Температура Земли
Внутренняя температура Земли увеличивается с глубиной. Однако, этот темп роста не является линейным. Градиент температуры составляет около 15-30°С/км в пределах верхних 100 км, затем он резко падает через мантию, быстрее увеличивается в основании мантии, а затем медленно увеличивается через ядро.
Температура составляет около 1000°C у основания коры, около 3500°C у основания мантии и около 5000°C в центре Земли.
Температурный градиент в пределах литосферы (верхние 100 км) довольно изменчив в зависимости от тектонических условий. Градиенты наименьшие в центральных частях континентов, выше в окрестностях зон субдукции и еще выше на расходящихся границах.
В интервале глубин от 100 до 250 км температурная кривая очень близко подходит к границе плавления для сухой мантийной породы. Поэтому на этих глубинах мантийные породы либо почти расплавлены, либо частично расплавлены.
В некоторых ситуациях, когда присутствует дополнительное тепло и температурная линия пересекает линию плавления или когда присутствует вода, она может быть полностью расплавленной.
Эта область мантии известна как зона низкой скорости, потому что сейсмические волны замедляются в скале, которая находится вблизи ее точки плавления, и, конечно, она также известна как астеносфера.
Тот факт, что температурный градиент в основной части мантии намного меньше, чем в литосфере, интерпретируется как указание на то, что мантия является конвективной, и поэтому тепло от глубины переносится к поверхности быстрее, чем было бы только теплопроводность.
Конвекционная мантия является существенной особенностью тектоники плит. Конвекция мантии является продуктом передачи тепла от ядра к нижней мантии.
Как и в кастрюле с супом на горячей плите, материал рядом с источником тепла нагревается и расширяется, делая его легче, чем материал выше. Сила плавучести заставляет его подниматься, и с боков поступает более холодный материал.
Таким образом, мантия выполняет конвекцию, потому что теплопередача снизу не является совершенно равномерной, а также потому, что, хотя материал мантии представляет собой твердую породу, он достаточно пластичен, чтобы медленно течь (со скоростью сантиметров в год), пока сохраняется постоянная сила применяется к нему.
Тепло недр Земли исходит от двух основных источников, каждый из которых обеспечивает около 50% тепла. Одним из них является фрикционное тепло, оставшееся от столкновений крупных и мелких частиц, которые в первую очередь создали Землю, плюс последующее фрикционное тепло перераспределения материала внутри Земли под действием гравитационных сил (например, погружение железа в ядро).
Другим источником является радиоактивность , а именно самопроизвольный радиоактивный распад 235 U, 238 U, 40 K и 232 Th, которые в основном присутствуют в мантии.
Как показано на этом рисунке, общее количество тепла, производимого таким образом, со временем уменьшалось (поскольку эти изотопы израсходованы), и теперь составляет примерно 25% от того, что было при формировании Земли. Это означает, что интерьер Земли постепенно становится холоднее.
Магнитное поле Земли
Тепло также передается от твердого внутреннего ядра к жидкому внешнему ядру, и это приводит к конвекции жидкого железа внешнего ядра.
Поскольку железо является металлом и проводит электричество (даже в расплавленном состоянии), его движение создает магнитное поле.
Магнитное поле Земли определяется Северным и Южным полюсами, которые в целом совпадают с осью вращения. Линии магнитной силы перетекают в Землю в северном полушарии и из Земли в южном полушарии.
Из-за формы силовых линий магнитная сила проявляет тенденцию под разными углами к поверхности в разных местах. На Северном и Южном полюсах сила вертикальная.
Везде на экваторе сила горизонтальна, а везде между ними магнитная сила находится под некоторым промежуточным углом к поверхности.
Изменения в этих ориентациях предоставляют критически важные доказательства понимания дрейфа континентов как аспекта тектоники плит.
Магнитное поле Земли создается внутри внешнего ядра конвективным движением жидкого железа, но, магнитное поле не является стабильным в течение геологического времени.
По причинам, которые не совсем понятны, магнитное поле периодически затухает и затем восстанавливается. Когда он восстанавливается, он может быть ориентирован так, как это было до распада, или он может быть ориентирован с обратной полярностью. За последние 250 млн. Лет произошло несколько сотен инверсий магнитного поля, и их время не было регулярным.
Самые короткие, которые геологи смогли определить, длились всего несколько тысяч лет, а самый длинный - более 30 миллионов лет, в течение мелового периода.
Изменения магнитного поля Земли были изучены с использованием математической модели, и было показано, что изменения происходят, когда модель запускалась для моделирования периода в несколько сотен тысяч лет. Тот факт, что произошли изменения поля, показывает, что модель является достаточно точным представлением Земли.
По словам ведущего автора исследования Гэри Глатцмайера из Калифорнийского университета в Санта-Крузе:
Наше решение показывает, как конвекция во внешнем ядре жидкости постоянно пытается изменить поле, но что твердое внутреннее ядро препятствует магнитным инверсиям, потому что поле в внутреннее ядро может измениться только в гораздо более длительном масштабе времени диффузии.
Только один раз во многих попытках разворот успешен, что, вероятно, является причиной того, что времена между обращениями поля Земли являются длинными и случайным образом распределенными.
