Ядро Земли

Столетие назад наука едва знала, что у Земли даже есть ядро. Сегодня мы поражены ядром и его связями с остальной частью планеты. Действительно, мы находимся в начале золотого века основных исследований.

К 1890-м годам мы знали, как Земля реагирует на гравитацию Солнца и Луны, что планета имеет плотное ядро, возможно, железо. В 1906 году Ричард Диксон Олдем обнаружил, что волны землетрясения движутся через центр Земли гораздо медленнее, чем через мантию вокруг него - потому что центр жидкий.

В 1936 году Инге Леманн сообщила, что что-то отражает сейсмические волны внутри ядра. Стало ясно, что ядро ​​состоит из толстой оболочки из жидкого железа - внешнего ядра - с меньшим твердым внутренним ядром в центре. Он прочный, потому что на такой глубине высокое давление преодолевает эффект высокой температуры.

В 2002 году Миаки Исии и Адам Дзевонски из Гарвардского университета опубликовали свидетельство «внутреннего внутреннего ядра» около 600 километров в поперечнике. В 2008 году Xiadong Song и Xinlei Sun предложили другое внутреннее ядро ​​шириной около 1200 км. Из этих идей мало что можно сделать, пока другие не подтвердят работу.

Все, что мы узнаем, вызывает новые вопросы. Жидкое железо должно быть источником геомагнитного поля Земли - геодинамики - но как оно работает? Почему геодинамо переворачивается, переключается магнитный север и юг, по геологическому времени? Что происходит наверху ядра, где расплавленный металл встречается со скалистой мантией? Ответы начали появляться в 1990-х годах.

Нашим основным инструментом для основных исследований были волны землетрясения, особенно от крупных событий, таких как Землетрясение 2004 года на Суматре. Звенящие «нормальные моды», которые заставляют планету пульсировать с помощью движений, которые вы видите в большом мыльном пузыре, полезны для изучения крупномасштабной глубокой структуры.

Но большая проблема неоднозначность- любой данный фрагмент сейсмического доказательства может быть интерпретирован более чем одним способом. Волна, которая проникает в ядро, также проходит через кору по крайней мере один раз и мантию по крайней мере дважды, поэтому элемент на сейсмограмме может возникать в нескольких возможных местах. Многие различные фрагменты данных должны быть перепроверены.

Барьер неединственности несколько исчез, когда мы начали моделировать глубокую Землю в компьютерах с реалистичные цифры, и, как мы воспроизвели высокие температуры и давления в лаборатории с алмазная наковальня. Эти инструменты (и исследования продолжительности дня) позволили нам всматриваться в слои Земли, пока, наконец, мы не сможем рассмотреть ядро.

Учитывая, что вся Земля в среднем состоит из той же смеси веществ, которую мы видим в других частях Солнечной системы, ядро ​​должно быть железным металлом и небольшим количеством никеля. Но он менее плотный, чем чистое железо, поэтому около 10 процентов ядра должно быть легче.

Идеи о том, что это за легкий ингредиент, развиваются. Сера и кислород были кандидатами в течение длительного времени, и даже водород был рассмотрен. В последнее время возрос интерес к кремнию, так как эксперименты и моделирование при высоком давлении показывают, что он может растворяться в расплавленном железе лучше, чем мы думали. Может быть, больше, чем один из них там внизу. Требуется много гениальных рассуждений и неясных предположений, чтобы предложить какой-то конкретный рецепт, но предмет не выходит за рамки предположений.

Сейсмологи продолжают исследовать внутреннее ядро. Ядро восточное полушарие похоже, отличается от западного полушария в том, как кристаллы железа выровнены. Проблему трудно решить, потому что сейсмические волны должны идти в значительной степени прямо от землетрясения, прямо через центр Земли, к сейсмографу. События и машины, которые выстраиваются в очередь, очень редки. И последствия неуловимы.

В 1996 году Сядун Сонг и Пол Ричардс подтвердили прогноз, что внутреннее ядро ​​вращается немного быстрее, чем остальная часть Земли. Магнитные силы геодинамики кажутся ответственными.

Над геологическое времявнутреннее ядро ​​растет по мере охлаждения всей Земли. В верхней части внешнего ядра кристаллы железа замерзают и попадают внутрь внутреннего ядра. В основании внешнего ядра железо замерзает под давлением, забирая с собой большую часть никеля. Оставшееся жидкое железо легче и поднимается. Эти восходящие и падающие движения, взаимодействуя с геомагнитными силами, перемешивают все внешнее ядро ​​со скоростью около 20 километров в год или около того.

Планета Меркурий также имеет большое железное ядро ​​и магнитное полехотя и намного слабее земных. Недавние исследования намекают на то, что ядро ​​Меркурия богато серой и что аналогичный процесс замораживания мешает ему с падением «железного снега» и повышением обогащенной серой жидкости.

Основные исследования вспыхнули в 1996 году, когда компьютерные модели Гари Глатцмайера и Пола Робертса впервые воспроизвели поведение геодинамики, включая спонтанные изменения. Голливуд дал Glatzmaier неожиданную аудиторию, когда он использовал его анимацию в боевике Ядро.

Недавние лабораторные работы под высоким давлением Раймона Жанлоса, Хо-Кванга (Давида) Мао и других дали нам подсказки о границе ядро-мантия, где жидкое железо взаимодействует с силикатной породой. Эксперименты показывают, что материалы ядра и мантии подвергаются сильным химическим реакциям. Это регион, в котором, как полагают многие, возникают мантийные плюмы, поднимающиеся в такие места, как цепочка Гавайских островов, Йеллоустоун, Исландия и другие поверхностные объекты. Чем больше мы узнаем о ядре, тем ближе оно становится.

PS: Небольшая, сплоченная группа ключевых специалистов, все принадлежат к группе SEDI (Изучение глубин Земли) и читают ее Deep Earth Dialog Новостная рассылка. И они используют Специальное бюро для веб-сайта Ядра в качестве центрального хранилища геофизических и библиографических данных.