aspirantus (aspirantus) wrote,
aspirantus
aspirantus

Как рассчитываю возраст ядра Земли

Задача:
У Земли есть плотное ядро, которое никто не видел. Наиболее похожими на него образцами видимо являются железо-никелевые метеориты, но они образовались внутри гораздо меньших планет - астероидов, поэтому впрямую сопоставлять их с Земным ядром нельзя.

Образцов нет, но если очень хочется, то способ найти можно.

Логика такая:

  • Во время формирования Земли в веществе Солнечной системы были короткоживущие изотопы, которых сейчас уже нет - они распались.
  • В том числе был изотоп Hf182, который с периодом полураспада 9 миллионов лет превращается в изотоп W182.
  • Гафний является литофильным элементом, то есть в смеси силикатных минералов и металлического расплава он концентрируется в силикатной фазе, а вольфрам - сидерофильный элемент, и предпочитает концентрироваться в металлическом расплаве.
  • Из анализа не фракционированных метеоритов (тех, которые никогда полностью не плавились) известно первичное соотношение изотопов гафния и вольфрама.


Модель образования Земли следующая: первоначально Земля была более-менее однородная и те компоненты, которые сейчас слагают атмосферу, кору, мантию и ядро были в ней перемешаны. Затем металлическая часть, которая гораздо плотнее, чем всё остальное стала погружаться к центру Земли. При этом потенциальная энергия превращается в тепло и его выделяется очень много.


  • Если ядро образовалось через время большее, чем время полураспада Hf182, то гафний бы успел почти полностью превратиться в W182, и во время отделения ядра этот изотоп сконцентрировался бы в ядре, а силикатная часть Земли этого изотопа бы совсем не содержала.
  • Если ядро образовалось быстрее, чем распался Hf182, то распад гафния происходил бы в силикатной части земли (а породы мантии мы анализировать можем) и W182 остался бы в ней.


Зная первоначально содержание изотопов и современные концентрации в мантийных породах можно рассчитать время, начиная с которого W182 начал оставаться в силикатах. Это и будет время, когда закончилось разделение металлической и силикатной частей Земли.

Расчеты показали, что ядро сформировалось за время меньше 30 миллионов лет, с момента образования Земли. Это мгновение в истории планеты.

Аналогичные расчеты можно сделать для металлических метеоритов, которые являются фрагментами ядер мелких планетарных тел. Оказалось, что в них формирования ядра происходило значительно быстрее, за время порядка нескольких миллионов лет.
Subscribe
Comments for this post were disabled by the author