Jordens indre kerne

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. marts 2022; checks kræver 2 redigeringer .


Den indre kerne er Jordens  dybeste geosfære med en radius på omkring 1220 km (ifølge seismologiske undersøgelser) [1] [2] , hvilket kan sammenlignes med 70 % af Månens radius . Det menes, at det hovedsageligt består af jern- og nikkellegeringer og nogle lette elementer. Temperaturen ved grænsen til den indre kerne er ca. 5700 K (5400 °C) [3]

Discovery

I 1936 opdagede den danske seismolog Inge Lehmann [4] at Jorden har en solid indre kerne, adskilt fra dens flydende ydre kerne. Hun beviste dens eksistens ved at studere seismogrammer af jordskælv i New Zealand og fandt ud af, at seismiske bølger reflekteres fra grænsen til den indre kerne og kan registreres af følsomme seismografer på jordens overflade. Denne grænse er kendt som Bullen-diskontinuiteten [5] , eller nogle gange som Lehmann-diskontinuiteten [6] . Få år senere, i 1940, opstod hypotesen om, at den indre kerne bestod af fast jern; dens hårdhed blev bekræftet i 1971 [7]

Det blev bestemt, at den ydre kerne skal være flydende, takket være observationer, der viser, at langsgående bølger passerer gennem den, men elastiske S-bølger ikke eller passerer meget lidt. [8] Hårdheden af ​​den indre kerne har været svær at konstatere, fordi de elastiske S-bølger, der skal bevæge sig gennem den faste masse, er meget svage og derfor svære at påvise med seismografer på Jordens overflade, da de dæmpes på vej mod overflade gennem den flydende ydre kerne. Dzhenovsky og Gilbert fandt ud af, at målinger af Jordens normale vibrationer forårsaget af store jordskælv er tegn på hårdheden af ​​den indre kerne. [9] I 2005 blev der fremsat en påstand om detektering af S-bølger, der passerer gennem den indre kerne; Først var dataene modstridende, men nu er dette spørgsmål nået til konsensus [10] I 2020 blev der opnået beviser for eksistensen af ​​et andet lag inde i Jordens indre kerne , kernen med en radius på ~650 km [11] .

Egenskaber

På grund af det høje tryk er Jordens indre kerne i fast tilstand i modsætning til den flydende ydre kerne .

Dens eksistens blev kendt fra brydning og refleksion af langsgående seismiske bølger . Seismiske undersøgelser indikerer, at anisotropien af ​​seismiske bølgehastigheder er registreret i den indre kerne: udbredelseshastigheden af ​​langsgående bølger er 3-4% højere langs den polære akse end i den ækvatoriale plan.

Parametre for jordens indre kerne [12] :

Der er også et synspunkt[ hvem? ] at den indre kerne ikke er i en krystallinsk, men i en specifik tilstand, der ligner amorf , og dens elastiske egenskaber skyldes tryk. Tidspunktet for begyndelsen af ​​krystallisation af den indre kerne anslås til at være 2-4 milliarder år siden.

Sammensætning

Baseret på den relative overflod af forskellige kemiske grundstoffer i solsystemet , teorien om planetarisk dannelse og begrænsninger pålagt eller udledt af kemien i resten af ​​Jorden, menes den indre kerne primært at være sammensat af en nikkel-jernlegering . Denne tryksatte legering er omkring 3% tættere end den faktiske kerne, hvilket betyder, at der er urenheder i kernen af ​​lette elementer (f.eks. silicium, oxygen, svovl). [fjorten]


Temperatur og tryk

Temperaturen af ​​den indre kerne kan estimeres under hensyntagen til de teoretisk og eksperimentelt observerede grænser for smeltetemperaturen for råjern ved et tryk, ved hvilket jern er ved grænsen til den indre kerne (ca. 330 GPa ). Baseret på disse overvejelser antages temperaturen at være ca. 5700 K (5400 °C; 9800 °F). [15] Trykket inde i den indre kerne er lidt højere end ved grænsen mellem den indre og ydre kerne: det er i området fra cirka 330 til 360 GPa. [16] Jern kan kun være fast ved så høje temperaturer, fordi smeltepunktet stiger kraftigt ved tryk af denne størrelsesorden (se Clausius-Clapeyron-ligningen ). [17]

En artikel publiceret i tidsskriftet Science [18] konkluderer, at jernets smeltetemperatur ved grænsen af ​​den indre kerne er 6230 ± 500 K, hvilket er omkring 1000 K højere end tidligere beregninger viser.

Dynamics

Man mener, at Jordens indre kerne langsomt vokser, da den flydende ydre kerne ved grænsen til den indre kerne afkøles og størkner på grund af den gradvise afkøling af Jordens indhold (ca. 100 grader Celsius på en milliard år). [19] Mange videnskabsmænd forventede oprindeligt, at den indre kerne ville være homogen , fordi den faste indre kerne oprindeligt blev dannet ved gradvis afkøling af smeltet materiale og fortsætter med at vokse som et resultat af den samme proces. Selvom det vokser i en væske, er det fast på grund af det meget høje tryk, der komprimerer det til en enkelt enhed på trods af den ekstreme varme. Det blev endda antaget, at Jordens indre kerne kunne være en enkelt krystal af jern, [20] denne forudsigelse blev dog tilbagevist af observationer, der viste, at der er inhomogeniteter i den indre kerne. [21] Seismologer har fundet ud af, at den indre kerne ikke er fuldstændig ensartet; i stedet er den sammensat af strukturer i stor skala, så seismiske bølger rejser gennem nogle dele af den indre kerne hurtigere end andre. [22] Desuden er overfladeegenskaberne for den indre kerne forskellige fra sted til sted i intervaller på 1 km. Disse variationer er overraskende, da de vandrette temperaturændringer ved grænsen af ​​den indre kerne anses for at være meget små (denne konklusion er tvunget fra observationer af magnetfeltet ). Nylige undersøgelser tyder på, at den faste indre kerne består af lag adskilt af en overgangszone på 250 til 400 km tyk. [23] Hvis den indre kerne vokser på grund af små stivnende sedimenter, der falder ned på dens overflade, kan der også være en del væske fanget i porerne, og denne restvæske kan stadig eksistere i et lille omfang på en stor del af den indre overflade.

Da den indre kerne ikke er stift forbundet med Jordens solide kappe , var forskere i lang tid optaget af muligheden for, at den roterer lidt hurtigere eller langsommere end resten af ​​Jorden. [24] [25] I 1990'erne foreslog seismologer forskellige måder at detektere en sådan super-rotation ved at observere ændringer i karakteristika af seismiske bølger, der passerer gennem den indre kerne over flere årtier, ved at bruge den førnævnte egenskab, at den transmitterer bølger hurtigere i nogle retninger . Beregningen af ​​denne superrotation giver ca. 1 grad af inkrementel rotation om året.

Det menes, at væksten af ​​den indre kerne spiller en vigtig rolle i skabelsen af ​​Jordens magnetfelt på grund af dynamo-effekten i den flydende ydre kerne. Det skyldes hovedsageligt, at det ikke er muligt at opløse den samme mængde lette grundstoffer som i den ydre kerne, og derfor giver frysning ved grænsen til den indre kerne en restvæske, der indeholder flere lette grundstoffer end væsken over den. Dette resulterer i opdrift og hjælper konvektion med den ydre kerne.

Eksistensen af ​​en indre kerne ændrer også væskedynamikken i den ydre kerne; det vokser (ved grænsen) og kan hjælpe med at fiksere magnetfeltet, da det antages at være mere modstandsdygtigt over for turbulens end den ydre kernevæske (som antages at være turbulent)

Der er også spekulationer om, at den indre kerne kan udvise forskellige interne deformationsmønstre . Dette kan være nødvendigt for at forklare, hvorfor seismiske bølger bevæger sig hurtigere i nogle retninger end i andre. [26] Da konvektion i sig selv antages at være usandsynlig, [27] må enhver flydende konvektiv bevægelse skyldes en forskel i sammensætning eller et overskud af væske i dens indre. Yoshida og kolleger foreslog en ny mekanisme, hvor deformation af den indre kerne kan forekomme på grund af en højere frekvens af frysning ved ækvator end ved polære breddegrader, [28] og Karato foreslog, at ændringer i magnetfeltet også langsomt kan deformere den indre kerne over tid [29]

Der er en øst-vest asymmetri i de seismologiske data for den indre kerne. Der er en model, der forklarer dette ved forskelle i overfladen af ​​den indre kerne - smeltning af den ene halvkugle og krystallisation i den anden. [30] Den vestlige halvkugle kan krystallisere, mens den østlige kan smelte. Dette kan føre til en stigning i genereringen af ​​magnetfeltet i den krystalliserende halvkugle, hvilket skaber en asymmetri i Jordens magnetfelt. [31]

Historie

Baseret på afkølingshastigheden af ​​kernen kan det anslås, at den moderne faste indre kerne begyndte at størkne for cirka 0,5 til 2 milliarder år siden [32] fra en fuldstændig smeltet kerne (som blev dannet umiddelbart efter dannelsen af ​​planeten ). Hvis dette er korrekt, må det betyde, at Jordens faste indre kerne ikke er den oprindelige formation, der eksisterede under dannelsen af ​​planeten, men en formation, der er yngre end Jorden (Jorden er ca. 4,5 milliarder år gammel)

Se også

Noter

  1. ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie. Skæv vækst af jordens indre kerne  (engelsk)  // Science  : journal. - 2010. - 21. maj ( bd. 328 , nr. 5981 ). - S. 1014-1017 . - doi : 10.1126/science.1186212 . - . — PMID 20395477 . . - " Skabelon:Inkonsistente citater ".
  2. ↑ ER Engdahl; EA Flynn og RP Massé. Differentielle PkiKP rejsetider og radius af kernen   // Geophys . JR Astr. soc. : journal. - 1974. - Bd. 40 , nej. 3 . - S. 457-463 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1974.tb05467.x . - .
  3. ↑ D. Alfe; M. Gillan; G.D. Pris. Jordens kernes sammensætning og temperatur begrænset ved at kombinere ab initio-beregninger og seismiske data  //  Earth and Planetary Science Letters : journal. - Elsevier , 2002. - 30. januar ( bind 195 , nr. 1-2 ). - S. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  4. ↑ JORD: INDE OG UDEN / Edmond A. Mathez. — American Museum of Natural History. Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Dato for adgang: 19. januar 2017. Arkiveret fra originalen 30. april 2008. 
  5. ↑ John C. Butler. Klassenoter - Jordens indre . Karakterbog i fysisk geologi . University of Houston (1995). Hentet 30. august 2011. Arkiveret fra originalen 17. juni 2012.
  6. ^ Skønt et andet hul er opkaldt efter Lehmann, kan denne brug stadig findes; se for eksempel: Robert E Krebs. Grundlæggende om jordvidenskab . - Greenwood Publishing Company, 2003. - ISBN 0-313-31930-8 . , og Herfra til "helvede" eller D- laget Arkiveret 2. september 2016 på Wayback Machine , About.com
  7. ↑ Hung Kan Lee. International håndbog om jordskælv og ingeniørseismologi; bind 1  (engelsk) . — Akademisk Presse . - S. 926. - ISBN 0-12-440652-1 .
  8. ↑ William J. Cromie . Putting a New Spin on Earth's Core , Harvard Gazette (15. august 1996). Arkiveret fra originalen den 1. april 2007. Hentet 22. maj 2007.
  9. ↑ Soliditeten af ​​jordens indre kerne udledt af observationer i normal tilstand  //  Nature: journal. - 1971. - 24. december ( bd. 234 , nr. 5330 ). - S. 465-466 . - doi : 10.1038/234465a0 . — .
  10. ↑ Robert Roy Britt. Til sidst et solidt blik på jordens kerne (14. april 2005). Hentet 22. maj 2007. Arkiveret fra originalen 27. september 2007.
  11. ↑ Bevis for den inderste indre kerne: Robust parametersøgning efter radialt varierende anisotropi ved hjælp af naboskabsalgoritmen - Stephenson - 2021 - Journal of Geophysical... . Hentet 6. april 2021. Arkiveret fra originalen 16. april 2021.
  12. ↑ Jordens indre kerne // Russian Geological Encyclopedia. T. 1. M.; St. Petersborg: VSEGEI, 2010. S. 200.
  13. ↑ Eugene C. Robertson. Jordens indre . - United States Geological Survey , 2011. - Januar.
  14. ↑ Stixrude, Lars. Sammensætning og temperatur af Jordens indre kerne  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : journal. - 1997. - 10. november ( bind 102 , nr. B11 ). - P. 24729-24739 . — ISSN 2156-2202 . - doi : 10.1029/97JB02125 .
  15. ↑ D. Alfe; M. Gillan; G.D. Pris. Jordens kernes sammensætning og temperatur begrænset ved at kombinere ab initio-beregninger og seismiske data  //  Earth and Planetary Science Letters : journal. - Elsevier , 2002. - 30. januar ( bind 195 , nr. 1-2 ). - S. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  16. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / David. R. Bly. — 87. - P. j14-13. Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Dato for adgang: 19. januar 2017. Arkiveret fra originalen 24. juli 2017. 
  17. ↑ Anneli Aitta. Jernsmeltekurve med et trikritisk punkt  //  Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment : journal. - iop, 2006. - 1. december ( bd. 2006 , nr. 12 ). - S. 12015-12030 . - doi : 10.1088/1742-5468/2006/12/P12015 . - . - arXiv : cond-mat/0701283 .
  18. ↑ S. Anzellini. Afsmeltning af jern ved jordens indre kernegrænse baseret på hurtig røntgendiffraktion  (engelsk)  // Science : journal. - AAAS, 2013. - Vol. 340 , nr. 6136 . - S. 464-466 . - doi : 10.1126/science.1233514 .
  19. ↑ JA Jacobs. Jordens indre kerne   // Natur . - 1953. - Bd. 172 , nr. 4372 . - S. 297-298 . - doi : 10.1038/172297a0 . — .
  20. ↑ Broad, William J. Jordens kerne kan være en gigantisk krystal lavet af jern  // NY Times  : avis  . - 1995. - 4. april. — ISSN 0362-4331 .
  21. ↑ Robert Sanders. Jordens indre kerne er ikke en monolitisk jernkrystal, siger UC Berkeleys seismolog (13. november 1996). Hentet 22. maj 2007. Arkiveret fra originalen 9. juni 2007.
  22. ↑ Geovidenskab: Kernetro   // Nature . - 2001. - 6. september ( bd. 413 , nr. 6851 ). - S. 27-30 . - doi : 10.1038/35092650 . — PMID 11544508 .
  23. ↑ Kazuro Hirahara. Seismisk struktur nær den indre kerne-ydre  kernegrænse  // Geophys . Res. Lett. : journal. - American Geophysical Union , 1994. - Vol. 51 , nr. 16 . - S. 157-160 . - doi : 10.1029/93GL03289 . — .
  24. ↑ Mekanik af indre kernes superrotation  //  Geofysiske forskningsbreve : journal. - 1996. - Bd. 23 , nr. 23 . - S. 3401-3404 . - doi : 10.1029/96GL03258 . - .
  25. ↑ Bevis for indre kerne super-rotation fra tidsafhængige differentielle PKP-rejsetider observeret ved Beijing Seismic Network  // Geophysical Journal  International : journal. - 2003. - Bd. 152 , nr. 3 . - S. 509-514 . - doi : 10.1046/j.1365-246X.2003.01852.x . - .
  26. ↑ Mulig heterogenitet af Jordens kerne udledt af PKIKP rejsetider  //  Natur: journal. - 1983. - Bd. 305 . - S. 204-206 . - doi : 10.1038/305204a0 .
  27. ↑ T. Yukutake. Usandsynligheden af ​​termisk konvektion i Jordens faste indre kerne   // Fysisk . jorden planet. Int. : journal. - 1998. - Bd. 108 , nr. 1 . - S. 1-13 . - doi : 10.1016/S0031-9201(98)00097-1 . — .
  28. ↑ S.I. Yoshida. Vækstmodel af den indre kerne kombineret med den ydre kernedynamik og den resulterende elastiske anisotropi  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : journal. - 1996. - Bd. 101 . - P. 28085-28103 . - doi : 10.1029/96JB02700 . - .
  29. ↑ S.I. Karato. Seismisk anisotropi af Jordens indre kerne som følge af strømning induceret af Maxwell-spændinger  //  Nature : journal. - 1999. - Bd. 402 , nr. 6764 . - s. 871-873 . - doi : 10.1038/47235 . — .
  30. ↑ Smelteinduceret lagdeling over Jordens indre kerne på grund af konvektiv translation  //  Natur: journal. - 2010. - Bd. 466 , nr. 7307 . - s. 744-747 . - doi : 10.1038/nature09257 . — . - arXiv : 1201.1201 . — PMID 20686572 .
  31. ↑ "Figur 1: Øst-vest asymmetri i vækst i indre kerne og generering af magnetiske felter." Arkiveret 9. juli 2015 på Wayback Machine fra Core processes: Earth's eccentric magnetic field  // Nature Geoscience  : journal  . - 2012. - Bd. 5 . - S. 523-524 . - doi : 10.1038/ngeo1516 .
  32. ↑ Labrosse, Stephane.  Den indre kernes tidsalder  // Earth and Planetary Science Letters : journal. - 2001. - 15. august ( bind 190 , nr. 3-4 ). - S. 111-123 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00387-9 .

Litteratur

 Jordens skaller
Ekstern Jordlag model.png
Indre
Bark
Mantel
Nucleus