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]
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] .
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.
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]
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.
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]
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)
Jordens skaller | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Ekstern | ![]() | ||||||
Indre |
|