Главная – Журналы – Геология и геофизика 2016 номер 1

Сделан обзор современных представлений о составе и эволюции ядра Земли. На основании сравнения экспериментальных данных о плотности Fe с геофизическими данными показано, что внешнее жидкое ядро имеет однородную структуру и дефицит плотности около 10 %, а внутреннее твердое ядро имеет сильно неоднородную структуру с повышенной анизотропией сейсмических волн и дефицит плотности около 5 %. Оценки температуры на границе ядро-мантия составляют 3800-4200 К, а на границе внутреннего ядра - 5200-5700 К. Главными кандидатами на роль легкого элемента в жидком ядре считаются Si и O. Космохимические оценки показывают, что ядро должно содержать около 2 мас. % S, а экспериментальные данные свидетельствуют, что структура внутреннего ядра согласуется со свойствами Fe-карбидов. Наиболее обоснованной на сегодняшний день является модель ядра Земли с содержаниями (мас. %): Si = 5-6, O = 0.5-1.0, S = 1.8-1.9, C ≈ 2.0, при этом во внутреннем ядре может преобладать карбид Fe ₇C ₃. Исследование короткоживущих изотопных систем показывает, что ядро сформировалось на ранней стадии развития Земли, предположительно не позднее 30-50 млн лет от начала формирования Солнечной системы, t ₀ = 4567.2 ± 0.5 млн лет. Исследование распределения сидерофильных элементов между силикатным расплавом и расплавом Fe позволяет реконструировать процесс формирования ядра в магматическом океане, глубина которого могла достигать 1000-1500 км при температуре 3000-4000 К. В магматическом океане f _O2 менялась от 4-5 до 1-2 лог. ед. ниже буфера IW. Однако данные по Mo, W, S согласуются с добавкой последних 10-15 % хондритового вещества позднее, в результате крупного ударного события. Теплофизическое моделирование энергетики ядра согласуется с общим тепловым потоком от границы ядро-мантия 7-17 ТВт. Отвод избыточного тепла осуществляется через две крупные зоны пониженных скоростей в основании суперплюмов. В геологической истории периодичность активности и географическое положение крупных зон пониженных скоростей могли меняться. Процесс отвода тепла от границы ядро-мантия определяется либо чрезмерным накоплением тепла в ядре, либо инициируется погружением холодных субдукционных плит, но, так или иначе, тесно взаимосвязан с геодинамическими процессами на поверхности. Обмен веществом с мантией был значительным на ранней истории Земли, вплоть до существования базального магматического океана. Однако после остывания мантии он составил не более 1-2 % от массы ядра, что, впрочем, достаточно для подпитки термохимических плюмов летучими компонентами.