Современные представления о составе ядра Земли

32 с.

Сделан обзор современных представлений о составе и эволюции ядра Земли. На основании сравнения экспериментальных данных о плотности Fe с геофизическими данными показано, что внешнее жидкое ядро имеет однородную структуру и дефицит плотности около 10 %, а внутреннее твердое ядро имеет сильно неоднородную структуру с повышенной анизотропией сейсмических волн и дефицит плотности около 5 %. Оценки температуры на границе ядро-мантия составляют 3800-4200 К, а на границе внутреннего ядра - 5200-5700 К. Главными кандидатами на роль легкого элемента в жидком ядре считаются Si и O. Космохимические оценки показывают, что ядро должно содержать около 2 мас. % S, а экспериментальные данные свидетельствуют, что структура внутреннего ядра согласуется со свойствами Fe-карбидов. Наиболее обоснованной на сегодняшний день является модель ядра Земли с содержаниями (мас. %): Si = 5-6, O = 0.5-1.0, S = 1.8-1.9, C ≈ 2.0, при этом во внутреннем ядре может преобладать карбид Fe ₇C ₃. Исследование короткоживущих изотопных систем показывает, что ядро сформировалось на ранней стадии развития Земли, предположительно не позднее 30-50 млн лет от начала формирования Солнечной системы, t ₀= 4567.2 ± 0.5 млн лет. Исследование распределения сидерофильных элементов между силикатным расплавом и расплавом Fe позволяет реконструировать процесс формирования ядра в магматическом океане, глубина которого могла достигать 1000-1500 км при температуре 3000-4000 К. В магматическом океане f _O2 менялась от 4-5 до 1-2 лог. ед. ниже буфера IW. Однако данные по Mo, W, S согласуются с добавкой последних 10-15 % хондритового вещества позднее, в результате крупного ударного события. Теплофизическое моделирование энергетики ядра согласуется с общим тепловым потоком от границы ядро-мантия 7-17 ТВт. Отвод избыточного тепла осуществляется через две крупные зоны пониженных скоростей в основании суперплюмов. В геологической истории периодичность активности и географическое положение крупных зон пониженных скоростей могли меняться. Процесс отвода тепла от границы ядро-мантия определяется либо чрезмерным накоплением тепла в ядре, либо инициируется погружением холодных субдукционных плит, но, так или иначе, тесно взаимосвязан с геодинамическими процессами на поверхности. Обмен веществом с мантией был значительным на ранней истории Земли, вплоть до существования базального магматического океана. Однако после остывания мантии он составил не более 1-2 % от массы ядра, что, впрочем, достаточно для подпитки термохимических плюмов летучими компонентами.

высокие давления, железо, магматический океан, мантия, расплав, силикаты, ядро, core, high pressure, iron, magma ocean, mantle, melt, silicates

Русский

Геология и геофизика. – 2016. – Т, 57, № 1. – С. 31–62.