Maan sisäinen ydin

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25. maaliskuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .


Sisäydin on Maan  syvin geosfääri , jonka säde on noin 1220 km ( seismologisten tutkimusten mukaan) [1] [2] , mikä on verrattavissa 70 prosenttiin Kuun säteestä . Sen uskotaan koostuvan pääasiassa raudan ja nikkelin seoksista sekä joistakin kevyistä alkuaineista. Lämpötila sisäytimen rajalla on noin 5700 K (5400 °C) [3]

Discovery

Vuonna 1936 tanskalainen seismologi Inge Lehmann [4] havaitsi, että maapallolla on kiinteä sisäydin, joka eroaa sen nestemäisestä ulkoytimestä. Hän todisti sen olemassaolon tutkimalla maanjäristysten seismogrammeja Uudessa-Seelannissa ja havaitsi, että seismiset aallot heijastuvat sisäytimen rajalta ja ne voidaan tallentaa herkillä seismografeilla maan pinnalla. Tämä raja tunnetaan nimellä Bullen-epäjatkuvuus [5] tai joskus Lehmannin epäjatkuvuus [6] . Muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1940, nousi hypoteesi, että sisäydin koostui kiinteästä raudasta; sen kovuus vahvistettiin vuonna 1971 [7]

Todettiin, että ulkoytimen tulee olla nestemäinen, kiitos havaintojen, jotka osoittivat, että pitkittäiset aallot kulkevat sen läpi, mutta elastiset S-aallot eivät tai kulkevat hyvin vähän. [8] Sisäytimen kovuutta on ollut vaikea määrittää, koska kiinteän massan läpi kulkevat elastiset S-aallot ovat erittäin heikkoja ja siksi niitä on vaikea havaita seismografeilla maan pinnalla, koska ne vaimentuvat matkalla kohti pinta nestemäisen ulkoytimen läpi. Dzhenovsky ja Gilbert havaitsivat, että suurten maanjäristysten aiheuttamien Maan normaalien värähtelyjen mittaukset osoittavat sisemmän ytimen kovuuden. [9] Vuonna 2005 väitettiin sisäytimen läpi kulkevien S-aaltojen havaitsemisesta; Aluksi tiedot olivat ristiriitaisia, mutta nyt tämä kysymys on päässyt yhteisymmärrykseen [10] Vuonna 2020 saatiin todisteita toisen kerroksen olemassaolosta Maan sisäisen ytimen sisällä, ytimessä, jonka säde on ~650 km [11] .

Ominaisuudet

Korkean paineen vuoksi maan sisäydin on kiinteässä tilassa, toisin kuin nestemäinen ulkoydin .

Sen olemassaolo tuli tunnetuksi pitkittäisten seismisten aaltojen taittumisesta ja heijastuksesta . Seismiset tutkimukset osoittavat, että seismisten aallon nopeuksien anisotropia tallentuu sisäytimeen: pitkittäisaaltojen etenemisnopeus on 3-4 % suurempi napa-akselilla kuin päiväntasaajalla.

Maan sisäisen ytimen parametrit [12] :

On myös näkökulma[ kuka? ] , että sisäydin ei ole kiteisessä, vaan tietyssä tilassa, joka on samanlainen kuin amorfinen , ja sen elastiset ominaisuudet johtuvat paineesta. Sisäytimen kiteytymisen alkamisajan arvioidaan olevan 2-4 miljardia vuotta sitten.

Koostumus

Aurinkokunnan eri kemiallisten alkuaineiden suhteellisen runsauden, planeettojen muodostumisteorian ja muun maapallon kemiasta määrättyjen tai pääteltyjen rajoitusten perusteella sisäytimen uskotaan koostuvan pääasiassa nikkeli-rauta-seoksesta. . Tämä paineistettu metalliseos on noin 3 % tiheämpi kuin todellinen ydin, mikä tarkoittaa, että kevyiden alkuaineiden ytimessä on epäpuhtauksia (esim. pii, happi, rikki). [neljätoista]


Lämpötila ja paine

Sisäytimen lämpötila voidaan arvioida ottamalla huomioon teoreettisesti ja kokeellisesti havaitut raakaraudan sulamislämpötilan rajat paineessa, jossa rauta on sisäytimen rajalla (noin 330 GPa ). Näiden näkökohtien perusteella lämpötilan oletetaan olevan noin 5700 K (5400 °C; 9800 °F). [15] Paine sisäytimen sisällä on hieman korkeampi kuin sisä- ja ulkoytimen välisellä rajalla: se on noin 330-360 GPa. [16] Rauta voi olla kiinteää vain niin korkeissa lämpötiloissa, koska sulamispiste kohoaa jyrkästi tämän suuruisissa paineissa (katso Clausius-Clapeyron-yhtälö ). [17]

Science-lehdessä julkaistussa artikkelissa [18] todetaan, että raudan sulamislämpötila sisäytimen rajalla on 6230 ± 500 K, mikä on noin 1000 K korkeampi kuin aikaisemmat laskelmat osoittavat.

Dynamiikka

Uskotaan, että Maan sisäydin kasvaa hitaasti, kun nestemäinen ulkoydin sisäytimen rajalla jäähtyy ja jähmettyy maapallon sisällön asteittaisen jäähtymisen vuoksi (noin 100 celsiusastetta miljardissa vuodessa). [19] Monet tutkijat odottivat alun perin, että sisäydin olisi homogeeninen , koska kiinteä sisäydin muodostui alun perin sulan materiaalin asteittaisesta jäähtymisestä ja jatkaa kasvuaan saman prosessin seurauksena. Vaikka se kasvaa nesteessä, se on kiinteä johtuen erittäin korkeasta paineesta, joka puristaa sen yhdeksi kokonaisuudeksi äärimmäisestä kuumuudesta huolimatta. Oletettiin jopa, että Maan sisäydin voisi olla yksittäinen rautakide [ 20] , mutta tämä ennustus kumosi havainnot, jotka osoittivat, että sisäisessä ytimessä on epähomogeenisuutta. [21] Seismologit ovat havainneet, että sisäydin ei ole täysin yhtenäinen; sen sijaan se koostuu suurista rakenteista, joten seismiset aallot kulkevat joidenkin sisäytimen osien läpi nopeammin kuin toiset. [22] Lisäksi sisäytimen pintaominaisuudet vaihtelevat paikasta toiseen 1 km:n välein. Nämä vaihtelut ovat yllättäviä, koska vaakasuorat lämpötilan muutokset sisäytimen rajalla katsotaan hyvin pieniksi (tämä johtopäätös on pakotettu magneettikentän havaintoihin ). Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että kiinteä sisäydin koostuu kerroksista, joita erottaa 250-400 km paksuinen siirtymäalue. [23] Jos sisäydin kasvaa sen pinnalle putoavien pienten jähmettyvien sedimenttien takia, voi huokosiin jäädä myös jonkin verran nestettä ja tätä jäännösnestettä voi vielä olla pienessä määrin suuressa osassa sisäpintaa.

Koska sisäydin ei ole jäykästi yhdistetty Maan kiinteään vaippaan , tutkijoita kiinnosti pitkään mahdollisuus, että se pyörii hieman nopeammin tai hitaammin kuin muu maapallo. [24] [25] 1990-luvulla seismologit ehdottivat erilaisia ​​tapoja havaita tällainen superkierto seuraamalla muutoksia sisäytimen läpi kulkevien seismisten aaltojen ominaisuuksissa useiden vuosikymmenten aikana käyttämällä edellä mainittua ominaisuutta, että se lähettää aaltoja nopeammin joihinkin suuntiin. . Tämän superkierron laskeminen antaa noin 1 asteen lisäkiertoa vuodessa.

Uskotaan, että sisemmän ytimen kasvulla on tärkeä rooli Maan magneettikentän muodostumisessa nestemäisen ulkoytimen dynamovaikutuksen vuoksi . Tämä johtuu pääasiassa siitä, että ei ole mahdollista liuottaa samaa määrää kevyitä alkuaineita kuin ulkoytimeen, ja siksi jäätyminen sisäytimen rajalla tuottaa jäännösnesteen, joka sisältää enemmän kevyitä alkuaineita kuin sen yläpuolella oleva neste. Tämä johtaa kellumiseen ja edistää konvektiota ulkoytimen kanssa.

Sisäytimen olemassaolo muuttaa myös nestedynamiikkaa ulkoytimessä; se kasvaa (rajalla) ja voi auttaa magneettikentän kiinnittämisessä, koska sen oletetaan kestävän paremmin turbulenssia kuin ulomman ydinnesteen (jonka oletetaan olevan turbulentti)

On myös spekulaatioita, että sisäytimessä voi olla erilaisia ​​sisäisiä muodonmuutosmalleja . Tämä saattaa olla tarpeen selittämään, miksi seismiset aallot kulkevat nopeammin joihinkin suuntiin kuin toisiin. [26] Koska itse konvektio oletetaan olevan epätodennäköistä, [27] minkä tahansa nesteen konvektiivisen liikkeen täytyy johtua koostumuksen erosta tai nesteen ylimäärästä sen sisällä. Yoshida ja kollegat ehdottivat uutta mekanismia, jossa sisäytimen muodonmuutoksia voi tapahtua, koska jäätymistaajuus on suurempi päiväntasaajalla kuin polaarisilla leveysasteilla, [28] ja Karato ehdotti, että muutokset magneettikentässä voivat myös hitaasti muuttaa sisäytimen muotoa. aika [29]

Sisäytimen seismologisissa tiedoissa on itä-länsi-epäsymmetria. On olemassa malli, joka selittää tämän sisemmän ytimen pinnan eroilla - yhden pallonpuoliskon sulaminen ja toisen kiteytyminen. [30] Läntinen pallonpuolisko voi kiteytyä, kun taas itäinen voi sulaa. Tämä voi johtaa magneettikentän lisääntymiseen kiteytyvällä pallonpuoliskolla, mikä luo epäsymmetrian Maan magneettikenttään. [31]

Historia

Ytimen jäähtymisnopeuden perusteella voidaan arvioida, että nykyaikainen kiinteä sisäydin alkoi jähmettyä noin 0,5-2 miljardia vuotta sitten [32] täysin sulasta ytimestä (joka muodostui välittömästi planeetan muodostumisen jälkeen ). Jos tämä pitää paikkansa, tämän täytyy tarkoittaa, että Maan kiinteä sisäydin ei ole alkuperäinen muodostelma, joka oli olemassa planeetan muodostumisen aikana, vaan maapalloa nuorempi muodostuma (Maa on noin 4,5 miljardia vuotta vanha)

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie. Maan sisäisen ytimen vino kasvu  (englanniksi)  // Science  : Journal. - 2010. - 21. toukokuuta ( nide 328 , nro 5981 ). - s. 1014-1017 . - doi : 10.1126/tiede.1186212 . - . — PMID 20395477 . . - " Malli: Epäjohdonmukaiset lainaukset ".
  2. ↑ ER Engdahl; EA Flynn ja RP Massé. Differentiaaliset PkiKP-matkaajat ja ytimen säde   // Geophys . JR Astr. soc. : päiväkirja. - 1974. - Voi. 40 , ei. 3 . - s. 457-463 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1974.tb05467.x . - .
  3. ↑ D. Alfe; M. Gillan; G.D. Hinta. Maan ytimen koostumus ja lämpötila rajoitettu yhdistämällä ab initio -laskelmat ja seismiset tiedot  //  Earth and Planetary Science Letters : päiväkirja. - Elsevier , 2002. - 30. tammikuuta ( nide 195 , nro 1-2 ). - s. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  4. ↑ MAA: SISÄLLÄ JA ULKOPUOLELLA / Edmond A. Mathez. - American Museum of Natural History. Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 19. tammikuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 30. huhtikuuta 2008. 
  5. ↑ John C. Butler. Luokan muistiinpanot - Maan sisätilat . Fysikaalisen geologian arvosanakirja . Houstonin yliopisto (1995). Haettu 30. elokuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 17. kesäkuuta 2012.
  6. ^ Vaikka Lehmannin mukaan on nimetty toinen aukko , tämä käyttötapa löytyy silti; katso esimerkiksi: Robert E Krebs. Maantieteen perusteet . - Greenwood Publishing Company, 2003. - ISBN 0-313-31930-8 . , ja Tästä "helvetti" tai D- tasolle Arkistoitu 2. syyskuuta 2016 osoitteessa Wayback Machine , About.com
  7. ↑ Hung Kan Lee. Kansainvälinen maanjäristys- ja teknisen seismologian käsikirja; osa 1  (englanniksi) . — Akateeminen lehdistö . - P. 926. - ISBN 0-12-440652-1 .
  8. ↑ William J. Cromie . Uusi pyörähdys maan ytimeen , Harvard Gazette (15. elokuuta 1996). Arkistoitu alkuperäisestä 1. huhtikuuta 2007. Haettu 22. toukokuuta 2007.
  9. ↑ Maan sisäisen ytimen kiinteys päätelty normaalitilan havainnoista  //  Luonto: päiväkirja. - 1971. - 24. joulukuuta ( nide 234 , nro 5330 ). - s. 465-466 . - doi : 10.1038/234465a0 . - .
  10. ↑ Robert Roy Britt. Lopuksi vankka katsaus maan ytimeen (14. huhtikuuta 2005). Haettu 22. toukokuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 27. syyskuuta 2007.
  11. ↑ Todisteita sisimmästä sisäisestä ytimestä: Radiaalisesti vaihtelevan anisotropian voimakas parametrihaku naapurialgoritmin avulla - Stephenson - 2021 - Journal of Geophysical… . Haettu 6. huhtikuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 16. huhtikuuta 2021.
  12. ↑ Maan sisäydin // Russian Geological Encyclopedia. T. 1. M.; Pietari: VSEGEI, 2010. S. 200.
  13. ↑ Eugene C. Robertson. Maan sisäpuoli . - United States Geological Survey , 2011. - tammikuu.
  14. ↑ Stixrude, Lars. Maan sisäisen ytimen koostumus ja lämpötila  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : päiväkirja. - 1997. - 10. marraskuuta ( nide 102 , nro B11 ). - P. 24729-24739 . — ISSN 2156-2202 . - doi : 10.1029/97JB02125 .
  15. ↑ D. Alfe; M. Gillan; G.D. Hinta. Maan ytimen koostumus ja lämpötila rajoitettu yhdistämällä ab initio -laskelmat ja seismiset tiedot  //  Earth and Planetary Science Letters : päiväkirja. - Elsevier , 2002. - 30. tammikuuta ( nide 195 , nro 1-2 ). - s. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  16. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / David. R. Lyijy. – 87. - P. j14-13. Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 19. tammikuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 24. heinäkuuta 2017. 
  17. ↑ Anneli Aitta. Raudan sulamiskäyrä kolmikriittisellä pisteellä  //  Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment : päiväkirja. - iop, 2006. - 1. joulukuuta ( osa 2006 , nro 12 ). - P. 12015-12030 . - doi : 10.1088/1742-5468/2006/12/P12015 . - . - arXiv : cond-mat/0701283 .
  18. ↑ S. Anzellini. Raudan sulaminen Maan sisäisellä ytimen rajalla Nopean röntgendiffraktion perusteella  (englanniksi)  // Science : Journal. - AAAS, 2013. - Vol. 340 , no. 6136 . - s. 464-466 . - doi : 10.1126/tiede.1233514 .
  19. ↑ JA Jacobs. Maan sisäydin   // Luonto . - 1953. - Voi. 172 , no. 4372 . - s. 297-298 . - doi : 10.1038/172297a0 . - .
  20. ↑ Broad, William J. Maan ydin voi olla jättimäinen raudasta valmistettu kristalli  // NY Times  : sanomalehti  . - 1995 - 4. huhtikuuta. — ISSN 0362-4331 .
  21. ↑ Robert Sanders. Maan sisäydin ei ole monoliittinen rautakide, sanoo UC Berkeley seismologi (13. marraskuuta 1996). Haettu 22. toukokuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 9. kesäkuuta 2007.
  22. ↑ Maantiede : ydinuskomukset   // Luonto . - 2001. - 6. syyskuuta ( nide 413 , nro 6851 ). - s. 27-30 . - doi : 10.1038/35092650 . — PMID 11544508 .
  23. ↑ Kazuro Hirahara. Seisminen rakenne lähellä sisäytimen ja ulkoytimen rajaa   // Geophys . Res. Lett. : päiväkirja. - American Geophysical Union , 1994. - Voi. 51 , nro. 16 . - s. 157-160 . - doi : 10.1029/93GL03289 . — .
  24. ↑ Sisäytimen superkiertoliikkeen mekaniikka  //  Geophysical Research Letters : päiväkirja. - 1996. - Voi. 23 , ei. 23 . - P. 3401-3404 . - doi : 10.1029/96GL03258 . - .
  25. ↑ Todisteita sisäisestä ytimen superkiertoisuudesta Beijing Seismic Networkissa havaituista ajasta riippuvista differentiaalisista PKP-kulkuajoista  // Geophysical Journal  International : päiväkirja. - 2003. - Voi. 152 , no. 3 . - s. 509-514 . - doi : 10.1046/j.1365-246X.2003.01852.x . - .
  26. ↑ Maan ytimen mahdollinen heterogeenisuus päätelty PKIKP:n matka-ajoista  //  Luonto: päiväkirja. - 1983. - Voi. 305 . - s. 204-206 . - doi : 10.1038/305204a0 .
  27. ↑ T. Yukutake. Lämpökonvektion epätodennäköisyys Maan kiinteässä sisäisessä ytimessä   // Phys . maaplaneetta. Int. : päiväkirja. - 1998. - Voi. 108 , no. 1 . - s. 1-13 . - doi : 10.1016/S0031-9201(98)00097-1 . — .
  28. ↑ S.I. Yoshida. Sisäytimen kasvumalli yhdistettynä ulkoytimen dynamiikkaan ja tuloksena olevaan elastiseen anisotropiaan  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : päiväkirja. - 1996. - Voi. 101 . - P. 28085-28103 . - doi : 10.1029/96JB02700 . - .
  29. ↑ S.I. Karato. Maan sisäisen ytimen seisminen anisotropia, joka johtuu Maxwellin jännitysten aiheuttamasta virtauksesta  //  Nature : Journal. - 1999. - Voi. 402 , no. 6764 . - s. 871-873 . - doi : 10.1038/47235 . — .
  30. ↑ Sulamisen aiheuttama kerrostuminen Maan sisäisen ytimen yläpuolella konvektiivisen translaation vuoksi  //  Nature: Journal. - 2010. - Vol. 466 , no. 7307 . - s. 744-747 . - doi : 10.1038/luonto09257 . — . - arXiv : 1201.1201 . — PMID 20686572 .
  31. ↑ "Kuva 1: Itä-länsi-epäsymmetria sisäytimen kasvussa ja magneettikentän synnyssä." Arkistoitu 9. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa kohteesta Ydinprosessit: Maan eksentrinen magneettikenttä  // Nature Geoscience  : Journal  . - 2012. - Vol. 5 . - s. 523-524 . - doi : 10.1038/ngeo1516 .
  32. ↑ Labrosse, Stephane.  Sisäytimen ikä  // Earth and Planetary Science Letters : päiväkirja. - 2001. - 15. elokuuta ( nide 190 , nro 3-4 ). - s. 111-123 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00387-9 .

Kirjallisuus

 Maan kuoret
Ulkoinen Maan kerrosten malli.png
Sisäinen
Haukkua
Vaippa
Nucleus