Jadro Zeme

Pred sto rokmi veda sotva vedela, že Zem má dokonca jadro. Dnes nás trápia jadro a jeho spojenie so zvyškom planéty. Skutočne sme na začiatku zlatého veku základných štúdií.

Od 90. rokov sme vedeli, ako Zem reaguje na gravitáciu Slnka a Mesiaca, že planéta má husté jadro, pravdepodobne železo. V roku 1906 Richard Dixon Oldham zistil, že vlny zemetrasenia sa pohybujú cez zemské centrum omnoho pomalšie ako prechádzajú plášťom okolo neho - pretože je tekuté.

V roku 1936 Inge Lehmann informoval, že niečo odráža seizmické vlny zvnútra jadra. Bolo jasné, že jadro pozostáva z hrubého obalu tekutého železa - vonkajšieho jadra - s menším pevným vnútorným jadrom v jeho strede. Je pevná, pretože v tejto hĺbke vysoký tlak prekonáva účinok vysokej teploty.

V roku 2002 Miaki Ishii a Adam Dziewonski z Harvardskej univerzity zverejnili dôkazy o „najvnútornejšom vnútornom jadre“ s priemerom asi 600 kilometrov. V roku 2008 spoločnosť Xiadong Song a Xinlei Sun navrhli iné vnútorné jadro s priemerom asi 1200 km. Z týchto myšlienok sa nedá veľa urobiť, kým iní nepotvrdia prácu.

Čokoľvek sa naučíme, vyvoláva nové otázky. Tekuté železo musí byť zdrojom zemského geomagnetického poľa - geodynamo - ale ako to funguje? Prečo geodynamo preklopí, prepína magnetický sever a na juh, v geologickom čase? Čo sa stane v hornej časti jadra, kde sa roztavený kov stretne so skalnatým plášťom? Odpovede sa začali objavovať v 90. rokoch.

Náš hlavný nástroj pre základný výskum boli vlny zemetrasení, najmä tie z veľkých udalostí, ako sú 2004 zemetrasenie Sumatra. Prstencové „normálne režimy“, ktoré spôsobujú, že planéta pulzuje s takými pohybmi, aké vidíte vo veľkej mydlovej bubline, sú užitočné na skúmanie hlbokých štruktúr vo veľkom meradle.

Ale veľký problém je nonuniqueness—Akýkoľvek určitý seizmický dôkaz možno interpretovať viac ako jedným spôsobom. Vlna, ktorá preniká do jadra, tiež najmenej raz prejde kôrou a plášťom najmenej dvakrát, takže znak na seizmograme môže vzniknúť na niekoľkých možných miestach. Je potrebné krížovo skontrolovať veľa rôznych údajov.

Bariéra nejednoznačnosti trochu ustupovala, keď sme začali s počítačmi simulovať hlbokú Zem realistické čísla a ako sme v laboratóriu reprodukovali vysoké teploty a tlaky kosoštvorcová kovadlina. Tieto nástroje (a dlhoročné štúdie) nám umožnili nahliadnuť do vrstiev Zeme, až konečne môžeme uvažovať o jadre.

Berúc do úvahy, že celá Zem je v priemere tvorená rovnakou zmesou materiálov, ktoré vidíme inde v slnečnej sústave, jadro musí byť železný kov spolu s nejakým niklom. Ale je to menej husté ako čisté železo, takže asi 10 percent jadra musí byť niečo ľahšie.

Myšlienky o tom, čo sa táto ľahká prísada vyvíjalo. Síra a kyslík boli dlho kandidátmi a zvažoval sa dokonca aj vodík. V poslednom čase vzrástol záujem o kremík, pretože vysokotlakové experimenty a simulácie naznačujú, že sa môže rozpustiť v roztavenom železe lepšie, ako sme si mysleli. Možno je tam viac ako jedno z nich. Navrhnúť akýkoľvek konkrétny recept si vyžaduje veľa dômyselných úvah a neistých predpokladov - predmet však nie je mimo všetkých dohadov.

Seizmológovia naďalej skúmajú vnútorné jadro. Jadro je východnej pologuli Zdá sa, že sa líši od západnej pologule spôsobom, akým sú železné kryštály zarovnané. Problém je ťažké zaútočiť, pretože seizmické vlny musia ísť takmer priamo od zemetrasenia priamo cez zemské centrum k seizmografu. Udalosti a stroje, ktoré sú usporiadané v poriadku, sú zriedkavé. A účinky sú jemné.

V roku 1996 Xiadong Song a Paul Richards potvrdili predpoveď, že vnútorné jadro rotuje o niečo rýchlejšie ako zvyšok Zeme. Zdá sa, že magnetické sily geodynama sú zodpovedné.

cez geologický čas, vnútorné jadro rastie s ochladzovaním celej Zeme. V hornej časti vonkajšieho jadra kryštály železa zamrznú a do vnútorného jadra pršia. Na spodku vonkajšieho jadra železo zamrzne pod tlakom, pričom so sebou vezme väčšinu niklu. Zostávajúce tekuté železo je ľahšie a stúpa. Tieto stúpajúce a klesajúce pohyby, ktoré interagujú s geomagnetickými silami, miešajú celé vonkajšie jadro rýchlosťou približne 20 kilometrov ročne.

Planéta Ortuť má tiež veľké železné jadro a magnetické pole, aj keď oveľa slabšie ako na Zemi. Posledné výskumy naznačujú, že jadro ortuti je bohaté na síru a že podobný proces zamŕzania ho premiešava, pričom padá „železný sneh“ a stúpa kvapalina obohatená o síru.

Základné štúdie prudko vzrástli v roku 1996, keď počítačové modely Garyho Glatzmaiera a Paula Robertsa prvýkrát reprodukovali správanie geodynama vrátane spontánnych zvratov. Hollywood dal Glatzmaierovi nečakané publikum, keď použil svoje animácie v akčnom filme Jadro.

Nedávna vysokotlaková laboratórna práca Raymonda Jeanloza, Ho-Kwanga (Davida) Maa a ďalších nám poskytla rady o hranici jadra plášťa, kde tekuté železo interaguje so silikátovou horninou. Experimenty ukazujú, že materiály jadra a plášťa podliehajú silným chemickým reakciám. Toto je oblasť, z ktorej pochádza veľa mysľových plášťov, ktoré stúpajú do podoby miest, ako je reťaz Havajských ostrovov, Yellowstone, Island a ďalšie povrchové prvky. Čím viac sa dozvieme o jadre, tým bližšie je.

PS: Malá, úzko prepojená skupina hlavných špecialistov patrí do skupiny SEDI (Štúdia hlbokého interiéru Zeme) a prečítala si jej Hlboký pozemský dialóg newsletter. A používajú webovú stránku Špeciálneho úradu pre jadro ako centrálne úložisko geofyzikálnych a bibliografických údajov.