2.3.3. Динамика ядра
Проявление значительных неровностей в поверхности ядра, которые хорошо соответствуют расположению крупнейших мантийных ап- и даунвеллингов, и зон наиболее интенсивных приповерхностных тепловых потоков, свидетельствует о довольно тесной взаимосвязи процессов, протекающих во всём объёме твёрдой Земли. При этом формы этой связи до конца не ясны и представления о них, частично изложенные ранее, в значительной степени являются гипотетичными. Также во многом гипотетичны представления о процессах, протекающих в ядре, которым в последнее время придаётся всё большее значение в связи с высокой вероятностью их влияния на тектоно-магматическую активность литосферы. Остановимся лишь на некоторых достоверных фактах и их геодинамическом значении.Вещество внешнего ядра (железо, железо с никелем) обладает высокими электропроводными свойствами и находится в жидком (расплавленном) состоянии, т.к. оно не пропускает поперечные сейсмические волны. Низкая вязкость этого вещества допускает возможность проявления во внешнем ядре турбулентной (хаотической) конвекции (Рис. 2.62).
Рис. 2.62. Конвекция во внешнем ядре Земли
Интенсивное конвективное перемешивание электропроводного вещества в сочетании с осевым вращением Земли создаёт главное магнитное поле планеты (Рис. 2.63).
Рис. 2.63. Магнитное поле Земли
Ориентировка этого поля (магнитного диполя) может испытывать быстрое обращение (инверсию) - знак полюсов меняется на обратный. Причины инверсий пока неизвестны, а их периодичность составляет от 100 тыс. до 30 млн. лет [18, 33, 34]. Выступы кровли ядра могут отражать положение восходящих ветвей конвективных токов вещества внешнего ядра.
Внутреннее ядро характеризуется твёрдым состоянием. Оно обладает несколько иной скоростью вращения, чем внешнее ядро, и его положение может испытывать некоторые колебания, т.к. внутреннее ядро находится в расплаве (погружено в расплав). Первое вызывает выделение тепловой энергии за счёт проявления трения, и это тепло поддерживает расплавленное состояние внешнего ядра. Смещения твёрдого ядра обусловливаются, в первую очередь, приливным воздействием Солнца и Луны. Эти смещения приводят к перемещению центра тяжести Земли и, соответственно, изменению положения оси её вращения (качанию полюса или прецессии), что в свою очередь влияет на подвижность литосферы [33, 34]. .
В качестве некоторых дополнительных интересных моментов можно отметить следующее.
Внешнее ядро от перекрывающей мантии и внутреннего ядра отличается резко пониженной вязкостью, в связи с этим по Ф.А. Летникову при суточном вращении Земли на границах внешнего ядра возможно дифференциальное перемещение материала, что приводит к выделению теплоты трения по всему периметру этих границ. Кроме этого, поскольку по разрезу внешнего ядра происходит изменение плотности, температуры и давления, то неизбежным следствием этого должен быть процесс расслоения вещества внешнего ядра на зоны с разной плотностью и вязкостью. В силу этого во вращающейся массе внешнего ядра возникнут слои, перемещающиеся с различной скоростью относительно друг друга, что также будет сопровождаться выделением тепловой энергии внутреннего трения [18] (Рис. 2.64).
Рис. 2.64. Схема возможного разноскоростного перемещения вещества внешнего ядра, сопровождающаяся выделением теплоты трения
Существенной частью материала внешнего ядра по Ф.А. Летникову и А.А. Маракушеву является водород, который не только понижает плотность ядерного вещества и температуру его кристаллизации, но и служит основой восходящих флюидных потоков, с которыми связываются все проявления эндогенной активности Земли. Дегазации ядра способствует кристаллизация внутреннего ядра никель-железного состава, сопровождающаяся выделением водорода, что приводит к возрастанию флюидного давления во внешнем ядре. Повышение этого давления прерывается импульсами дегазации, которая имеет периодический характер и контролируется ослабленными зонами в мантии [18].
Основные данные по ядру
Ядро имеет радиус около 3500 км, что составляет более половины радиуса всей Земли, при этом объём и масса ядра относительно объёма и массы всей планеты составляют, соответственно, ~16 и ~32 %. В современных схемах внутреннего строения Земли ядро обычно разделяется на две части (оболочки, зоны) - внешнее и внутреннее, с границей на глубине 5140-5150 км. Вещество ядра имеет никель-железный состав, причем в его внутренней части оно находится в твёрдом состоянии, а во внешней - в расплавленном. Внешнее ядро должно содержать и какие-то лёгкие компоненты, в качестве которых рассматриваются водород, сера, кремний и кислород. С наличием жидкого внешнего ядра связывают существование магнитного поля Земли, а некоторые исследователи считают внешнее ядро основным генератором тепловой энергии и детонатором большей части активных тектоно-магматических процессов, проявляющихся в литосфере.
На время обособления ядра нет единого мнения, но к рубежу времени 3,5 млрд. лет назад расплавленное ядро должно было возникнуть, т.к. с этого времени в породах коры отмечается остаточная намагниченность, которая могла возникнуть лишь при условии намагничивания пород в магнитном поле Земли. Рост твёрдого внутреннего ядра за счёт внешнего мог начаться с рубежа 2,5 млрд. лет назад (граница архей - протерозой) [34].
Одной из глобальных закономерностей развития современной Земли является неуклонное увеличение объемов её внутреннего ядра, за счёт постепенного охлаждения планеты, вызывающей кристаллизацию части внешнего ядра, и ядра в целом, вследствие продолжающейся гравитационной дифференциации мантии. По О.Г. Сорохтину и С.А. Ушакову из мантии в ядро ежегодно переходит 150 млрд. тонн ядерного вещества [24].