Ядро́ Земли́, центральная геосфера Земли от глубины 2980 км до центра Земли. Радиус около 3390 км, объём составляет около 15 % объёма Земли, масса – 31,4 % её массы. Существование ядра Земли установлено в 1897 г. немецким сейсмологом Э. Bихертом (Johann Emil Weichert, 1861–1928); глубина залегания впервые определена Б. Гутенбергом в 1910 г.

Строение

Строение ядра Земли исследовано по сейсмическим данным. В схеме внутреннего строения Земли австралийского геофизика К. Э. Буллена (Keit Edward Bullen, 1906–1976), предложенной в 1940-х гг., ядро Земли разделяется на 3 области: слой E – внешнее ядро, слой F – переходная зона и слой G – внутреннее ядро. Ядро Земли отделено от мантии Земли переходным слоем D′′ мощностью 200–300 км. Внешнее ядро занимает интервал глубин 2980–4980 км; поперечные сейсмические волны через него не проходят, что свидетельствует о жидком состоянии этого слоя. Резко уменьшается также скорость продольных сейсмических волн от 13,6 км/с на верхней границе до 8,3 км/с на нижней.

Вследствие движения жидкого внешнего ядра вокруг оси вращения Земли в нём возникают токи, генерирующие главное магнитное поле Земли. Внутреннее ядро (5150–6371 км), или субъядро, находится в твёрдом состоянии. В переходной зоне скорости продольных сейсмических волн возрастают до приблизительно 11,2 км/с; дальнейшее плавное возрастание скоростей при движении к центру Земли связано с незначительным нарастанием давления.

В конце 20 в. было установлено, что угловая скорость вращения внутреннего ядра на 1–2 % выше, чем скорость внешних твёрдых слоёв Земли, что объясняют проскальзыванием мантии относительно жидкого и твёрдого ядра, а также характерной меридиональной анизотропией скоростей внутреннего ядра. Трение на границе мантии и внешнего ядра так же, как и на границе внешнего и внутреннего ядра, может быть одним из источников внутреннего тепла Земли. Предполагают, что происходит рост внутреннего ядра за счёт внешнего.

Физические характеристики

Для ядра Земли характерны высокая плотность среды (по разным оценкам, от 10 000 до 13 000 кг/м³) и высокая электропроводность, что соответствует составу ядра: железо с примесью никеля и лёгких химических элементов (кремния, углерода, серы, кислорода, водорода).

Ускорение силы тяжести на границе мантии и ядра равно 10,7 м/с² и далее плавно убывает до нуля в центре Земли. По данным о плотности и ускорении силы тяжести рассчитывают давление, которое непрерывно растёт с глубиной: на границе мантии и ядра давление около 136 ГПа, в центре Земли – около 361 ГПа (около 3,6 млн атмосфер).

Температура на границе мантии с ядром оценивается в (3–4)·10³ К, в центре Земли – в (5–6)·10³ К. Разброс оценок превышает 1000 К, т. е. ± 30 %.

По плотности и скорости сейсмических волн вычисляют величины, характеризующие упругие свойства вещества ядра Земли. Вязкость материала внешнего ядра на много порядков меньше вязкости мантии, которая составляет не менее 10²³ Па·с (выше и ниже слоя астеносферы).

Электропроводность ядра Земли очень высока – это указывает на металлические свойства его вещества.

Состав

Считается, что внешнее ядро содержит больше лёгких химических элементов по сравнению с внутренним. Однако до сих пор среди учёных нет единого мнения относительно минерального состава обоих слоёв и кристаллических структур присутствующих в них минеральных фаз (см. Минералогия ядра Земли). Сведения об этом получают на основе исследований горных пород и минералов, идентифицируемых как материал, вынесенный с больших глубин, экспериментов в камерах высокого давления, а также путём теоретического моделирования кристаллических структур, устойчивых не только в мантии, но и в ядре Земли, т. е. при высоких температурах и давлениях.

Происхождение

О происхождении ядра Земли единого мнения не существует. По мнению большинства исследователей, дифференциация вещества (разделение по плотности) внутри Земли с формированием металлического ядра и оксидно-силикатной мантии произошла в процессе её аккреции, спустя примерно 30 млн лет после зарождения Солнечной системы и планет земной группы. Впервые предположение о том, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позднее, было высказано B. Гольдшмидтом в 1922 г. Выдвигались также гипотезы о возникновении железного ядра ещё в протопланетном облаке (британский и американский физик Э. Oрован; российский геохимик A. П. Виноградов, 1960–1970-е гг.).