Земното ядро

Преди век науката едва знаеше, че Земята дори има ядро. Днес ние сме развълнувани от ядрото и неговите връзки с останалата част на планетата. Всъщност ние сме в началото на златен век на основните изследвания.

От 1890 г. знаехме от начина, по който Земята реагира на гравитацията на Слънцето и Луната, че планетата има плътно ядро, вероятно желязо. През 1906 г. Ричард Диксън Олдъм открил, че земетресетелните вълни се движат през земния център много по-бавно, отколкото през мантията около него - защото центърът е течен.

През 1936 г. Инге Леман съобщава, че нещо отразява сеизмичните вълни от вътрешността на ядрото. Стана ясно, че сърцевината се състои от дебела обвивка от течно желязо - външната сърцевина - с по-малка, плътна вътрешна сърцевина в центъра. Твърдо е, защото на тази дълбочина високото налягане преодолява ефекта на високата температура.

През 2002 г. Миаки Ишии и Адам Дзевонски от Харвардския университет публикуват доказателства за "най-съкровено вътрешно ядро" на разстояние около 600 километра. През 2008 г. Xiadong Song и Xinlei Sun предложиха различно вътрешно вътрешно ядро ​​с дължина около 1200 км. От тези идеи не може да се направи много, докато другите не потвърдят работата.

Каквото научим, повдига нови въпроси. Течното желязо трябва да е източникът на геомагнитното поле на Земята - геодинамото - но как работи? Защо геодинамото се върти, превключва магнитен север и на юг, през геоложки време? Какво се случва в горната част на сърцевината, където разтопеният метал се среща с каменистата мантия? Отговорите започнаха да се появяват през 90-те години.

Нашият основен инструмент за основни изследвания са земетресението вълни, особено тези от големи събития като 2004 земетресение Суматра. Звънещите "нормални режими", които карат планетата да пулсира с вида на движенията, които виждате в голям сапунен мехур, са полезни за изследване на мащабна дълбока структура.

Но голям проблем е nonuniqueness- всички дадени данни от сеизмични доказателства могат да се тълкуват повече от един начин. Вълна, която прониква в сърцевината, също преминава през кората поне веднъж и мантията поне два пъти, така че характеристика в сеизмограмата може да възникне на няколко възможни места. Много различни парчета данни трябва да бъдат проверени кръстосано.

Бариерата за нееднородност избледня донякъде, когато започнахме да симулираме дълбоката Земя в компютри с реалистични числа и докато възпроизвеждахме високи температури и налягания в лабораторията с диамант-наковалня клетка. Тези инструменти (и проучвания с продължителност на деня) ни позволиха да надникнем през пластовете на Земята, докато най-сетне не можем да съзерцаваме ядрото.

Като се има предвид, че цялата Земя средно се състои от една и съща смес от неща, които виждаме другаде в Слънчевата система, ядрото трябва да бъде метал от желязо, заедно с малко никел. Но той е по-малко плътен от чистото желязо, така че около 10 процента от сърцевината трябва да е нещо по-леко.

Идеите за това, каква е тази лека съставка, се развиват. Сярата и кислородът са кандидати отдавна и дори се счита за водород. Напоследък се наблюдава повишен интерес към силиция, тъй като експериментите и симулациите с високо налягане предполагат, че той може да се разтвори в разтопено желязо по-добре, отколкото си мислехме. Може би повече от един е там долу. Необходими са много гениални разсъждения и несигурни предположения, за да се предложи някаква конкретна рецепта - но темата не е извън всякакви предположения.

Сеизмолозите продължават да изследват вътрешното ядро. Ядрото източно полукълбо изглежда се различава от западното полукълбо по начина на подравняване на железните кристали. Проблемът е труден за атакуване, тъй като сеизмичните вълни трябва да преминат много направо от земетресение, точно през центъра на Земята, до сеизмограф. Събития и машини, които се подреждат точно така, са редки. И ефектите са фини.

През 1996 г. Xiadong Song и Paul Richards потвърждават прогнозата, че вътрешното ядро ​​се върти малко по-бързо от останалата част от Земята. Магнитните сили на геодинамото изглежда са отговорни.

Над геоложки време, вътрешното ядро ​​расте, когато цялата земя се охлажда. В горната част на външната сърцевина, железните кристали замръзват и навлизат във вътрешната сърцевина. В основата на външната сърцевина желязото замръзва под налягане, като поема голяма част от никела със себе си. Останалото течно желязо е по-леко и се издига. Тези движения на издигане и падане, взаимодействащи с геомагнитни сили, разбъркват цялото външно ядро ​​със скорост от 20 километра годишно или повече.

Планетата Меркурий също има голямо желязно ядро ​​и а магнитно поле, макар и много по-слаба от тази на Земята. Последните проучвания намекват, че сърцевината на Меркурий е богата на сяра и че подобен процес на замръзване я подтиква, като пада „железен сняг“ и течността, обогатена със сяра.

Основните проучвания нарастват през 1996 г., когато компютърните модели на Гари Глацмайер и Пол Робъртс за първи път възпроизвеждат поведението на геодинамото, включително спонтанни промени. Холивуд даде на Glatzmaier неочаквана публика, когато използва неговите анимации в екшън филма Сърцевината.

Скорошна лабораторна работа на високо налягане от Реймънд Жанлоз, Хо-Кванг (Дейвид) Мао и други ни даде намеци за границата на ядрото-мантия, където течното желязо взаимодейства със силикатна скала. Експериментите показват, че основни и мантийни материали са подложени на силни химични реакции. Това е регионът, от който мнозина смятат, че произлизат мантийни петна, издигащи се до места като веригата на Хавайските острови, Йелоустоун, Исландия и други повърхностни особености. Колкото повече научаваме за сърцевината, толкова по-близо става.

PS: Малката, сплотена група от основни специалисти, всички принадлежат към групата SEDI (Проучване на дълбокия интериор на Земята) и четете нейната Дълбоки диалог на Земята бюлетин. И използват Специалното бюро за уебсайта на Core като централно хранилище за геофизични и библиографски данни.