Первый Советский космонавт
Космонавты побывавшие в космосе
Астрономия Древней Греции
Космодром Байканур
Начало космической эры
Космическая техника СССР
Федерация Космонавтики - "Cтраницы история"

Гравитация
Двойные звезды

Тайны космоса XX век. Хроника необъяснимого

    Чистое железо плавится при 1539°С, а чистый FeS-при 1230°С, любой промежуточный состав между этими двумя экстремумами испытывает частичное плавление, начиная с гораздо более низкой температуры (998°С). Это обусловлено тем, что в системе Fe-FeS присутствует эвтектическая смесь, или эвтектика, содержащая 75%-ный FeS (что соответствует 27% серы), которая и образует первый расплав.
    
     Смесь, целиком отвечающая составу эвтектики, при 998°С оказывается в полностью расплавленном состоянии. Например, смесь, состоящая на 20% из FeS и на 80% из Fe, начинает плавиться при 998°С и оказывается полностью расплавленной примерно при 1420°С. Очевидно, присутствие серы значительно понижает точку плавления чистого железа. Поэтому среди различных вариантов смеси железа и серы во внешнем ядре можно выбрать такую смесь, которая имеет достаточно низкую температуру плавления, что позволяет объяснить разные температуры плавления внутреннего и внешнего ядра. Наоборот, железо-кремниевые и железо-никелевые смеси не образуют подобной эвтектики с низкой температурой плавления. Таким образом, внутреннее ядро представляет собой кристаллизующийся при высокой температуре сплав, что и объясняет его твердое состояние.
    Чтобы выяснить условия плавления систем Fe-FeS при давлениях, характерных для земного ядра, были проведены эксперименты со смесями Fe-Ni-S при давлениях до 100 кбар, а установленные при этом тенденции были экстраполированы на еще более высокие давления. Следовательно, во время образования ядра эвтектический расплав мог пройти через мантию быстрее, чем чистое железо, так как для того, чтобы в мантии эвтектика оставалась жидкой, там не нужен был высокий температурный градиент. Поскольку температура с глубиной, вероятно, повышалась, возможно, из-за гравитационной энергии, высвобождавшейся при опускании расплава, эвтектика могла «промывать» твердое вещество мантии, вынося из него сульфид железа. С другой стороны, точка плавления чистого железа только немного ниже, чем у большинства силикатов, и если только на ранних стадиях температуры были не слишком велики и не вызвали почти полного плавления всей Земли, опускавшееся расплавленное железо должно было в общем случае застывать. Таким образом, опускание близкого к эвтектике расплава FeS через полупроницаемые твердые мантийные силикаты создавало механизм образования ядра, соответствующий модели однородной аккреции.
    Но состоит ли внешнее ядро на самом деле из эвтектической смеси? Уссельма показал, что с повышением давления количество серы в эвтектической смеси убывает. По его оценке, содержание серы в составе эвтектики у границы ядра и мантии равняется 17,5% и уменьшается к границе внешнего и внутреннего ядра до 15% (от 48 до 41% FeS). Уссельман также пришел к выводу, что несколько процентов никеля во внешнем ядре мало повлияют на полученные оценки температуры. Поэтому такая эвтектика содержит только немногим больше 9-12% серы, как это предполагалось исходя из данных о плотности (12% S эквивалентны 33% FeS). Условия плавления смесей Fe-FeS при давлениях, соответствующих границе ядра и мантии, схематически показаны на рис. 6.6, б, где видно повышение температуры плавления и уменьшение содержания серы в эвтектике. Пределы температур в ядре можно теперь вывести из диаграмм рис. 6.6, б и 6.7, учитывая крайние члены ряда возможных составов. Принимая, что внешнее ядро имеет состав эвтектики, получаем, что минимальная возможная температура составляет у границы ядра и мантии 1800°С и возрастает по направлению к границе внешнего и внутреннего ядра до 2100°С. Кривая плавления для чистого железа дает максимальные значения возможных температур у кровли и подошвы внешнего ядра, равные 3900 и 4400°С соответственно. При более высоких температурах внутреннее ядро должно было бы расплавиться. (Джейкобе перечисляет 16 независимо полученных значений температуры плавления железа в условиях давлений у границы ядра и мантии. Полный диапазон этих оценок-от 2340 до 4800°С, со средним значением 3750°С, что очень близко к значению, полученному Уссельманом.)
    Согласно приведенным выше оценкам, температура у границы мантии и ядра заключена между 1800 и 3900°С. Эльзассер и др. рассмотрели вероятное распределение
    температур в ядре в связи с тем, как тепловой поток из ядра влияет на конвекцию в глубоких горизонтах мантии. Они пришли к выводу, что температура у границы ядро-мантия составляет 3700 + 500°С, т. е. данная ими оценка укладывается в упоминавшийся здесь интервал. Они определили также, что тепловой поток из адиабатического внешнего ядра должен быть равен (весьма приблизительно) 8 -1012 Вт; полученное значение близко к значению 1013 Вт, постулированному Габбинсом.
    Теперь мы изложим вкратце принятые в настоящее время представления о составе, состоянии и эволюции ядра. Чтобы ядро образовалось, Земля должна была потерять кислород и стать химически восстановленной относительно хондритов (см. реакции, так что железо вместе с другими халькофильными и сидерофильными элементами оказалось способным обособиться в центральной зоне высокой плотности внутри Земли. Достигнуто согласие в вопросе о том, что значительная часть ядра образовалась на ранней стадии истории Земли, хотя до сих пор ведутся споры о продолжительности этого процесса. Первоначально ядро представляло собой, вероятно, полностью расплавленную смесь, состоявшую главным образом из железа, никеля и серы. Если Земля имеет «хондритовое» содержание никеля (около 1%) и серы (около 8%), то в ядре, в результате активного разделения элементов при его образовании, должно быть около 3% никеля и 24% серы. Но, по данным Аренса , в ядре содержится только 9-12% серы, т.е. половина той доли, которая должна быть в Земле, если она имеет состав хондритов С1. Остальное находится в коре и мантии или было потеряно во время аккреции. Поэтому вероятный валовой состав ядра при его образовании был следующим: 86% железа, 11% серы и 3% никеля, со следами других сидерофильных и халькофильных элементов, включая, возможно, 0,1% калия. Следует заметить, что в большинстве железных метеоритов содержание серы значительно ниже, обычно около 4,5%; тем не менее одним из распространенных минералов в этих метеоритах является троилит. (Для этих метеоритов характерно очень непродолжительное развитие в условиях высоких температур, и, возможно, для полного разделения на ядро и мантию времени не было.)

 Пионеры ракетной техники
 Начало космической эры
 Ракеты носители
 Человек в космосе
 Голоса из космоса
 Космическая метеорология
 Изучение Земли
 Наука о космосе
 Полеты ЛМС к Луне
 Полеты ЛМС к планетам
 Человек на Луне
 Первыe космические станции
 Рукопожатие на орбите
 Спейс Шаттл
 Полет человека на Марс
 Завод в космосе
 Электростанции в небе
 База на Луне
Космические поселения
 Развитие ракетно-космической техники в СССР
 Советские исследования планеты Венера
 Oрбитальные станции «Салют» Второго поколения
 Исследования по космическому производству В СССР