Введение. 
Модели возникновения земного ядра

Геодинамика — наука o глубинных силах и процессах, возникающих в результате эволюции Земли как планеты и определяющих движение масс вещества и энергии внутри Земли и в её внешних твёрдых оболочках.

В данной курсовой работе мы рассмотрим геодинамику ядра и модели его возникновения. Геодинамика ядра подразумевает изучение механизма выделения, роста ядра и процессов, происходивших в нём. Ядро Земли наименее известная нам геосфера, поэтому все суждения о его составе, строении, и тем более, геологической эволюции носят весьма неоднозначный характер. На происхождение земного ядра имеется две основные точки зрения: ядро могло образоваться уже во время гетерогенной аккреции; ядро возникло позже «рождения» самой Земли в результате последующей дифференциации земного вещества.

Модель возникновения ядра во время гетерогенной аккреции

Сторонники этого подхода считают, что выделение ядра могло начаться уже на протопланетной стадии Земли и завершится вскоре после её образования. В качестве возможного механизма рассматривается процесс стекания капель железосодержащих соединений и чистого железа (т.е. «ядерного» вещества) из мантии в центральные сферы нашей планеты (механизм перколяции). Процесс «стекания» можно представить себе как некий седиментационный процесс, т. е. осаждение тяжёлой компоненты из раствора под действием силы тяжести. Седиментационное расслоение Земли могло происходить либо в её твёрдом состоянии, либо в жидком.

Время седиментационного расслоения (tc) можно оценить как (рис 1):

Рисунок 1.

Пусть г = 1 км, а Ар = 5 г/см, тогда tc = 1014 лет, что примерно на 105 раз превышает возраст самой Земли. Если же принять размеры плотностных неоднородностей в несколько сантиметров, то tc=1024 лет.

Кроме того, вязкость вещества молодой Земли, по данным О. Г. Сорохтина (2007), колебалась в пределах от 1027 П до Ю40 П, что практически исключает какое-либо движение частиц в столь плотной среды.

Более реален механизм раннего выделения ядра, если допустить, что весь земной шар был расплавлен. В жидком состоянии гравитационное расслоение могло произойти очень быстро, по геологическим меркам — мгновенно.

Однако если бы молодая Земля была полностью расплавлена, то вместе с «ядерным» веществом в ядро стекли бы и другие тяжёлые элементы, например, свинец. Но в породах Земли (в отличие от Луны) в большом количестве сохранился стабильный изотоп свинца 204РЬ, который неминуемо оказался бы вынесен в ядро при жидком расслоении земного вещества. Другим доказательством того, что Земля не была расплавленной планетой является то, что в условиях высоких давлений в центре Земли температура плавления силикатов достигает многих тысяч градусов. Так, экспериментальные исследования Р. Бёлера с использованием алмазных ячеек в прессах и разогрева образцов лазерными лучами, показали, что температура плавления энстатита (Mg, Fe)-Si03 — распространённого минерала нижней мантии, находящегося в структуре перовскита, при давлениях соответствующих границе мантии — ядро составляет от 7000 до 8500 К. В ядре же, где давление возрастает, температура плавления силикатов должна бы быть ещё больше (~10 + 11−103К). Современная же температура на этих глубинах земных недр не превышает 3000−4000 К. Возраст самых древних изверженных пород составляет 3,8−10 лет, что говорит о появлении первых расплавов только позже 4−109 лет. Кроме того приводились данные, доказывающие существование водных бассейнов на поверхности молодой Земли, чего не могло бы быть, если принять модель изначально расплавленной планеты. Сказанное позволяет предполагать реальность того, что выделение ядра должно было происходить без плавления силикатного вещества мантии и спустя сравнительно большой отрезок времени (примерно 600 млн. лет) после возникновения Земли.

Основываясь на исследованиях А. С. Монина, О. Г. Сорохтина, С .А. Ушакова и др., принимается, что выделение и формирование земного ядра происходило постепенно без плавления силикатов. Процесс начался не ранее 4−109 лет назад в результате повышения температуры земных недр до начала плавления железа и оксидов железа.