Miezul interior al Pământului

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 25 martie 2022; verificările necesită 2 modificări .


Miezul interior  este cea mai adâncă geosferă a Pământului , având o rază de aproximativ 1220 km (conform studiilor seismologice ) [1] [2] , ceea ce este comparabil cu 70% din raza Lunii . Se crede că constă în principal din aliaje de fier și nichel și din unele elemente ușoare. Temperatura la limita nucleului interior este de aproximativ 5700 K (5400 °C) [3]

Descoperire

În 1936, seismologul danez Inge Lehmann [4] a descoperit că Pământul are un nucleu interior solid, distinct de nucleul său exterior lichid. Ea și-a dovedit existența studiind seismogramele cutremurelor din Noua Zeelandă și a descoperit că undele seismice sunt reflectate de la limita nucleului interior și pot fi înregistrate de seismografele sensibile de pe suprafața Pământului. Această limită este cunoscută ca discontinuitate Bullen [5] , sau uneori ca discontinuitate Lehmann [6] . Câțiva ani mai târziu, în 1940, a apărut ipoteza că miezul interior era format din fier solid; duritatea sa a fost confirmată în 1971 [7]

S-a stabilit că miezul exterior trebuie să fie lichid, datorită observațiilor care arată că undele longitudinale trec prin el, dar undele S elastice nu trec sau trec foarte puțin. [8] Duritatea nucleului interior a fost dificil de stabilit deoarece undele S elastice care trebuie să călătorească prin masa solidă sunt foarte slabe și, prin urmare, greu de detectat cu seismografele de la suprafața Pământului, deoarece se atenuează în drumul lor către suprafata prin nucleul exterior lichid. Dzhenovsky și Gilbert au descoperit că măsurătorile vibrațiilor normale ale Pământului cauzate de cutremure mari sunt indicative pentru duritatea nucleului interior. [9] În 2005, a fost făcută o revendicare cu privire la detectarea undelor S care trec prin miezul interior; La început, datele erau contradictorii, dar acum această problemă a ajuns la un consens [10] În 2020 s-au obținut dovezi pentru existența unui alt strat în interiorul nucleului interior al Pământului , nucleolul cu o rază de ~650 km [11] .

Proprietăți

Datorită presiunii ridicate, nucleul interior al Pământului este în stare solidă, spre deosebire de nucleul exterior lichid .

Existența sa a devenit cunoscută din refracția și reflexia undelor seismice longitudinale . Studiile seismice indică faptul că anizotropia vitezelor undelor seismice se înregistrează în miezul interior: viteza de propagare a undelor longitudinale este cu 3-4% mai mare de-a lungul axei polare decât în ​​planul ecuatorial.

Parametrii nucleului interior al Pământului [12] :

Există și un punct de vedere[ cine? ] că miezul interior nu este într-o stare cristalină, ci într-o stare specifică similară cu amorful , iar proprietățile sale elastice se datorează presiunii. Momentul începerii cristalizării nucleului interior este estimat la 2-4 miliarde de ani în urmă.

Compoziție

Pe baza abundenței relative a diferitelor elemente chimice din sistemul solar , a teoriei formării planetare și a limitărilor impuse sau deduse din chimia restului Pământului, se crede că miezul interior este compus în principal dintr-un aliaj de nichel-fier. . Acest aliaj presurizat este cu aproximativ 3% mai dens decât miezul real, ceea ce înseamnă că există impurități în miezul elementelor ușoare (de exemplu siliciu, oxigen, sulf). [paisprezece]


Temperatura și presiunea

Temperatura miezului interior poate fi estimată ținând cont de limitele observate teoretic și experimental asupra temperaturii de topire a fierului brut la o presiune la care fierul se află la limita miezului interior (aproximativ 330 GPa ). Pe baza acestor considerații, se presupune că temperatura este de aproximativ 5700 K (5400 °C; 9800 °F). [15] Presiunea din interiorul miezului interior este puțin mai mare decât la limita dintre miezurile interior și exterior: este în intervalul de aproximativ 330 până la 360 GPa. [16] Fierul poate fi solid doar la temperaturi atât de ridicate, deoarece punctul de topire crește brusc la presiuni de această magnitudine (vezi ecuația Clausius-Clapeyron ). [17]

Un articol publicat în revista Science [18] concluzionează că temperatura de topire a fierului la limita miezului interior este de 6230 ± 500 K, ceea ce este cu aproximativ 1000 K mai mare decât arată calculele anterioare.

Dinamica

Se crede că nucleul interior al Pământului crește încet, deoarece nucleul exterior lichid de la granița cu nucleul interior se răcește și se solidifică datorită răcirii treptate a conținutului Pământului (aproximativ 100 de grade Celsius într-un miliard de ani). [19] Mulți oameni de știință se așteptau inițial ca miezul interior să fie omogen , deoarece miezul interior solid a fost format inițial prin răcirea treptată a materialului topit și continuă să crească ca urmare a aceluiași proces. Deși crește într-un lichid, este solid datorită presiunii foarte mari care îl comprimă într-o singură entitate în ciuda căldurii extreme. S-a presupus chiar că nucleul interior al Pământului ar putea fi un singur cristal de fier, [20] cu toate acestea, această predicție a fost respinsă de observații care au arătat că există neomogenități în nucleul interior. [21] Seismologii au descoperit că miezul interior nu este complet uniform; în schimb, este compus din structuri la scară mare, astfel încât undele seismice traversează unele părți ale miezului interior mai repede decât altele. [22] În plus, proprietățile de suprafață ale miezului interior diferă de la un loc la altul în trepte de 1 km. Aceste variații sunt surprinzătoare, deoarece schimbările orizontale ale temperaturii la limita nucleului interior sunt considerate a fi foarte mici (această concluzie este forțată din observațiile câmpului magnetic ). Studii recente sugerează că miezul interior solid este format din straturi separate printr-o zonă de tranziție de 250 până la 400 km grosime. [23] Dacă miezul interior crește din cauza sedimentelor mici de congelare care cad pe suprafața sa, atunci un lichid poate fi, de asemenea, prins în pori, iar acest lichid rezidual poate exista încă într-o mică măsură pe o mare parte a suprafeței interioare.

Deoarece nucleul interior nu este conectat rigid cu mantaua solidă a Pământului , pentru o lungă perioadă de timp oamenii de știință au fost ocupați cu posibilitatea ca acesta să se rotească puțin mai repede sau mai lent decât restul Pământului. [24] [25] În anii 1990, seismologii au propus diverse modalități de a detecta o astfel de super-rotație prin observarea modificărilor caracteristicilor undelor seismice care trec prin miezul interior de-a lungul mai multor decenii, folosind proprietatea menționată mai sus că transmite undele mai rapid în unele direcții. . Calculul acestei super-rotații oferă aproximativ 1 grad de rotație incrementală pe an.

Se crede că creșterea nucleului interior joacă un rol important în crearea câmpului magnetic al Pământului datorită efectului dinam din nucleul exterior lichid. Acest lucru se datorează în principal pentru că nu este posibil să se dizolve aceeași cantitate de elemente ușoare ca în miezul exterior și, prin urmare, înghețarea la limita cu miezul interior produce un lichid rezidual care conține mai multe elemente ușoare decât lichidul de deasupra acestuia. Acest lucru duce la flotabilitate și ajută la convecția cu miezul exterior.

Existența unui nucleu interior modifică și dinamica fluidelor din nucleul exterior; crește (la limită) și poate ajuta la fixarea câmpului magnetic, deoarece se presupune că este mai rezistent la turbulențe decât fluidul din miezul exterior (care se presupune că este turbulent)

Există, de asemenea, speculații că miezul interior poate prezenta diverse modele de deformare internă . Acest lucru poate fi necesar pentru a explica de ce undele seismice se deplasează mai repede în unele direcții decât în ​​altele. [26] Deoarece convecția în sine se presupune a fi puțin probabilă, [27] orice mișcare convectivă a fluidului trebuie să se datoreze unei diferențe de compoziție sau unui exces de fluid în interiorul său. Yoshida și colegii au propus un nou mecanism în care deformarea nucleului interior poate apărea din cauza unei frecvențe mai mari de îngheț la ecuator decât la latitudinile polare, [28] iar Karato a sugerat că modificările câmpului magnetic pot, de asemenea, deforma lent nucleul interior peste timp [29]

Există o asimetrie Est-Vest în datele seismologice pentru nucleul interior. Există un model care explică acest lucru prin diferențele de suprafață a miezului interior - topirea unei emisfere și cristalizarea în cealaltă. [30] Emisfera vestică se poate cristaliza, în timp ce cea estică se poate topi. Acest lucru poate duce la o creștere a generării câmpului magnetic în emisfera care se cristalizează, creând o asimetrie în câmpul magnetic al Pământului. [31]

Istorie

Pe baza vitezei de răcire a miezului, se poate estima că nucleul interior solid modern a început să se solidifice cu aproximativ 0,5 până la 2 miliarde de ani în urmă [32] dintr-un miez complet topit (care s-a format imediat după formarea planetei ). Dacă acest lucru este corect, aceasta trebuie să însemne că nucleul interior solid al Pământului nu este formațiunea originală care a existat în timpul formării planetei, ci o formațiune mai tânără decât Pământul (Pământul are aproximativ 4,5 miliarde de ani)

Vezi și

Note

  1. ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie. Creșterea dezechilibrată a nucleului interior al Pământului  (engleză)  // Știință  : jurnal. - 2010. - 21 mai ( vol. 328 , nr. 5981 ). - P. 1014-1017 . - doi : 10.1126/science.1186212 . - . — PMID 20395477 . . - „ Șablon:Citate inconsecvente ”.
  2. ↑ ER Engdahl; EA Flynn și RP Massé. Timpi diferenţial de călătorie PkiKP şi raza miezului   // Geophys . JR Astr. soc. : jurnal. - 1974. - Vol. 40 , nr. 3 . - P. 457-463 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1974.tb05467.x . - Cod .
  3. ↑ D. Alfe; M. Gillan; G.D. Preț. Compoziția și temperatura nucleului Pământului sunt constrânse prin combinarea calculelor ab initio și a datelor seismice  // Scrisori pentru Știința  Pământului și Planetare : jurnal. - Elsevier , 2002. - 30 ianuarie ( vol. 195 , nr. 1-2 ). - P. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - Cod biblic .
  4. ↑ PĂMÂNTUL: INTERIOR ȘI AFARA / Edmond A. Mathez. - Muzeul American de Istorie Naturală. Copie arhivată (link indisponibil) . Data accesului: 19 ianuarie 2017. Arhivat din original la 30 aprilie 2008. 
  5. ↑ John C. Butler. Note de clasă - Interiorul Pământului . Caietul de note de geologie fizică . Universitatea din Houston (1995). Preluat la 30 august 2011. Arhivat din original la 17 iunie 2012.
  6. ^ Deși un alt gol este numit după Lehmann, această utilizare poate fi încă găsită; vezi, de exemplu: Robert E Krebs. Bazele științei pământului . - Greenwood Publishing Company, 2003. - ISBN 0-313-31930-8 . , și De aici la „iad” sau stratul D Arhivat pe 2 septembrie 2016 la Wayback Machine , About.com
  7. ↑ Hung Kan Lee. Manual internațional de cutremur și seismologie inginerească; volumul 1  (engleză) . — Presa academică . - P. 926. - ISBN 0-12-440652-1 .
  8. ↑ William J. Cromie . Putting a New Spin on Earth's Core , Harvard Gazette (15 august 1996). Arhivat din original la 1 aprilie 2007. Preluat la 22 mai 2007.
  9. ↑ Soliditatea nucleului interior al Pământului dedusă din Observațiile în mod normal  //  Nature: journal. - 1971. - 24 decembrie ( vol. 234 , nr. 5330 ). - P. 465-466 . - doi : 10.1038/234465a0 . — Cod .
  10. ↑ Robert Roy Britt. În sfârșit, o privire solidă asupra miezului Pământului (14 aprilie 2005). Consultat la 22 mai 2007. Arhivat din original pe 27 septembrie 2007.
  11. ↑ Dovezi pentru cel mai interior nucleu interior: căutare robustă a parametrilor pentru anizotropie care variază radial folosind algoritmul de vecinătate - Stephenson - 2021 - Journal of Geophysical… . Preluat la 6 aprilie 2021. Arhivat din original la 16 aprilie 2021.
  12. ↑ Miezul interior al Pământului // Enciclopedia geologică rusă. T. 1. M.; Sankt Petersburg: VSEGEI, 2010. S. 200.
  13. ↑ Eugene C. Robertson. Interiorul pământului . - United States Geological Survey , 2011. - ianuarie.
  14. ↑ Stixrude, Lars. Compoziția și temperatura nucleului interior al Pământului  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : jurnal. - 1997. - 10 noiembrie ( vol. 102 , nr. B11 ). - P. 24729-24739 . — ISSN 2156-2202 . - doi : 10.1029/97JB02125 .
  15. ↑ D. Alfe; M. Gillan; G.D. Preț. Compoziția și temperatura nucleului Pământului sunt constrânse prin combinarea calculelor ab initio și a datelor seismice  // Scrisori pentru Știința  Pământului și Planetare : jurnal. - Elsevier , 2002. - 30 ianuarie ( vol. 195 , nr. 1-2 ). - P. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - Cod biblic .
  16. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / David. R. Plumb. — al 87-lea. - P. j14-13. Copie arhivată (link indisponibil) . Data accesului: 19 ianuarie 2017. Arhivat din original pe 24 iulie 2017. 
  17. ↑ Anneli Aitta. Curba de topire a fierului cu un punct tricritic  //  Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment : jurnal. - iop, 2006. - 1 decembrie ( vol. 2006 , nr. 12 ). - P. 12015-12030 . - doi : 10.1088/1742-5468/2006/12/P12015 . - Cod . - arXiv : cond-mat/0701283 .
  18. ↑ S. Anzellini. Topirea fierului la limita nucleului interior al Pământului, pe baza difracției rapide de raze X  (engleză)  // Science : journal. - AAAS, 2013. - Vol. 340 , nr. 6136 . - P. 464-466 . - doi : 10.1126/science.1233514 .
  19. ↑ JA Jacobs. Miezul interior al Pământului   // Natura . - 1953. - Vol. 172 , nr. 4372 . - P. 297-298 . - doi : 10.1038/172297a0 . — Cod .
  20. ↑ Broad, William J. The Core of the Earth May Be a Gigantic Crystal Made of Iron  // NY Times  : ziar  . - 1995. - 4 aprilie. — ISSN 0362-4331 .
  21. ↑ Robert Sanders. Miezul interior al Pământului nu este un cristal monolit de fier, spune seismologul UC Berkeley (13 noiembrie 1996). Consultat la 22 mai 2007. Arhivat din original pe 9 iunie 2007.
  22. ↑ Știința Pământului: Credințe de bază   // Natura . - 2001. - 6 septembrie ( vol. 413 , nr. 6851 ). - P. 27-30 . - doi : 10.1038/35092650 . — PMID 11544508 .
  23. ↑ Kazuro Hirahara. Structură seismică în apropierea graniței nucleu interior-nucleu exterior   // Geophys . Res. Lett. : jurnal. - American Geophysical Union , 1994. - Vol. 51 , nr. 16 . - P. 157-160 . - doi : 10.1029/93GL03289 . — Cod .
  24. ↑ Mecanica super-rotației nucleului interior  //  Geophysical Research Letters : jurnal. - 1996. - Vol. 23 , nr. 23 . - P. 3401-3404 . - doi : 10.1029/96GL03258 . - Cod .
  25. ↑ Dovezi pentru super-rotația nucleului interior din timpii de călătorie PKP diferențiale dependente de timp observate la Beijing Seismic Network  // Geophysical Journal  International : jurnal. - 2003. - Vol. 152 , nr. 3 . - P. 509-514 . - doi : 10.1046/j.1365-246X.2003.01852.x . - Cod .
  26. ↑ Posibila eterogenitate a nucleului Pământului dedusă din timpul de călătorie PKIKP  //  Nature: journal. - 1983. - Vol. 305 . - P. 204-206 . - doi : 10.1038/305204a0 .
  27. ↑ T. Yukutake. Implauzibilitatea convecției termice în miezul interior solid al Pământului   // Phys . planeta pământului. Int. : jurnal. - 1998. - Vol. 108 , nr. 1 . - P. 1-13 . - doi : 10.1016/S0031-9201(98)00097-1 . — Cod biblic .
  28. ↑ S.I. Yoshida. Modelul de creștere al nucleului interior cuplat cu dinamica nucleului exterior și anizotropia elastică rezultată  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : jurnal. - 1996. - Vol. 101 . - P. 28085-28103 . - doi : 10.1029/96JB02700 . - Cod biblic .
  29. ↑ S.I. Karato. Anizotropia seismică a nucleului interior al Pământului rezultată din fluxul indus de tensiunile Maxwell  //  Nature : journal. - 1999. - Vol. 402 , nr. 6764 . - P. 871-873 . - doi : 10.1038/47235 . — Cod .
  30. ↑ Stratificare indusă de topire deasupra nucleului interior al Pământului datorită translației convective  //  ​​Nature: journal. - 2010. - Vol. 466 , nr. 7307 . - P. 744-747 . - doi : 10.1038/nature09257 . — . - arXiv : 1201.1201 . — PMID 20686572 .
  31. ↑ „Figura 1: Asimetria est-vest în creșterea nucleului interior și generarea câmpului magnetic”. Arhivat 9 iulie 2015 la Wayback Machine din Core processes: Earth's excentric magnetic field  // Nature Geoscience  : journal  . - 2012. - Vol. 5 . - P. 523-524 . - doi : 10.1038/ngeo1516 .
  32. ↑ Labrosse, Stephane.  Vârsta nucleului interior  // Pământ și Scrisori de știință planetară : jurnal. - 2001. - 15 august ( vol. 190 , nr. 3-4 ). - P. 111-123 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00387-9 .

Literatură

 Scoici ale Pământului
Extern Modelul straturilor pământului.png
Intern
Latra
Manta
Nucleu