Чему равно давление в центре земли

Чему равно давление в центре земли

5. Температура и давление внутри Земли

Чтобы рассчитать, каких значений достигает давление внутри Земли, вызванное весом горных пород, слагающих различные оболочки, нужно знать плотность пород на всех глубинах и величину силы тяжести также на всех глубинах вплоть до центра.

Как мы видели, плотность пород с глубиною растет, хотя и неравномерно. От 2,5 на поверхности она доходит до 3,4 на глубине около 100 км и до 6,0 на уровне 2900 км ниже поверхности. Здесь, на границе ядра, в величине плотности наблюдается скачок: она сразу достигает значения 9,5 (приблизительно), а далее снова растет равномерно, доходя в центре ядра до 12,5 (по М. С. Молоденскому, 1955) (см. рис. 8).

Рис. 8. Изменение плотности внутри Земли.

Что касается силы тяжести, то о ней можно сказать следующее. Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает к себе все тела. Под влиянием этой силы тела, находящиеся в свободном состоянии (например, в воздухе), падают на Землю, т. е. движутся по направлению к центру Земли, постепенно убыстряясь, т. е. получая «ускорение». Величину «ускорения силы тяжести» можно вычислить. На поверхности Земли ускорение силы тяжести равно приблизительно 9,8 м/сек 2 ; в глубине Земли оно сначала немного возрастает, достигая максимума близ поверхности ядра, а затем быстро падает, доходя в центре Земли до нуля (рис. 9). Это понятно: точка, находящаяся в центре земного шара, притягивается всеми окружающими ее частями, с одинаковой силой по всем радиусам, а в итоге равнодействующая будет равна нулю.

Рис. 9. Изменение ускорения силы тяжести внутри Земли.

Обладая указанными сведениями, мы можем вычислить вес столбика пород с поперечным сечением, равным 1 кв. сантиметру, и длиной, равной радиусу Земли или любой его части. Это и будет давление, оказываемое весом вышележащих пород на элементарную площадку (1 кв. см)в глубине Земли. Расчеты приводят к следующим цифрам: у «подошвы» земной коры, т. е. у основания сиалической оболочки (на глубине 50 км) — около 13 тыс. атмосфер, т. е. около 13 тонн на квадратный сантиметр; на границе ядра — около 1,4 миллиона атмосфер; в центре Земли — около 3 млн. атмосфер (рис. 10). Три миллиона атмосфер — это приблизительно три тысячи тонн на квадратный сантиметр. Это — огромная величина. Ни в одной лаборатории достичь таких давлений пока не удалось.

Рис. 10. Изменения давления внутри Земли.

Перейдем к температуре. По данным измерений в буровых скважинах, а также в шахтах, выяснено, что с глубиной температура растет, поднимаясь приблизительно на 3° на протяжении каждых 100 метров. Подобный темп роста температуры сохраняется всюду, на всех материках, но лишь в наружных частях Земли, близ самой ее поверхности. С глубиной величина «геотермического градиента» (геотермический градиент — изменение температуры в градусах на каждый сантиметр) падает. Вычисления, основанные на учете теплопроводности горных пород, показывают, что геотермический градиент, известный для наружных частей земного шара, сохраняется не далее, чем на протяжении первых 20 км; ниже рост температуры заметно замедляется. У подошвы сиалической оболочки вряд ли температура будет выше 900°; на глубине 100 км — около 1500°; дальше рост ее еще более замедляется. Что касается центральных частей Земли, в частности ядра, то с достоверностью о них оказать что-либо очень трудно. Специалисты, изучавшие этот вопрос, полагают, что недра Земли нагреты не выше, чем на 2–3 тысячи градусов (рис. 11).

Рис. 11. Изменение температуры внутри Земли.

Может быть, интересно для сравнения напомнить, что в центре Солнца температура оценивается в 1 миллион градусов, на поверхности Солнца — около 6000°. Волосок горящей электрической лампочки накален до 3000°.

Интересные данные имеются по вопросу об источниках тепла и тепловом режиме земного шара. Когда-то считалось, что Земля сохраняет в себе «первозданное» тепло, оставленное ей «в наследство» Солнцем, и постепенно теряет его, остывая и сокращаясь в объеме. Открытие радиоактивных элементов изменило прежние представления. Оказалось, что породы, слагающие земную кору, содержат радиоактивные элементы, которые самопроизвольно и непрерывно выделяют тепло. Количество этого тепла оценивается приблизительно в 6 миллионных долей малой калории на 1 кубический сантиметр породы в год, а для того, чтобы покрыть весь расход тепла, излучаемого земной поверхностью в мировое пространство, нужно, чтобы такой же элементарный кубик породы выделял всего лишь три десятимиллионные части малой калории в год. Другими словами, нет никаких оснований полагать, что земной шар остывает. Скорее, наоборот, он может разогреваться. На этом основании в последние годы предложены новые гипотезы развития земной коры и происхождения движений, испытываемых ею.

Учитывая наличие высокой температуры в недрах Земли, мы вправе поставить такой вопрос: в каком же физическом («агрегатном») состоянии находятся внутренние части Земли? В твердом или жидком, или, быть может, газообразном?

Последняя версия, т. е. представление о газообразном состоянии вещества внутри Земли, может быть сразу отклонена. Чтобы превратить в газ минералы, слагающие Землю, нужна гораздо более высокая температура, чем та, которая допустима, судя по изложенным выше данным.

Но в жидком состоянии породы могут оказаться. Известно, например, что «кислые» породы плавятся при 1000°, «основные» — при 1000–1200°, «ультраосновные» — при 1300–1400°. Это значит, что уже на глубине 100–130 км породы должны бы расплавиться. Но там очень высокое давление, а давление повышает температуру плавления. Чье же влияние окажется бóльшим: высокой температуры или высокого давления?

Здесь нужно снова обратиться к помощи сейсмических наблюдений. Продольные и поперечные волны свободно проходят через все оболочки Земли, заключенные между поверхностью Земли и границей ядра; следовательно, всюду здесь вещество ведет себя, как твердое. С таким выводом согласуется заключение астрономов и геофизиков, которые показали, что твердость Земли в целом близка к твердости стали. По вычислениям В. Ф. Бончковского, твердость Земли оценивается в 12 · 10 11 дин на квадратный сантиметр, что в четыре раза больше твердости гранита.

Таким образом, совокупность современных данных говорит о том, что все оболочки Земли (кроме ее ядра!) должны считаться находящимися в твердом состоянии. Жидкое состояние материи можно допустить лишь для совершенно незначительных участков в толще земной коры, с которыми непосредственно связаны вулканы.

Источник

Чему равно давление в центре земли

Давление в любой точке внутри Земли измеряется весом столбика вещества с поперечным сечением 1 см 2 и длиной, равной расстоянию от данной точки до земной поверхности. Вещество Земли с глубиной испытывает все большее воздействие давления вышележащих толщ горных пород и в связи с этим все более уплотняется. Учитывая плотность Земли и изменения ускорения силы тяжести, ученые подсчитали давление на различных глубинах. По В. А. Магницкому, на глубине 1 км давление равно 275 атм; у подошвы земной коры на глубине 50 км — около 13 000 атм. На границе мантии и ядра (2900 км) давление составляет около 1,3— 1,4 млн. атм, а в центре Земли — свыше 3 млн. атм. На больших глубинах с возрастанием давления существенно изменяется и строение вещества Земли.

Уже в глубокой древности людям были известны магнитные свойства Земли. Научное объяснение геомагнетизму дал впервые в 1600 г. придворный врач английской королевы Елизаветы I Вильям Гильберт. Он показал, что магнитное поле Земли сходно с полем магнитного диполя (два полюса), т. е. Земля представляет собой как бы гигантскую стрелку в форме шара. Позднее было установлено, что земное магнитное поле сходно с полем сферического магнита, ось которого наклонена к оси вращения Земли на 11 °. В силу этого магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами. С помощью ракет и искусственных спутников установлено, что магнитное поле простирается на расстояние до 93 тыс. км от поверхности Земли.

Для каждой точки земной поверхности рассчитывается теоретическое значение магнитного поля исходя из однородного строения Земли. Но в действительности магнитное поле в различных местах неодинаково. Обычно оно отличается от среднего значения, теоретически вычисленного для данной местности. Такие отклонения называются магнитными аномалиями. Они могут быть обусловлены, в частности, залежами подземных магнитных пород и руд. Примером может служить крупнейшая Курская магнитная аномалия. В ее пределах под земной поверхностью скрывается уникальное месторождение железистых кварцитов. Железные руды здесь создают магнитную напряженность, в пять раз большую средней напряженности магнитного поля Земли.

Магнитные аномалии используются для изучения строения земной коры и поисков месторождений полезных ископаемых. Они улавливаются специальными приборами — магнитометрами. Методы изучения строения земной коры и поисков полезных ископаемых, основанные на магнитных свойствах горных пород, называются магнитометрическими методами, или магниторазведкой. Данные магнитных исследований наносятся на магнитометрические карты.

В пределах материков магнитные аномалии обычно имеют в плане замкнутые округленные очертания. Проведенное в последние годы изучение магнитного поля океанов показало существенное отличие его от материкового магнитного поля. Оказалось, что дну океанов присущи полосовые магнитные аномалии (рис. 5). Они вытянуты линейно на сотни километров параллельно срединно-океаническим хребтам. На магнитных профилях, пересекающих срединные хребты, наблюдается постепенное повышение интенсивности и уменьшение длины волны магнитной аномалии при приближении к осевой линии хребтов. При переходе от гребня хребта к его склонам полосовые магнитные аномалии быстро ослабевают. Английские геофизики Ф. В айн и Д. Мэтьюз в 1963 г. обратили внимание на то, что на отдельных участках профилей наблюдается хорошо выраженная симметрия магнитных аномалий. Аномалии равной интенсивности, формы и ширины располагаются симметрично по обе стороны от центральной аномалии, соответствующей риф-товой долине. В этом случае левая половина магнитного профиля оказывается приближенным зеркальным отражением правой стороны, и наоборот. Общая ширина чередующихся положительной и отрицательной полос составляет в среднем около 35 км. Подобные полосовые магнитные аномалии обнаружены только над срединноокеаническими хребтами.

Одной из характерных особенностей земного магнитного поля является его изменчивость во времени. На протяжении геологической истории происходило многократное изменение полярности магнитного поля Земли. Это свойство используется при проведении палеомагнит-ных (греч. «палео» — древний) исследований. Они основаны на том, что магнитные породы приобретают и сохраняют намагниченность, характерную для времени их образования. Например, лавовый поток из вулканов во время охлаждения приобретает намагниченность, параллельную существующему в данную эпоху магнитному полю. Этот «ископаемый» магнетизм позволяет нам сегодня судить о магнитном поле Земли, которое было в период застывания лав. По остаточному магнетизму, запечатленному в породах, восстанавливают перемещение магнитного поля в истории Земли.

Чередование эпох прямой и обратной намагниченности запечатлено и в колонках осадков, накопившихся на океаническом дне. Научно-исследовательские суда специальными трубками длиной более 30 м подняли такие колонки в разных пунктах океанов. Ученые исследовали их намагниченность. Оказалось, что современные осадки, заполняющие верхнюю часть трубки, характеризуются намагниченностью, соответствующей современному магнитному полю. Под ними залегают осадки обратно намагниченные и т. д. В новейшее геологическое время продолжительность эпох одной полярности составляла в среднем около 2-105 лет. Предполагают, что в более древнее геологическое время эти периоды были больше, достигая 10 6—10 7 лет.

В настоящее время установлено, что почти весь земной магнетизм имеет источники внутри Земли. И образуется за счет токов, циркулирующих на больших глубинах. В частности, английский геофизик Е. Буллард — автор наиболее признанной гипотезы — объясняет существование магнитного поля Земли неодинаковым вращением ядра и вышележащих оболочек.

Магнитное поле, окружающее Землю, задерживает потоки заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем, и не пропускает их к поверхности Земли. Удерживаемые в верхних слоях атмосферы заряженные частицы образуют пояс радиации. Впервые он был открыт во время исследования космического пространства вторым советским искусственным спутником Земли.

Источник

Предположим,через центр Земли прорыт тоннель.Каково давление воздуха в центре Земли?

Я только добавлю, что реально (не для однородной Земли) ускорение силы тяжести не изменяется (и даже немного растёт) до самого ядра.

Krab Вark Просветленный (32266) Тоже хорошее замечание. График такой:

Конечно, в ядре собрались самые тяжелые породы, вроде бы там даже урана хватает. Но расчет у нас прикидочный, изменение плотности с глубиной и соответственно ускорения не учитываем, это в пределах точности наших расчетов вполне допустимо. Возможно, будет не 300 тысяч атмосфер, а 400 тысяч — когда доберемся, слегка увеличим в нашем тоннеле толщину тюбингов 😉

Кстати, на какой глубине получается жидкость?

А вдруг, он и твёрдым станет?

Что-то у вас ошибка в барометрической формуле.

Давление увеличивается в e раз на каждые 8 км.

Вопрос, конечно, интересный.. .

Гидростатическое давление земных толщ там 3-3,5 млн. атмосфер.
А по барометрической формуле выходит вообще нелепица — на каждые 8 км глубины давление растёт в e раз, поэтому получается что-то типа 10^347 атмосфер.. .

Надо бы уравнение Ван-дер-Ваальса посмотреть.
Очень может быть, что воздух там вообще в жидкость обратится.

ρ(r)
В общем, после подстановок и интегрирования получим
P(r) = P(0)*exp((r/R)^2)
Получается, что в центре Земли давление всего в e раз больше, где e=2,7
Не 2,1, а 2,7 атмосферы, BreadMax.

Где-то вы что-то напортачили.
Даже если плотность воздуха остаётся постоянной, как написал ниже Краб, давление увеличивается в 400 раз.

А это ещё он не учёл, что ускорение свободного падения практически до самого ядра остаётся постоянным.

Источник

Давление в центре Земли.. спор возник

#1 ego

Допустим мы пробурим сквозную шахту с одного полюса к другому через центр Земли. Не будем учитывать давление вещества Земли (в шахту вставили очень прочную толстостенную трубу). Так вот, какое давление воздуха будет показывать манометр в центре Земли?
Ведь по идее на него будут давить ДВА столба воздуха — с двух сторон трубы.

#2 Гость_—_*

Если учитывать то, что теоретически притяжение будет до какого-то момента усиливаться, а потом ослаблевать — то без интегралов здесь не обойтись

#3 Гость_wolfshund_*

Ведь по идее на него будут давить ДВА столба воздуха — с двух сторон трубы.

#4 РRG

А по-моему, на тебя вссегда давление двойное, но с разных сотрон, потому и незаметно.
В центре Земли давление будет скомпенсировано

#5 Гость_wolfshund_*

Так вот, какое давление воздуха будет показывать манометр в центре Земли?

манометр показывать не буит. буит показывать барометр, в данной случае давление создает соударение малекул воздуха, с учетом того что количество вещества — велечина практически постоянная, давление тем выше чем выше температура, выше описаная система эквивалентна балону с воздухом, с тем различием что в роли стенок балона выступает сила тяжести.

#6 Sancho

я думаю что давления в центре не будет вообще, гравитации там нету

#7 Гость_—_*

Sancho
Да, точнее там равнодействующая сил притяжения равна нулю — притягивает во всех направлениях. Но давление остаётся — давит-то весь столб воздуха.

Сообщение отредактировал —: 22 Август 2005 — 18:10

#8 optik

я думаю что давления в центре не будет вообще, гравитации там нету

Сообщение отредактировал optik: 23 Август 2005 — 12:53

#9 Гость_x3m_*

еще вопрос тудаж, если кинуть какой нить предмет, то до куда он долетит? что не вылетит это точно, но и не повиснет же он в центре?

#10 ego

x3m
это просто, у Перельмана в «Занимательной физике» подробно описано..
если бы не трение об воздух, то брошенное в такой колодец тело будет падать сначала ускоренно, в центре у него будет наибольшая скорость, затем начнет замедляться и у поверхности Земли скорость станет равна нулю. Затем оно снова падает в колодец и так колеблется бесконечно.
Если присутствует трение об воздух, то в конце концов тело остановится в центре в центре Земли. Если конечно колодец пробили через центр масс, а не через геометрический центр.

#11 РRG

x3m
это просто, у Перельмана в «Занимательной физике» подробно описано..
если бы не трение об воздух, то брошенное в такой колодец тело будет падать сначала ускоренно, в центре у него будет наибольшая скорость, затем начнет замедляться и у поверхности Земли скорость станет равна нулю. Затем оно снова падает в колодец и так колеблется бесконечно.
Если присутствует трение об воздух, то в конце концов тело остановится в центре в центре Земли. Если конечно колодец пробили через центр масс, а не через геометрический центр.

inpw — это не личное оскорбление.

Сообщение отредактировал РRG: 27 Август 2005 — 21:49

#12 РRG

На поверхности Земли на нас давит ДВОЙНОЕ давление.
Так и в Её центре давление увеличится:

Если на поверхности — P0 = плотность средняя * g * h, то
в центре P = средняя плотность2 (т.к. немного увеличится, вследствие большего столба) * .

Млин, осталось проинтегрировать g и найти g среднее.

поэтому: что там, что там — давление с двух сторон.

Сообщение отредактировал РRG: 27 Август 2005 — 21:54

Источник