Žemės šerdis

Prieš šimtmetį mokslas vos nežinojo, kad Žemė turi net branduolį. Šiandien mus erzina branduolys ir jo ryšiai su likusia planetos dalimi. Iš tikrųjų mes esame pagrindinių studijų aukso amžiaus pradžioje.

Nuo to, kaip Žemė reaguoja į Saulės ir Mėnulio sunkumą, mes žinojome, kad planeta turi tankią branduolį, tikriausiai geležį. 1906 m. Richardas Dixonas Oldhamas nustatė, kad žemės drebėjimo bangos per Žemės centrą juda daug lėčiau nei per mantiją aplink ją, nes centras yra skystas.

1936 m. Inge Lehmann pranešė, kad kažkas atspindi seismines bangas iš šerdies. Tapo aišku, kad šerdį sudaro storas skystos geležies apvalkalas - išorinė šerdis, kurio centre yra mažesnė kieta vidinė šerdis. Tai tvirta, nes tame gylyje aukštas slėgis nugali aukštos temperatūros poveikį.

2002 m. Miaki Ishii ir Adamas Dziewonski iš Harvardo universiteto paskelbė apie „giliausią vidinę šerdį“, esančią maždaug už 600 kilometrų. 2008 m. „Xiadong Song“ ir „Xinlei Sun“ pasiūlė kitokį vidinį vidinį šerdį, maždaug per 1200 km. Šiomis idėjomis negali būti pasinaudota daug, kol kiti nepatvirtins darbo.

Kad ir ką išmoktume, kyla naujų klausimų. Skystasis geležis turi būti Žemės geomagnetinio lauko - geodinamo - šaltinis, tačiau kaip jis veikia? Kodėl geodynamo slenka, keičiasi magnetinė šiaurė ir į pietus, per geologinį laiką? Kas nutinka šerdies viršuje, kur išlydytas metalas susitinka su akmenine mantija? Dešimtajame dešimtmetyje atsakymai ėmė aiškėti.

Mūsų pagrindinė pagrindinių tyrimų priemonė buvo žemės drebėjimo bangos, ypač iš tokių didelių įvykių kaip 2004 m. Sumatra drebėjimas. Skambantys „normalūs režimai“, kurie priverčia planetą pulsuoti tokiais judesiais, kokius matote dideliame muilo burbule, yra naudingi tiriant didelio masto gilią struktūrą.

Tačiau didelė problema yra nelygumasBet kuriuos seisminius įrodymus galima interpretuoti daugiau nei vienaip. Į šerdį prasiskverbianti banga bent kartą perbraukia plutą, o mantija - bent du kartus, todėl seismogramos bruožas gali atsirasti keliose vietose. Turi būti patikrinta daugybė skirtingų duomenų.

Neapibrėžtumo kliūtis šiek tiek išnyko, kai su kompiuteriais pradėjome modeliuoti gilią žemę realius skaičius, o laboratorijoje atkurdami aukštą temperatūrą ir slėgį su deimantinio-priekinio langelio. Šios priemonės (ir dienos trukmės tyrimai) leido mums praeiti pro Žemės sluoksnius, kol pagaliau galvojome apie branduolį.

Atsižvelgiant į tai, kad vidutiniškai visą Žemę sudaro tas pats daiktų mišinys, kurį matome kitur Saulės sistemoje, šerdis turi būti geležies metalas kartu su šiek tiek nikelio. Tačiau jis yra mažiau tankus nei gryna geležis, todėl apie 10 procentų šerdies turi būti kažkas lengvesnio.

Idėjos apie tai, kas yra tas lengvas ingredientas, vystėsi. Siera ir deguonis ilgą laiką buvo kandidatai, ir net vandenilis buvo svarstomas. Pastaruoju metu padidėjo susidomėjimas siliciu, nes aukšto slėgio eksperimentai ir modeliavimas rodo, kad jis gali ištirpti išlydytoje geležyje geriau, nei mes manėme. Galbūt daugiau nei vienas iš jų yra ten. Norint pasiūlyti kokį nors konkretų receptą, reikia daug išradingų samprotavimų ir neaiškių prielaidų, tačiau tema nėra visų spėlionių.

Seismologai ir toliau tiria vidinę šerdį. Šerdis rytinis pusrutulis atrodo, kad nuo vakarinio pusrutulio skiriasi geležies kristalai. Šią problemą sunku užpulti, nes seisminės bangos turi vykti daugmaž tiesiai iš žemės drebėjimo, tiesiai per Žemės centrą, į seismografą. Įvykiai ir mašinos, kurios atsiduria teisingoje vietoje, yra reti. Ir poveikis yra subtilus.

1996 m. Xiadong Song ir Paul Richards patvirtino prognozę, kad vidinė šerdis sukasi šiek tiek greičiau nei likusi Žemė. Atrodo, kad geodinamo magnetinės jėgos yra atsakingos.

Virš geologinis laikas, vidinė šerdis auga, kai visa Žemė vėsta. Išorinėje šerdies dalyje geležies kristalai užšąla ir liejasi į vidinę šerdį. Išorinėje šerdies dalyje geležis užšąla slėgiu, paimdama didelę dalį nikelio. Likusi skysta geležis yra lengvesnė ir pakyla. Šie kylantys ir krintantys judesiai, sąveikaudami su geomagnetinėmis jėgomis, išjudina visą išorinę šerdį maždaug 20 kilometrų per metus greičiu.

Merkurijaus planeta taip pat turi didelę geležinę šerdį ir a magnetinis laukas, nors ir daug silpnesnis nei Žemės. Naujausi tyrimai rodo, kad gyvsidabrio šerdyje gausu sieros ir kad panašus užšalimo procesas jį paskatina, krintant „geležies sniegui“ ir kylant sieros prisotintam skysčiui.

Pagrindiniai tyrimai išaugo 1996 m., Kai Gary Glatzmaier ir Paul Roberts kompiuteriniai modeliai pirmą kartą atgamino geodinamo elgesį, įskaitant spontaniškus apsisukimus. Holivudas sukėlė netikėtą publiką Glatzmaieriui, kai veiksmo filme panaudojo jo animacijas Esmė.

Naujausi Raymondo Jeanlozo, Ho-Kwango (Deivido) Mao ir kitų aukšto slėgio laboratoriniai darbai davė mums užuominų apie šerdies ir mantijos ribą, kur skystas geležis sąveikauja su silikatine uoliena. Eksperimentai rodo, kad šerdies ir mantijos medžiagos patiria stiprias chemines reakcijas. Tai yra regionas, kurio manymu, kilę mantijos plunksnos, kylančios į tokias vietas kaip Havajų salų grandinė, Jeloustounas, Islandija ir kitos paviršiaus ypatybės. Kuo daugiau sužinome apie branduolį, tuo jis tampa artimesnis.

PS: Maža, artima pagrindinių specialistų grupei priklauso SEDI (Žemės gelmių tyrimas) ir ji skaito „Deep Earth“ dialogas informacinis biuletenis. „Core“ tinklalapio specialųjį biurą jie naudoja kaip centrinę geofizinių ir bibliografinių duomenų saugyklą.