Vnitřní jádro Země

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 25. března 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .


Vnitřní jádro  je nejhlubší geosféra Země , má poloměr asi 1220 km (podle seismologických studií) [1] [2] , což je srovnatelné se 70 % poloměru Měsíce . Předpokládá se, že se skládá hlavně ze slitin železa a niklu a některých lehkých prvků. Teplota na hranici vnitřního jádra je přibližně 5700 K (5400 °C) [3]

Objev

V roce 1936 dánský seismolog Inge Lehmann [4] objevil, že Země má pevné vnitřní jádro, odlišné od jejího tekutého vnějšího jádra. Jeho existenci prokázala studiem seismogramů zemětřesení na Novém Zélandu a zjistila, že seismické vlny se odrážejí od hranice vnitřního jádra a lze je zaznamenat citlivými seismografy na zemském povrchu. Tato hranice je známá jako Bullenova diskontinuita [5] nebo někdy jako Lehmannova diskontinuita [6] . O pár let později, v roce 1940, vyvstala hypotéza, že vnitřní jádro sestává z pevného železa; jeho tvrdost byla potvrzena v roce 1971 [7]

Bylo zjištěno, že vnější jádro musí být kapalné, a to díky pozorováním, která ukazují, že podélné vlny jím procházejí, ale elastické S-vlny ne, nebo procházejí jen velmi málo. [8] Tvrdost vnitřního jádra bylo obtížné zjistit, protože elastické S-vlny, které musí projít pevnou hmotou, jsou velmi slabé, a proto je obtížné je detekovat seismografy na zemském povrchu, protože se na cestě k zemskému povrchu zeslabují. povrch přes tekuté vnější jádro. Dženovskij a Gilbert zjistili, že měření normálních vibrací Země způsobených velkými zemětřeseními svědčí o tvrdosti vnitřního jádra. [9] V roce 2005 bylo vzneseno tvrzení o detekci S-vln procházejících vnitřním jádrem; Zpočátku byly údaje protichůdné, ale nyní tato otázka dosáhla konsensu [10] V roce 2020 byly získány důkazy o existenci další vrstvy uvnitř vnitřního jádra Země, nukleolu o poloměru ~650 km [11] .

Vlastnosti

Vnitřní jádro Země je vlivem vysokého tlaku na rozdíl od tekutého vnějšího jádra v pevném skupenství .

Jeho existence se stala známou z lomu a odrazu podélných seismických vln . Seismické studie naznačují, že anizotropie rychlostí seismických vln je zaznamenána ve vnitřním jádru: rychlost šíření podélných vln je podél polární osy o 3-4 % vyšší než v rovině rovníku.

Parametry vnitřního jádra Země [12] :

Existuje také úhel pohledu[ kdo? ] že vnitřní jádro není v krystalickém, ale ve specifickém stavu podobném amorfnímu a jeho elastické vlastnosti jsou způsobeny tlakem. Doba začátku krystalizace vnitřního jádra se odhaduje na dobu před 2-4 miliardami let.

Složení

Na základě relativního množství různých chemických prvků ve sluneční soustavě , teorie vzniku planet a omezení uložených nebo odvozených z chemie zbytku Země se předpokládá, že vnitřní jádro je složeno především ze slitiny niklu a železa. . Tato tlaková slitina je asi o 3 % hustší než skutečné jádro, což znamená, že v jádru jsou nečistoty z lehkých prvků (např. křemík, kyslík, síra). [čtrnáct]


Teplota a tlak

Teplotu vnitřního jádra lze odhadnout s přihlédnutím k teoreticky a experimentálně zjištěným limitům teploty tání surového železa při tlaku, při kterém je železo na hranici vnitřního jádra (asi 330 GPa ). Na základě těchto úvah se předpokládá, že teplota je přibližně 5700 K (5400 °C; 9800 °F). [15] Tlak uvnitř vnitřního jádra je o něco vyšší než na hranici mezi vnitřním a vnějším jádrem: pohybuje se přibližně v rozmezí 330 až 360 GPa. [16] Železo může být pevné pouze při takto vysokých teplotách, protože bod tání prudce stoupá při tlacích této velikosti (viz Clausiova-Clapeyronova rovnice ). [17]

Článek publikovaný v časopise Science [18] dochází k závěru, že teplota tání železa na hranici vnitřního jádra je 6230 ± 500 K, což je asi o 1000 K více, než ukazují předchozí výpočty.

Dynamika

Předpokládá se, že vnitřní jádro Země pomalu roste, protože tekuté vnější jádro na hranici s vnitřním jádrem se ochlazuje a tuhne v důsledku postupného ochlazování obsahu Země (asi 100 stupňů Celsia za miliardu let). [19] Mnoho vědců zpočátku očekávalo, že vnitřní jádro bude homogenní , protože pevné vnitřní jádro původně vzniklo postupným ochlazováním roztaveného materiálu a v důsledku stejného procesu stále roste. Přestože roste v kapalině, je pevná kvůli velmi vysokému tlaku, který ji navzdory extrémnímu teplu stlačuje do jediné entity. Dokonce se předpokládalo, že vnitřní jádro Země by mohl být monokrystal železa, [20] nicméně tuto předpověď vyvrátila pozorování, která ukázala, že ve vnitřním jádru jsou nehomogenity. [21] Seismologové zjistili, že vnitřní jádro není zcela jednotné; místo toho se skládá z rozsáhlých struktur, takže seismické vlny procházejí některými částmi vnitřního jádra rychleji než jinými. [22] Povrchové vlastnosti vnitřního jádra se navíc liší místo od místa v krocích po 1 km. Tyto variace jsou překvapivé, protože horizontální změny teploty na hranici vnitřního jádra jsou považovány za velmi malé (tento závěr je vynucený pozorováním magnetického pole ). Nedávné studie naznačují, že pevné vnitřní jádro se skládá z vrstev oddělených přechodovou zónou o tloušťce 250 až 400 km. [23] Pokud vnitřní jádro roste díky drobným tuhnoucím sedimentům padajícím na jeho povrch, pak může být v pórech zachycena i nějaká kapalina a tato zbytková kapalina může stále v malé míře existovat na velké části vnitřního povrchu.

Protože vnitřní jádro není pevně spojeno s pevným zemským pláštěm , vědci se dlouhou dobu zabývali možností, že se otáčí o něco rychleji nebo pomaleji než zbytek Země. [24] [25] V devadesátých letech seismologové navrhli různé způsoby, jak takovou superrotaci detekovat, a to sledováním změn charakteristik seismických vln procházejících vnitřním jádrem v průběhu několika desetiletí s využitím výše zmíněné vlastnosti, že vlny přenášejí rychleji v některých směrech. . Výpočet této superrotace dává přibližně 1 stupeň inkrementální rotace za rok.

Předpokládá se, že růst vnitřního jádra hraje důležitou roli při vytváření magnetického pole Země díky dynamo efektu v kapalném vnějším jádru. Je to především proto, že není možné rozpustit stejné množství lehkých prvků jako ve vnějším jádru, a proto zmrznutím na hranici s vnitřním jádrem vzniká zbytková kapalina, která obsahuje více lehkých prvků než kapalina nad ním. To má za následek vztlak a napomáhá konvekci s vnějším jádrem.

Existence vnitřního jádra také mění dynamiku tekutin ve vnějším jádru; roste (na hranici) a může pomoci fixovat magnetické pole, protože se předpokládá, že je odolnější vůči turbulencím než tekutina vnějšího jádra (o které se předpokládá, že je turbulentní)

Existují také spekulace, že vnitřní jádro může vykazovat různé vzory vnitřní deformace . To může být nezbytné k vysvětlení, proč se seismické vlny v některých směrech šíří rychleji než v jiných. [26] Protože se předpokládá, že samotná konvekce je nepravděpodobná, [27] jakýkoli konvektivní pohyb tekutiny musí být způsoben rozdílem ve složení nebo přebytkem tekutiny v jejím nitru. Yoshida a kolegové navrhli nový mechanismus, kde může dojít k deformaci vnitřního jádra v důsledku vyšší frekvence zamrzání na rovníku než v polárních šířkách, [28] a Karato navrhl, že změny v magnetickém poli mohou také pomalu deformovat vnitřní jádro. čas [29]

V seismologických datech pro vnitřní jádro existuje asymetrie východ-západ. Existuje model, který to vysvětluje rozdíly v povrchu vnitřního jádra – tání jedné hemisféry a krystalizace ve druhé. [30] Západní polokoule může krystalizovat, zatímco východní může tát. To může vést ke zvýšení generování magnetického pole v krystalizující polokouli, což vytváří asymetrii v magnetickém poli Země. [31]

Historie

Na základě rychlosti ochlazování jádra lze odhadnout, že moderní pevné vnitřní jádro začalo tuhnout přibližně před 0,5 až 2 miliardami let [32] ze zcela roztaveného jádra (které vzniklo bezprostředně po vzniku planety ). Pokud je to správné, musí to znamenat, že pevné vnitřní jádro Země není původní útvar, který existoval při formování planety, ale útvar mladší než Země (Země je přibližně 4,5 miliardy let stará)

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie. Lopsided Growth of Earth's Inner Core  (anglicky)  // Science  : journal. - 2010. - 21. května ( roč. 328 , č. 5981 ). - S. 1014-1017 . - doi : 10.1126/science.1186212 . - . — PMID 20395477 . . - " Šablona:Nekonzistentní citace ".
  2. ↑ ER Engdahl; EA Flynn a RP Massé. Diferenciální PkiKP jízdní doby a poloměr jádra   // Geophys . JR Astr. soc. : deník. - 1974. - Sv. 40 , č. 3 . - str. 457-463 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1974.tb05467.x . - .
  3. ↑ D. Alfe; M. Gillan; Cena G.D. Složení a teplota zemského jádra jsou omezeny kombinací výpočtů ab initio a seismických dat  //  Earth and Planetary Science Letters : deník. - Elsevier , 2002. - 30. ledna ( roč. 195 , č. 1-2 ). - str. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  4. ↑ ZEMĚ: UVNITŘ A VNĚ / Edmond A. Mathez. — Americké muzeum přírodní historie. Archivovaná kopie (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 19. ledna 2017. Archivováno z originálu 30. dubna 2008. 
  5. ↑ John C. Butler. Class Notes - The Earth's Interior . Klasifikace fyzické geologie . University of Houston (1995). Získáno 30. srpna 2011. Archivováno z originálu 17. června 2012.
  6. ^ Ačkoli je po Lehmannovi pojmenována další mezera , lze toto použití stále nalézt; viz například: Robert E Krebs. Základy vědy o Zemi . - Greenwood Publishing Company, 2003. - ISBN 0-313-31930-8 . a Odtud do "pekla" nebo do vrstvy D Archivováno 2. září 2016 na Wayback Machine , About.com
  7. ↑ Hung Kan Lee. Mezinárodní příručka zemětřesení a inženýrské seismologie; svazek 1  (anglicky) . — Academic Press . - S. 926. - ISBN 0-12-440652-1 .
  8. ↑ William J. Cromie . Uvedení nového otáčení na zemské jádro , Harvard Gazette (15. srpna 1996). Archivováno z originálu 1. dubna 2007. Staženo 22. května 2007.
  9. ↑ Pevnost vnitřního jádra Země odvozená z pozorování v normálním režimu  //  Nature: journal. - 1971. - 24. prosince ( roč. 234 , č. 5330 ). - str. 465-466 . - doi : 10.1038/234465a0 . — .
  10. ↑ Robert Roy Britt. Konečně Solidní pohled na zemské jádro (14. dubna 2005). Získáno 22. května 2007. Archivováno z originálu 27. září 2007.
  11. ↑ Evidence for the Innermost Inner Core: Robust Parameter Search for Radially Variing Anisotropy using the Neighborhood Algorithm – Stephenson – 2021 – Journal of Geophysical… . Získáno 6. dubna 2021. Archivováno z originálu dne 16. dubna 2021.
  12. ↑ Vnitřní jádro Země // Ruská geologická encyklopedie. T. 1. M.; Petrohrad: VSEGEI, 2010. S. 200.
  13. ↑ Eugene C. Robertson. Vnitřek země . - United States Geological Survey , 2011. - Leden.
  14. ↑ Stixrude, Lars. Složení a teplota vnitřního jádra Země  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : deník. - 1997. - 10. listopadu ( roč. 102 , č. B11 ). - S. 24729-24739 . — ISSN 2156-2202 . - doi : 10.1029/97JB02125 .
  15. ↑ D. Alfe; M. Gillan; Cena G.D. Složení a teplota zemského jádra jsou omezeny kombinací výpočtů ab initio a seismických dat  //  Earth and Planetary Science Letters : deník. - Elsevier , 2002. - 30. ledna ( roč. 195 , č. 1-2 ). - str. 91-98 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00568-4 . - .
  16. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / David. R. Olovo. — 87. - str. j14-13. Archivovaná kopie (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 19. ledna 2017. Archivováno z originálu 24. července 2017. 
  17. ↑ Anneli Aitta. Křivka tání železa s trikritickým bodem  //  Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment : deník. - iop, 2006. - 1. prosince ( roč. 2006 , č. 12 ). - S. 12015-12030 . - doi : 10.1088/1742-5468/2006/12/P12015 . - . - arXiv : cond-mat/0701283 .
  18. ↑ S. Anzellini. Tavení železa na hranici vnitřního jádra Země na základě rychlé rentgenové difrakce  (anglicky)  // Science : journal. - AAAS, 2013. - Sv. 340 , č.p. 6136 . - str. 464-466 . - doi : 10.1126/science.1233514 .
  19. ↑ JA Jacobs. Vnitřní jádro Země   // Příroda . - 1953. - Sv. 172 , č.p. 4372 . - str. 297-298 . - doi : 10.1038/172297a0 . — .
  20. ↑ Broad, William J. Jádro Země může být gigantický krystal vyrobený ze železa  // NY Times  : noviny  . - 1995. - 4. dubna. — ISSN 0362-4331 .
  21. ↑ Robert Sanders. Vnitřní jádro Země není monolitický železný krystal, říká seismolog UC Berkeley (13. listopadu 1996). Získáno 22. května 2007. Archivováno z originálu 9. června 2007.
  22. ↑ Věda o Zemi: Základní přesvědčení   // Příroda . - 2001. - 6. září ( roč. 413 , č. 6851 ). - str. 27-30 . - doi : 10.1038/35092650 . — PMID 11544508 .
  23. ↑ Kazuro Hirahara. Seismická struktura v blízkosti rozhraní vnitřní jádro-vnější jádro   // Geophys . Res. Lett. : deník. - Americká geofyzikální unie , 1994. - Sv. 51 , č. 16 . - S. 157-160 . - doi : 10.1029/93GL03289 . — .
  24. ↑ Mechanika superrotace vnitřního jádra  //  Geophysical Research Letters : deník. - 1996. - Sv. 23 , č. 23 . - S. 3401-3404 . - doi : 10.1029/96GL03258 . - .
  25. ↑ Důkazy pro superrotaci vnitřního jádra z časově závislých diferenciálních cest PKP pozorovaných v Beijing Seismic Network  // Geophysical Journal  International : deník. - 2003. - Sv. 152 , č.p. 3 . - str. 509-514 . - doi : 10.1046/j.1365-246X.2003.01852.x . - .
  26. ↑ Možná heterogenita zemského jádra odvozená z cestovních dob PKIKP  //  Příroda: časopis. - 1983. - Sv. 305 . - S. 204-206 . - doi : 10.1038/305204a0 .
  27. ↑ T. Yukutake. Nevěrohodnost tepelné konvekce v pevném vnitřním jádru Země   // Phys . planeta Země. Int. : deník. - 1998. - Sv. 108 , č. 1 . - str. 1-13 . - doi : 10.1016/S0031-9201(98)00097-1 . — .
  28. ↑ S.I. Yoshida. Model růstu vnitřního jádra spojený s dynamikou vnějšího jádra a výslednou elastickou anizotropií  //  Journal of Geophysical Research: Solid Earth : deník. - 1996. - Sv. 101 . - S. 28085-28103 . - doi : 10.1029/96JB02700 . - .
  29. ↑ S.I. Karato. Seismická anizotropie vnitřního jádra Země vyplývající z proudění vyvolaného Maxwellovými napětími  //  Nature : journal. - 1999. - Sv. 402 , č.p. 6764 . - str. 871-873 . - doi : 10.1038/47235 . — .
  30. ↑ Stratifikace vyvolaná táním nad vnitřním jádrem Země v důsledku konvektivního překladu  //  Nature: journal. - 2010. - Sv. 466 , č.p. 7307 . - str. 744-747 . - doi : 10.1038/nature09257 . — . - arXiv : 1201.1201 . — PMID 20686572 .
  31. ↑ "Obrázek 1: Asymetrie východ-západ v růstu vnitřního jádra a vytváření magnetického pole." Archivováno 9. července 2015 na Wayback Machine z Core procesů: Excentrické magnetické pole Země  // Nature Geoscience  : journal  . - 2012. - Sv. 5 . - str. 523-524 . - doi : 10.1038/ngeo1516 .
  32. ↑ Labrosse, Stephane.  Věk vnitřního jádra  // Earth and Planetary Science Letters : deník. - 2001. - 15. srpna ( roč. 190 , č. 3-4 ). - str. 111-123 . - doi : 10.1016/S0012-821X(01)00387-9 .

Literatura

 Skořápky Země
Externí Model vrstev Země.png
Vnitřní
Kůra
Plášť
Jádro