მაგრამ ის მაინც უფრო ცხელია ვიდრე მზის ზედაპირი.

ჯიშის კარტოფილის მსგავსად, დედამიწის ბირთვი რჩება ცხელი პლანეტის წარმოქმნიდან დარჩენილი სითბოს წყალობით. იგი ასევე ამოიღებს სითბოს ხახუნისგან, რომელიც წარმოიქმნება მკვრივი მასალების გადაადგილებისას, ასევე რადიოაქტიური ელემენტების დაშლისგან. ყოველ მილიარდ წელიწადში ერთხელ ცივდება დაახლოებით 100 გრადუსი ცელსიუსით.

ამ ტემპერატურის ცოდნა სასარგებლოა, რადგან ის გავლენას ახდენს ვიბრაციის სიჩქარეზე ბირთვში. და ეს მოსახერხებელია, რადგან რაღაც უცნაურია ამ ვიბრაციაში. P- ტალღები საოცრად ნელა მოძრაობენ შიდა ბირთვში - უფრო ნელა, ვიდრე სუფთა რკინისგან.

„ტალღის სიჩქარე, რომელიც სეისმოლოგებმა გაზომეს მიწისძვრებში, გაცილებით დაბალია, ვიდრე ექსპერიმენტები ან კომპიუტერული გამოთვლები აჩვენებს“, - ამბობს ვოკადლო. "ჯერ არავინ იცის რატომ არის ეს."

როგორც ჩანს, რკინაში შერეული სხვა მასალაა. შესაძლოა ნიკელი. მაგრამ მეცნიერებმა გამოთვალეს, თუ როგორ უნდა გაიაროს სეისმური ტალღები რკინა-ნიკელის შენადნობში და ვერ შეძლეს გამოთვლების მორგება დაკვირვებებთან.

ვოკადლო და მისი კოლეგები ახლა განიხილავენ შესაძლებლობას, რომ სხვა ელემენტები, როგორიცაა გოგირდი და სილიციუმი, შეიძლება იყოს ბირთვში. აქამდე ვერავინ შეძლო შინაგანი ბირთვის შემადგენლობის თეორია, რომელიც ყველას დააკმაყოფილებდა. კონკიას პრობლემა: ფეხსაცმელი არავის უხდება. ვოკადლო ცდილობს ექსპერიმენტი ჩაატაროს კომპიუტერზე შიდა ბირთვის მასალებზე. იგი იმედოვნებს, რომ იპოვის მასალების, ტემპერატურისა და წნევის კომბინაციას, რომელიც შეანელებს სეისმურ ტალღებს სათანადო რაოდენობით.

მისი თქმით, საიდუმლო შეიძლება იმაში მდგომარეობდეს, რომ შიდა ბირთვი თითქმის დნობის წერტილშია. შედეგად, მასალის ზუსტი თვისებები შეიძლება განსხვავდებოდეს სრულიად მყარი ნივთიერებისგან. მას ასევე შეუძლია ახსნას, თუ რატომ მოძრაობენ სეისმური ტალღები მოსალოდნელზე ნელა.

”თუ ეს ეფექტი რეალურია, ჩვენ შეგვიძლია შევადაროთ მინერალური ფიზიკის შედეგები სეისმოლოგიის შედეგებთან”, - ამბობს ვოკადლო. "ხალხს ჯერ არ შეუძლია ამის გაკეთება."

დედამიწის ბირთვთან დაკავშირებული ჯერ კიდევ ბევრი საიდუმლოა, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ამოხსნილი. მაგრამ მეცნიერები ამ წარმოუდგენელ სიღრმეებში ჩასვლას ვერ ახერხებენ, გაარკვიონ რა დევს ათასობით კილომეტრში ჩვენს ქვემოთ. დედამიწის ინტერიერის ფარული პროცესები ძალიან მნიშვნელოვანია შესასწავლად. დედამიწას აქვს ძლიერი მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება მისი ნაწილობრივ გამდნარი ბირთვით. გამდნარი ბირთვის მუდმივი მოძრაობა წარმოქმნის ელექტრულ დენს პლანეტის შიგნით და ეს, თავის მხრივ, წარმოქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც ვრცელდება კოსმოსში.

ეს მაგნიტური ველი გვიცავს მზის მავნე გამოსხივებისგან. დედამიწის ბირთვი რომ არ იყოს ისეთი, როგორიც არის, მაგნიტური ველი არ იქნებოდა და ჩვენ სერიოზულად დაზარალდებით. ნაკლებად სავარაუდოა, რომ რომელიმე ჩვენგანმა შეძლოს ბირთვის დანახვა საკუთარი თვალით, მაგრამ კარგია მხოლოდ იმის ცოდნა, რომ ის იქ არის.

დედამიწის ბირთვი მოიცავს ორ ფენას მათ შორის სასაზღვრო ზონით: ბირთვის გარე თხევადი გარსი აღწევს 2266 კილომეტრის სისქეს, მის ქვეშ არის მასიური მკვრივი ბირთვი, რომლის დიამეტრი სავარაუდოდ 1300 კმ-ს აღწევს. გარდამავალ ზონას აქვს არაერთგვაროვანი სისქე და თანდათან მკვრივდება, გადაიქცევა შიდა ბირთვში. ზედა ფენის ზედაპირზე ტემპერატურა დაახლოებით 5960 გრადუსია, თუმცა ეს მონაცემი მიახლოებით ითვლება.

გარე ბირთვის სავარაუდო შემადგენლობა და მისი განსაზღვრის მეთოდები

ჯერ კიდევ ძალიან ცოტაა ცნობილი დედამიწის ბირთვის თუნდაც გარე ფენის შემადგენლობის შესახებ, ვინაიდან შესწავლისთვის ნიმუშების მოპოვება შეუძლებელია. ძირითადი ელემენტები, რომლებმაც შეიძლება შეადგინონ ჩვენი პლანეტის გარე ბირთვი, არის რკინა და ნიკელი. მეცნიერები ამ ჰიპოთეზამდე მივიდნენ მეტეორიტების შემადგენლობის გაანალიზების შედეგად, რადგან კოსმოსიდან მოხეტიალეები ასტეროიდების და სხვა პლანეტების ბირთვების ფრაგმენტებია.

მიუხედავად ამისა, მეტეორიტები არ შეიძლება ჩაითვალოს აბსოლუტურად იდენტურ ქიმიურ შემადგენლობაში, რადგან თავდაპირველი კოსმოსური სხეულები ზომით გაცილებით მცირე იყო ვიდრე დედამიწა. მრავალი კვლევის შემდეგ, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ბირთვული ნივთიერების თხევადი ნაწილი ძალიან განზავებულია სხვა ელემენტებთან, მათ შორის გოგირდთან. ეს ხსნის მის დაბალ სიმკვრივეს, ვიდრე რკინა-ნიკელის შენადნობები.

რა ხდება პლანეტის გარე ბირთვზე?

მანტიის საზღვარზე ბირთვის გარე ზედაპირი არაერთგვაროვანია. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ მას აქვს სხვადასხვა სისქე, რაც ქმნის თავისებურ შინაგან რელიეფს. ეს აიხსნება ჰეტეროგენული ღრმა ნივთიერებების მუდმივი შერევით. ისინი განსხვავდებიან ქიმიური შემადგენლობით და ასევე აქვთ განსხვავებული სიმკვრივე, ამიტომ ბირთვსა და მანტიას შორის საზღვრის სისქე შეიძლება განსხვავდებოდეს 150-დან 350 კმ-მდე.

წინა წლების სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლებმა თავიანთ ნამუშევრებში აღწერეს მოგზაურობა დედამიწის ცენტრში ღრმა გამოქვაბულებითა და მიწისქვეშა გადასასვლელებით. ეს მართლა შესაძლებელია? სამწუხაროდ, ბირთვის ზედაპირზე წნევა აღემატება 113 მილიონ ატმოსფეროს. ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერი გამოქვაბული მჭიდროდ „დაიკეტებოდა“ მანტიასთან მიახლოების ეტაპზეც კი. ეს განმარტავს, თუ რატომ არ არის ჩვენს პლანეტაზე გამოქვაბულები მინიმუმ 1 კმ სიღრმეზე.

როგორ შევისწავლოთ ბირთვის გარე შრე?

მეცნიერებს შეუძლიათ განსაჯონ, როგორ გამოიყურება ბირთვი და რისგან შედგება, სეისმური აქტივობის მონიტორინგით. მაგალითად, აღმოჩნდა, რომ გარე და შიდა შრეები სხვადასხვა მიმართულებით ბრუნავს მაგნიტური ველის გავლენით. დედამიწის ბირთვი მალავს კიდევ ათეულ ამოუცნობ საიდუმლოებას და ელოდება ახალ ფუნდამენტურ აღმოჩენებს.