Земное ядро - околосферический раскалённый шар со средним радиусом 3486 километров. В геологии границу ядра и мантии называют разделом Гутенберга, и находится он на глубине 2891 километра.
Раздел Гутенберга ярко выражен по многим параметрам - скорость и условия распространения сейсмических волн, градиенты давления и температуры, плотность. Отсюда следует вывод, что между мантией и ядром существует явное отличие в химическом составе.
Ранее мы уже касались темы сейсмических волн и выяснили, как они помогают нам в изучении строения Земли при отсутствии прямых данных. Сейчас о ядре нам достоверно известно, что до глубины 5150 км оно находится в жидком состоянии, а оставшийся радиус (до 6371 км) занят твёрдым веществом.
Теперь для определения вещественного состава ядра остаётся подобрать такие химические элементы, которые при определённом давлении и температуре вели бы себя в соответствии с заданной моделью.
Давления и температуры на этих глубинах описываются градиентами, о которых мы поговорим в дальнейшем.
Чтобы сузить диапазон химических элементов, мы используем хондритовую модель Земли, согласно которой хим. состав нашей планеты сходится с составом метеоритов-хондритов, состоящих в основном из силикатов и железа. Силикатному составу отвечает мантия - вариант отпадает. А вот железо с некоторыми примесями приходится в самый раз.
Но если ядро целиком состоит из железа, почему более горячее внутреннее ядро остаётся твёрдым, в то время как внешняя, менее горячая часть ядра, находится в жидком состоянии? Ответ довольно прост. Всё дело в примесях. Методом подбора были установлены примеси, которые повышают или понижают температуру плавления сплава, из которого состоит ядро. Для внутреннего ядра единственно возможным достоверным компонентом оказался никель - 9-12%-ная смесь железа с никелем даёт хорошее совпадение с плотностью ядра, да и температура плавления такого сплава повышается до 4500°С.
Абсолютно противоположная картина наблюдается во внешнем ядре. Здесь в смеси принимает участие сера, которая существенно понижает температуру плавления железа до 1400°С. В итоге получаем более холодное, но жидкое внешнее ядро и более горячее, но твёрдое внутреннее ядро.