Железо в земле

Относительно     происхождения планеты Земля высказываются различные  гипотезы, согласно которым первоначально хими­ческие   элементы были распре­делены в массе Земли более или менее равномерно. В ходе длительного и постепенного раз­вития, связанного с изменением температурных условий на Зем­ле, произошло перераспределе­ние химических элементов.

Химическим составом Зем­ли, законами распространенно­сти и распределения в ней хими­ческих элементов, способов соче­тания  и  миграции  атомов  в ходе природных процессов за­нимается геохимия.

О строении, составе и свойствах Земли име­ются лишь предположительные сведения, так как непосредствен­ному    наблюдателю доступна лишь самая верхняя часть зем­ной коры.

Достижения науки еще в XVII — XVIII веках позволили с помощью сейсмических мето­дов определить массу и сред­нюю плотность Земли: 5,5 г/см3. Однако плотность наиболее тя­желых пород на поверхности Земли не превышает 3,3 г/см3, поэтому возникло предположе­ние, что плотность Земли повы­шается при увеличении глубины.

Находки железных метеори­тов и популярные в прошлом теории о происхождении Земли из   горя чего  вещества  Солнца привели многих ученых к мысли о концентрации железа в цент­ре Земли. Высказывания фран­цузского геолога Дебре  (1866 год)   о железном ядре Земли вскоре получили поддержку спе­циалистов по изучению колеба­ний земной коры — сейсмоло­гов.

Гипотеза о железном ядре Земли была развита в начале XX века в трудах немецкого сей­смолога Вихерта. По его мнению, существование железного ядра позволяет объяснить тот факт, что средняя плотность Земли 5,5 г/см3 больше средней плот­ности горных пород, встречаю­щихся у земной поверхности (2,8 г/см3).

Это представление подтверждается большим содер­жанием металлического железа в метеоритах. Из этой гипотезы следует, что внутреннее ядро Земли состоит из затвердевшего железа вследствие роста давле­ния при сравнительно меньшем градиенте температуры в ядре.

Если предположить, что по­верхность внутреннего ядра раз­деляет твердое и расплавленное железо, то современные данные о фазовой диаграмме железа при высоких давлениях позволяют узнать температуру внутри ядра, что очень важно для изучения распределения температур в нед­рах Земли.

Эксперименты с удар­ным сжатием железоникелевого сплава подтвердили вывод тео­рии конечных деформаций о том, что плотность чистого же­леза при давлениях, соответству­ющих земному ядру, приблизи­тельно на 8 % больше плотно­сти ядра. Почти наверняка в ядре в качестве примеси присутствует металлический никель. Но его добавление не понижает плот­ность1 .

Австралийский исследова­тель в области физики твердой Земли Стейси считает, что сред­няя плотность Земли и внутрен­нее ее строение, по данным сей­смологии, хорошо согласуются с допущением, что Земля обла­дает жидким железным ядром с плотностью при нулевом давле­нии 7 г/см3, окруженным твер­дой мантией из силикатов с плот­ностью 3,3 г/см3.

Подтверждением этому мо­жет служить находка казахстан­ских геологов — обломков тем­ной породы, найденных на зем­ной поверхности. После комп­лексного исследования находки геологи пришли к выводу, что эти куски породы находились в очень давние времена глубо­ко в недрах планеты. Образцы резко отличаются от окружаю­щих горных пород. В них, напри­мер, выявлено повышенное со­держание железа, магния, каль­ция, хрома, титана.