დედამიწის ბირთვი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                    დედამიწის ბირთვი

დედამიწის გეოლოგიური კვეთა, რომელიც აჩვენებს მის შიდა სტრუქტურას, ატმოსფეროს და ჰიდროსფეროს.

დედამიწის შიდა სტრუქტურა არის დედამიწის ფენები, მისი ატმოსფეროსა და ჰიდროსფეროს გამოკლებით. სტრუქტურა შედგება გარე სილიკატური მყარი ქერქისგან, უაღრესად ბლანტი ასთენოსფეროსა და მყარი მანტიისგან, თხევადი გარე ბირთვისგან, რომლის ნაკადი წარმოქმნის დედამიწის მაგნიტურ ველს და მყარი შიდა ბირთვი.

დედამიწის შიდა სტრუქტურის მეცნიერული გაგება ემყარება ტოპოგრაფიისა და ბათიმეტრიის დაკვირვებებს, კლდეებზე დაკვირვებებს, ვულკანების ან ვულკანური აქტივობის შედეგად ზედაპირზე უფრო დიდი სიღრმიდან გამოტანილ ნიმუშებს, დედამიწაზე გამავალი სეისმური ტალღების ანალიზს, გაზომვებს. დედამიწის გრავიტაციული და მაგნიტური ველები და ექსპერიმენტები კრისტალურ მყარ ნაწილებთან დედამიწის ღრმა ინტერიერისთვის დამახასიათებელ წნევასა და ტემპერატურაზე.

იხ.ვიდეო - video - Different Layers of the Earth | It's Interior, Structure and Composition

Chemical composition of the upper internal structure of Earth (compositions represented as percentage).

Chemical composition and other	Continental crust	Upper mantle	Pyrolite model	Chondrite model (1)	Chondrite model (2)
MgO	4.4	36.6	38.1	26.3	38.1
Al2O3	15.8	4.6	4.6	2.7	3.9
SiO2	59.1	45.4	45.1	29.8	43.2
CaO	6.4	3.7	3.1	2.6	3.9
FeO	6.6	8.1	7.9	6.4	9.3
other oxides	7.7	1.4	1.2	N/A	5.5
Fe	N/A	N/A	N/A	25.8	N/A
Ni	N/A	N/A	N/A	1.7	N/A
Si	N/A	N/A	N/A	3.5	N/A

"შენიშვნა: ქონდრიტის მოდელში (1) ბირთვში მსუბუქი ელემენტი მიჩნეულია Si. ქონდრიტის მოდელი (2) არის მანტიის ქიმიური შემადგენლობის მოდელი, რომელიც შეესაბამება ქონდრიტის მოდელში (1) ნაჩვენები ბირთვის მოდელს.

დედამიწის გრავიტაციის ძალის გაზომვები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მისი მასის გამოსათვლელად. ასტრონომებს ასევე შეუძლიათ დედამიწის მასის გამოთვლა ორბიტაზე მოძრავი თანამგზავრების მოძრაობაზე დაკვირვებით. დედამიწის საშუალო სიმკვრივე შეიძლება განისაზღვროს გრავიმეტრული ექსპერიმენტებით, რომლებიც ისტორიულად მოიცავს ქანქარებს. დედამიწის მასა დაახლოებით 6×1024 კგ. დედამიწის საშუალო სიმკვრივეა 5,515 გ/სმ

დედამიწის ფოტო გადაღებულია Apollo 17-ის ეკიპაჟის მიერ 1972 წელს. დამუშავებული ვერსია ფართოდ გახდა ცნობილი, როგორც ლურჯი მარმარილო.

ფენები

დედამიწის სტრუქტურა შეიძლება განისაზღვროს ორი გზით: მექანიკური თვისებებით, როგორიცაა რეოლოგია, ან ქიმიურად. მექანიკურად ის შეიძლება დაიყოს ლითოსფერო, ასთენოსფერო, მეზოსფერული მანტია, გარე ბირთვი და შიდა ბირთვი. ქიმიურად, დედამიწა შეიძლება დაიყოს ქერქი, ზედა მანტია, ქვედა მანტია, გარე ბირთვი და შიდა ბირთვი. დედამიწის გეოლოგიური შემადგენელი ფენები ზედაპირის ქვეშ მზარდ სიღრმეზეა:

ქერქი და ლითოსფერო

მთავარი სტატიები: დედამიწის ქერქი და ლითოსფერო

დედამიწის ქერქი მერყეობს 5-70 კილომეტრში (3,1-43,5 მილი) სიღრმეში და არის ყველაზე გარე ფენა. თხელი ნაწილებია ოკეანეის ქერქი, რომელიც უდევს ოკეანის აუზებს (5–10 კმ) და მდიდარია მაფიით (მკვრივი რკინა-მაგნიუმის სილიკატური მინერალი ან ცეცხლოვანი ქანები).  უფრო სქელი ქერქი არის კონტინენტური ქერქი, რომელიც ნაკლებად მკვრივია და მდიდარია ფელსინით (ელემენტებით მდიდარი ცეცხლოვანი ქანები, რომლებიც ქმნიან ფელდსპარსა და კვარცს). ქერქის ქანები იყოფა ორ ძირითად კატეგორიად - სიალი (ალუმინის სილიკატი) და სიმა (მაგნიუმის სილიკატი). სავარაუდოა, რომ სიმა იწყება დაახლოებით 11 კმ-ით კონრადის წყვეტის ქვემოთ, თუმცა შეწყვეტა არ არის მკაფიო და შეიძლება არ იყოს ზოგიერთ კონტინენტურ რეგიონში.

დედამიწის ლითოსფერო შედგება ქერქისა და ზედა მანტიისგან. ქერქი-მანტიის საზღვარი გვხვდება როგორც ორი ფიზიკურად განსხვავებული ფენომენი. მოჰოროვიჩიჩის შეწყვეტა არის სეისმური ტალღის სიჩქარის მკაფიო ცვლილება. ეს გამოწვეულია კლდის სიმკვრივის ცვლილებით – მოჰოს ზევით, პირველადი სეისმური ტალღების სიჩქარე (P ტალღა) შეესაბამება ბაზალტის ტალღებს (6,7–7,2 კმ/წმ), ხოლო ქვემოთ ისინი მსგავსია. პერიდოტიტის ან დუნიტის გავლით (7,6–8,6 კმ/წმ). მეორე, ოკეანის ქერქში, არსებობს ქიმიური შეწყვეტა ულტრამაფიკურ კუმულატებსა და ტექტონიზებულ ჰარცბურგიტებს შორის, რაც დაფიქსირდა ოკეანის ქერქის ღრმა ნაწილებიდან, რომლებიც კონტინენტურ ქერქზე იყო გადატანილი და შენარჩუნებულია ოფიოლიტის თანმიმდევრობის სახით.

100 მილიონზე ნაკლები წლის წინ ჩამოყალიბდა დედამიწის ქერქის მრავალი კლდე; თუმცა, უძველესი ცნობილი მინერალური მარცვლები დაახლოებით 4,4 მილიარდი წლისაა, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ დედამიწას აქვს მყარი ქერქი სულ მცირე 4,4 მილიარდი წლის განმავლობაში.

Მანტია

მთავარი სტატია: დედამიწის მანტია

დედამიწის ქერქი და მანტია, მოჰოროვიჩიჩის შეწყვეტა ქერქის ძირსა და მყარ ზედა მანტიას შორის

დედამიწის მანტია ვრცელდება 2890 კმ (1800 მილი) სიღრმეზე, რაც მას პლანეტის ყველაზე სქელ ფენად აქცევს. [ეს არის 6,371 კმ (3,959 მილი) რადიუსის 45%, ხოლო მოცულობის 83,7% - მოცულობის 0,6% არის ქერქი]. მანტია იყოფა ზედა და ქვედა მანტიად, რომლებიც გამოყოფილია გარდამავალი ზონით. მანტიის ყველაზე დაბალი ნაწილი ბირთვისა და მანტიის საზღვრის გვერდით ცნობილია როგორც D″ (D-ორმაგი-პირველი) ფენა. მანტიის ფსკერზე წნევა არის ≈140 GPa (1,4 Matm). მანტია შედგება სილიკატური ქანებისგან, რომლებიც უფრო მდიდარია რკინით და მაგნიუმით, ვიდრე ზედა ქერქი. მიუხედავად იმისა, რომ მყარია, მანტიის უკიდურესად ცხელ სილიკატურ მასალას შეუძლია ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში მიედინება. მანტიის კონვექცია ხელს უწყობს ტექტონიკური ფილების მოძრაობას ქერქში. სითბოს წყარო, რომელიც ამოძრავებს ამ მოძრაობას, არის რადიოაქტიური იზოტოპების დაშლა დედამიწის ქერქში და მანტიაში, რომელიც შერწყმულია პლანეტის წარმოქმნის საწყის სითბოსთან.

მოსასხამში უფრო ღრმა წნევის გაზრდის გამო, ქვედა ნაწილი ნაკლებად ადვილად მიედინება, თუმცა მანტიის შიგნით ქიმიური ცვლილებები ასევე შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი. მანტიის სიბლანტე მერყეობს 1021-დან 1024 პასკალ-წამამდე, იზრდება სიღრმესთან ერთად. შედარებისთვის, წყლის სიბლანტე 300 K (27 °C; 80 °F) არის 0,89 პასკალ-წამი და სიმაღლე არის (2,3 ± 0,5)8 პასკალ-წამი.

დედამიწის გეოდინამოსა და მაგნიტური ველის დიაგრამა, რომელიც დედამიწის ადრეულ ისტორიაში შეიძლებოდა განპირობებული ყოფილიყო მაგნიუმის ოქსიდის, სილიციუმის დიოქსიდის და რკინის(II) ოქსიდის კრისტალზაციით.

დედამიწის გარე ბირთვი არის სითხის ფენა დაახლოებით 2260 კმ (1400 მილი) სიმაღლით (ანუ მანძილი უმაღლესი წერტილიდან შიდა ბირთვის კიდემდე ყველაზე დაბალ წერტილამდე) [დედამიწის რადიუსის 36%, მოცულობის 15.6%] და შედგება ძირითადად რკინისა და ნიკელისგან, რომელიც მდებარეობს დედამიწის მყარი შიდა ბირთვის ზემოთ და მისი მანტიის ქვემოთ. მისი გარე საზღვარი დედამიწის ზედაპირის ქვეშ 2890 კმ-ზეა (1800 მილი). შიდა ბირთვსა და გარე ბირთვს შორის გადასვლა მდებარეობს დედამიწის ზედაპირის ქვეშ დაახლოებით 5150 კმ (3200 მილი). დედამიწის შიდა ბირთვი არის პლანეტა დედამიწის ყველაზე შიდა გეოლოგიური ფენა. ეს არის უპირველეს ყოვლისა მყარი ბურთი, რომლის რადიუსია დაახლოებით 1220 კმ (760 მილი), რაც დედამიწის რადიუსის დაახლოებით 19% [მოცულობის 0,7%] ან მთვარის რადიუსის 70%-ია.

შიდა ბირთვი აღმოაჩინა 1936 წელს ინგე ლემანმა და ძირითადად შედგება რკინისა და ნიკელისგან. ვინაიდან ამ ფენას შეუძლია ათვლის ტალღების გადაცემა (განივი სეისმური ტალღები), ის უნდა იყოს მყარი. ექსპერიმენტული მტკიცებულებები ზოგჯერ შეუსაბამო იყო ბირთვის ამჟამინდელ კრისტალურ მოდელებთან. სხვა ექსპერიმენტულმა კვლევებმა აჩვენა შეუსაბამობა მაღალი წნევის ქვეშ: ბრილიანტის კოჭის (სტატიკური) კვლევები ბირთვის წნევაზე იძლევა დნობის ტემპერატურას, რომელიც დაახლოებით 2000 K-ით დაბალია, ვიდრე შოკური ლაზერული (დინამიური) კვლევებიდან. ლაზერული კვლევები ქმნის პლაზმას,  და შედეგები ვარაუდობს, რომ შიდა ბირთვის შეზღუდვის პირობები დამოკიდებული იქნება იმაზე, არის თუ არა შიდა ბირთვი მყარი თუ პლაზმა, რომელსაც აქვს მყარი სიმკვრივე. ეს არის აქტიური კვლევის სფერო.

დედამიწის ფორმირების ადრეულ ეტაპებზე, დაახლოებით 4,6 მილიარდი წლის წინ, დნობა გამოიწვევდა უფრო მკვრივი ნივთიერებების ცენტრისკენ ჩაძირვას პროცესს, რომელსაც ეწოდება პლანეტარული დიფერენციაცია (იხილეთ აგრეთვე რკინის კატასტროფა), ხოლო ნაკლებად მკვრივი მასალები ქერქში მიგრირებდა. ამრიგად, მიჩნეულია, რომ ბირთვი ძირითადად შედგება რკინისგან (80%), ნიკელთან და ერთ ან რამდენიმე მსუბუქ ელემენტთან ერთად, ხოლო სხვა მკვრივი ელემენტები, როგორიცაა ტყვია და ურანი, ან ძალიან იშვიათია იმისათვის, რომ მნიშვნელოვანი იყოს ან მიდრეკილია უფრო მსუბუქთან მიბმა. ელემენტები და ამგვარად რჩება ქერქში (იხ. ფელზიური მასალები). ზოგიერთი ამტკიცებს, რომ შიდა ბირთვი შეიძლება იყოს ერთი რკინის ბროლის სახით.

ლაბორატორიულ პირობებში რკინა-ნიკელის შენადნობის ნიმუში დაექვემდებარა ბირთვის მსგავს წნევას, ჩაჭერით მას 2 ალმასის წვერს შორის (ბრილიანტის კოჭის უჯრედი) და შემდეგ გააცხელეს დაახლოებით 4000 K-მდე. ნიმუში დაფიქსირდა რენტგენის სხივებით, და მტკიცედ უჭერდა მხარს თეორიას, რომ დედამიწის შიდა ბირთვი შედგებოდა გიგანტური კრისტალებისგან, რომლებიც ჩრდილოეთიდან სამხრეთისკენ მიემართებოდნენ.

დედამიწის შემადგენლობას აქვს ძლიერი მსგავსება გარკვეული ქონდრიტის მეტეორიტებისა და მზის გარე ნაწილის ზოგიერთ ელემენტთანაც კი. ჯერ კიდევ 1940 წლიდან, მეცნიერებმა, მათ შორის ფრენსის ბირჩმა, ააგეს გეოფიზიკა იმის საფუძველზე, რომ დედამიწა ჩვეულებრივი ქონდრიტების მსგავსია, მეტეორიტის ყველაზე გავრცელებული ტიპი, რომელიც დაფიქსირდა დედამიწაზე ზემოქმედების ქვეშ. ეს იგნორირებას უკეთებს ნაკლებად უხვი ენსტატიტის ქონდრიტებს, რომლებიც წარმოიქმნება უკიდურესად შეზღუდული ხელმისაწვდომი ჟანგბადის პირობებში, რაც იწვევს გარკვეულ ნორმალურად ოქსიფილურ ელემენტებს, რომლებიც არსებობენ ნაწილობრივ ან მთლიანად შენადნობის ნაწილში, რომელიც შეესაბამება დედამიწის ბირთვს.

დინამოს თეორია ვარაუდობს, რომ კონვექცია გარე ბირთვში, კორიოლისის ეფექტთან ერთად, წარმოშობს დედამიწის მაგნიტურ ველს. მყარი შიდა ბირთვი ზედმეტად ცხელია მუდმივი მაგნიტური ველის შესანარჩუნებლად (იხილეთ კიურის ტემპერატურა), მაგრამ, სავარაუდოდ, მოქმედებს თხევადი გარე ბირთვის მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველის სტაბილიზაციაზე. დედამიწის გარე ბირთვში საშუალო მაგნიტური ველი არის 2,5 მილიტესი (25 გაუსი), 50-ჯერ უფრო ძლიერი ვიდრე ზედაპირზე არსებული მაგნიტური ველი.

სეისმოლოგია

მთავარი სტატია: სეისმოლოგია

დედამიწის ფენა დასკვნა მოხდა არაპირდაპირი გზით მიწისძვრების შედეგად წარმოქმნილი რეფრაქციული და არეკლილი სეისმური ტალღების მოგზაურობის დროის გამოყენებით. ბირთვი არ აძლევს ათვლის ტალღებს მასში გავლის საშუალებას, ხოლო სხვა ფენებში მოგზაურობის სიჩქარე (სეისმური სიჩქარე) განსხვავებულია. სეისმური სიჩქარის ცვლილებები სხვადასხვა ფენებს შორის იწვევს რეფრაქციას სნელის კანონის გამო, ისევე როგორც სინათლის მოხრა, როდესაც ის გადის პრიზმაში. ანალოგიურად, ანარეკლები გამოწვეულია სეისმური სიჩქარის დიდი ზრდით და მსგავსია სარკიდან ასახული სინათლისა.

იხ. ვიდეო - Почему земное ядро горячее Солнца