Модель металлического ядра с добавкой легких элементов

0
468

Б. Ю. Левин и Е. А. Любимова полагают, что фазовый переход на границе внешнего и внутреннего ядер обусловлен повышением плавления с давлением; однако этот механизм приемлем лишь при допущении внутри Земли температуры порядка 3000— 5000°С, что труднодопустимо, исходя из модели гомогенного состава прото-Земли. Подобный сверхадиабатический градиент, необходимый для объяснения пластичного (расплавленного) состояния вещества внешнего ядра, Я. И. Френкель, У. Эльзассер, Е. У. Буллард, С. К. Ранкорн и др. объясняли на основе предположения об увеличенной первоначальной концентрации радиоактивных тепловыделяющих элементов в веществе внешнего ядра по сравнению с нижней мантией. Нереальность подобного явления как с космохимических, так и с геохимических позиций была показана ранее.

Выход из создавшегося порочного круга, как отмечали В. Н. Жарков и В. А. Магницкий, был найден в модели металлического ядра с добавкой легких элементов, понижающих его плотность на 10—20 % по сравнению с плотностью никелистого железа в тех же условиях, в качестве которых Г. МаК.Дональдом, Л. Кнопфом и А. Рингвудом был предложен, в частности, кремний. При таком железо-никелевом ядре с содержанием кремния порядка 18 % температура верхних слоев ядра определялась В. А. Магницким (1965 г.) в 3500—4000°С. Термодинамические расчеты, проведенные О. Л. Кусковым и Н. И. Хитаровым, подтвердили такую возможность. Эти исследователи предполагали два возможных варианта вхождения кремния в состав железо-никелевого ядра: 1) восстановление стишовита (SiО2), входящего по гипотезе Бёрча — Магницкого в состав нижней мантии вместе с окислами FeO и MgO (со структурой NaCl), с последующим образованием железо-кремниевого сплава, который вследствие неустойчивого равновесия в гравитационном поле планеты опускается к центру, 2) современное взаимодействие ядра и мантии, в результате которого кремний экстрагируется из мантии и растворяется в материале ядра.

Однако имеется еще один вариант вхождения кремния в состав железо-никелевого ядра, а именно в составе железо-магнезиального материала каменных и железо-каменных метеоритов, примешивавшегося к металлическому материалу железных метеоритов. Подобный процесс проходил особенно интенсивно на последних стадиях аккреции внешнего ядра в зоне, примыкающей к нижней мантии (каменные метеориты по составу отвечают составу нижней мантии). И что особенно важно, что проведенное термодинамическое моделирование условий вхождения кремния в составе магнезиальных и железо-магнезиальных минералов в железо-никелистое ядро не противоречит возможности нахождения в нем этих силикатов и их составных частей (MgSiО3, FeSiО3). Подобный вариант вхождения кремния и отвечает модели полигенно-гетерогенной аккреции. Земли. При этом следует отметить, что характер формирования ядра не требует столь высоких температур (больше 3900 К при р= 108 Па), поскольку плавление материала ядра началось в процессе формирования Земли, когда давления не достигали подобных величин. Таким образом, в независимости от генетического аспекта проблемы ядра подавляющее число исследователей считает, что состав ядра Земли в основном железный, при этом внутреннее ядро — твердое, а внешнее — пластичное, что достаточно надежно устанавливается результатами геофизических исследований К. Е. Буллена (1958, 1978 гг.), С. И. Субботина (1968 г.), Д. А. Андерсона (1975 г.) и др. О. Л. Кусков  приходит к выводу, что невозможно придумать такое состояние вещества, когда бы ядро состояло из легких металлов или из кислородных соединений, как недопустимо и существование мантии из тяжелых металлов. Плотность ядра требует наличия в сто составе металлов переходной группы, а среди последних наибольшее распространение имеет железо. Следовательно, внутреннее ядро Земли должно состоять практически из чистого железа.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ