Диалоги (апрель 2003 г.)

Но чтобы образовалось магнитное поле (хотя это, так сказать, не наша проблема), должно существовать ещё внутреннее ядро. И вот эти стрелочки олицетворяют собой крупномасштабное движение во внешнем ядре. То, что называется конвекцией.

Внешнее ядро образовалось, вероятно, очень быстро на ранней стадии аккреции Земли. И сейчас новейшие изотопные данные по изотопии таких элементов, как гафний и вольфрам, говорят, что это было катастрофическое событие, которое потребовало (по геологическим меркам) ничтожного времени – 50 миллионов лет на фоне 4.5 миллиардов лет. Тогда образовалось ядро как таковое. Может быть, оно сразу уже было жидким. Потому что температура плавления железа с примесями меньше, чем температура плавления силикатов.

А вот внутреннего ядра, может быть, и не было с самого начала. Земля немножечко охлаждалась, поскольку всегда идёт вынос энергии. Хотя Земля – это термостат, но поскольку существует конвекция (это очень эффективный способ теплопередачи, отвода тепла), то жидкое ядро стало охлаждаться и какая-то часть его стала кристаллизоваться. И за значительно более длительный период времени стало образовываться твёрдое ядро. Сейчас оно имеет размеры весьма приличные – это тысяча с небольшим километров. Это твёрдое ядро тоже не чисто железоникелевое. Там 2-3 процента каких-то дополнительных элемента, вот опять же типа серы.

И твёрдое ядро кристаллизуется и увеличивается в размерах, а жидкое ядро немножко уменьшается в размерах. Но на границе между этим овалом, где написано «внешнее ядро» и мантией существует слой. Это так называемый слой «Д два штриха», с которым связана масса всяких интереснейших идей. Этот слой здесь изображён такой достаточно тонкой пунктирной линией, но на самом деле его мощность – это несколько сотен километров, 200, может быть, 300 километров. И он хорошо отбивается сейсмологическими методами, как граница. Потому что плотность мантийного материала – 5.5 граммов на сантиметр кубический, а плотность на границе ядра и мантии, плотность ядра – 10, больше примерно в два раза. Поэтому сейсмология отлично ловит эту границу. И вот на этой границе (там изображён гипотетический начальный плюм) отделяется вещество, которое, возможно, является поставщиком разного рода магматических жидкостей. Правда, вообще очень плохо понятно как? Ведь мощность мантии – 2890 километров. Представляете, этот плюм должен пройти такое гигантское расстояние. Как? Арнольд Арнольдович, к вам вопрос.

А.К. Конечно, представление о существовании плюмов частично базируется и на геофизических данных, на изменении физических свойств, и по сейсмике прослеживается эта струя до существенных глубин. Иногда и до границы с ядром, но иногда нет. Это чисто динамический процесс, он моделируется теоретически. В общем, возможность подъёма горячей струи существует. И потом это выражается в виде вулканической активности, потому что вещество плюма плавится, и многие горячие точки на дне океана связаны с такими плюмами, по-видимому. Ну, есть и специфика составов магм в этом случае, больше летучих компонентов в них оказываются. Но надо сказать, что, в общем, эта проблема имеет много загадок, конечно, включая и динамику.

Но вот что ещё прямо связанное с ядром я хотел бы обсудить. Как нам быть? Я как раз сейчас хочу это сказать, как нам быть? Дело в том, что есть одна проблема, которая нам не позволяет до конца понять, как формировалось ядро. Это действительно треть Земли по массе. В чём заключается проблема? Есть элементы называемые «сидерафильными элементами», которые любят металл. Если вы приведёте металл в контакт с силикатом, то они предпочтут идти в металл. Это элементы группы железа: кобальт, никель, само железо. Такими же свойствами обладают платиноиды: платина, палладий, иридий, осьмий. Но вот, оказывается, что содержание этих элементов в породах, доступных нам, это в верхних оболочках, таково, что этих элементов слишком много для того, чтобы эти породы были в равновесии с металлом.

О.К. Это вопрос, почему они не ушли в ядро?

А.К. Ещё Рингвуд, знаменитый биохимик, где-то в 65-ом году сформулировал эту проблему избытка сидерафильных элементов. И мы до сих пор не можем выйти из этой ситуации. Конечно, для того чтобы понять, как действует температура на коэффициент распределения сидерафильных элементов между металлом и силикатом, как действует летучесть кислорода, как действует давление, было сделано много экспериментов. Была идея, что в верхней оболочке Земли давление всё-таки не очень высокое, а там, где давление миллионы атмосфер, может быть, эти коэффициенты распределения изменились. Много сделано экспериментов.

О.К. При очень высоких давлениях были сделаны такие эксперименты?

А.К. При самых высоких не было, ну, сотни килобар. И вроде бы иногда можно видеть, что сидерафильность теряется несколько. Но всё-таки такого фактора, который бы привёл металл в равновесие, не найдено до сих пор. И тогда встаёт проблема: как возникает ядро? Мгновенно ли отделилось, раньше ли отделилось, чем силикат?