Maan ydin

Sata vuotta sitten tiede tuskin tieni, että maapallolla oli jopa ydin. Nykyään ydin ja sen yhteydet muuhun planeettaan ovat kiusalliset. Olemme todellakin keskeisten opintojen kultaisen ajan alkamassa.

Tiedimme 1890-luvulle mennessä siitä, kun maa reagoi Auringon ja Kuun painovoimaan, että planeetalla on tiheä ydin, luultavasti rauta. Vuonna 1906 Richard Dixon Oldham havaitsi, että maanjäristyksen aallot liikkuvat maan keskipisteen läpi paljon hitaammin kuin ne ympäröivän vaipan läpi - koska keskusta on nestemäinen.

Inge Lehmann kertoi vuonna 1936, että jokin heijastaa seismisiä aaltoja ytimen sisällä. Kävi selväksi, että ydin koostuu paksusta nestemäisen raudan kuoresta - ulommasta ytimestä -, jonka keskellä on pienempi, kiinteä sisäydin. Se on vankka, koska sillä syvyydellä korkea paine voittaa korkean lämpötilan vaikutuksen.

Vuonna 2002 Miaki Ishii ja Adam Dziewonski Harvardin yliopistosta julkaisivat todistuksen "sisimmästä sisäisestä ytimestä", joka oli noin 600 kilometriä poikki. Vuonna 2008 Xiadong Song ja Xinlei Sun ehdottivat erilaista sisäistä sisäydintä noin 1200 km: n poikki. Näistä ideoista ei voida tehdä paljon, ennen kuin muut vahvistavat työn.

Se, mitä opimme, herättää uusia kysymyksiä. Nestemäisen raudan on oltava maapallon geomagneettikentän - geodynamon - lähde, mutta miten se toimii? Miksi geodynamo kääntyy vaihtaen magneettinen pohjoinen ja etelään, geologisen ajan kuluessa? Mitä tapahtuu ytimen yläosassa, jossa sula metalli kohtaa kivisen vaipan? Vastauksia alkoi syntyä 1990-luvulla.

Tärkein tutkimustyökalumme on ollut maanjäristyksen aallot, etenkin suurten tapahtumien kaltaiset 2004 Sumatran järistys. Soittoäänet "normaalitilat", jotka saavat planeetan sykkimään sellaisilla liikkeillä, jotka näet suuressa saippuakuplissa, ovat hyödyllisiä tutkittaessa laaja-alaista syvää rakennetta.

Mutta iso ongelma on nonuniqueness— Jokainen annettu seisminen todiste voidaan tulkita useammalla kuin yhdellä tavalla. Ytimeen tunkeutuva aalto ohittaa myös kuoren ainakin kerran ja vaipan ainakin kahdesti, joten seismogramman ominaisuus voi olla peräisin useista mahdollisista paikoista. Monet eri tiedot on ristiintarkistettava.

Yhdenmukaisuuden este hiipui jonkin verran, kun aloimme simuloida syvää maata tietokoneissa realistisia numeroita, ja kun tuotimme laboratoriossa korkeita lämpötiloja ja paineita timantti-alasin solu. Nämä työkalut (ja päivän pituusopinnot) ovat antaneet meille mahdollisuuden käydä läpi maapallon kerrosten, kunnes voimme vihdoin miettiä ydintä.

Kun otetaan huomioon, että koko Maa koostuu keskimäärin samasta seoksesta tavaroita, joita näemme muualla aurinkokunnassa, ytimen on oltava rautametallia yhdessä jonkin nikkelin kanssa. Mutta se on vähemmän tiheää kuin puhdasta rautaa, joten noin 10 prosenttia ytimestä on oltava jotain vaaleampaa.

Ideat siitä, mikä tuo kevyt aineosa on, ovat kehittyneet. Rikki ja happi ovat olleet ehdokkaita pitkään, ja jopa vetyä on harkittu. Viime aikoina kiinnostus piin kohtaan on lisääntynyt, koska korkeapainekokeet ja simulaatiot viittaavat siihen, että se voi liueta sulaan rautaan paremmin kuin luulimme. Ehkä enemmän kuin yksi näistä on alhaalla. Minkä tahansa tietyn reseptin ehdottamiseen tarvitaan paljon nerokkaita päättelyjä ja epävarmoja oletuksia, mutta aihe ei ylitä kaikkia arvailuja.

Seismologit mittaavat edelleen sisäistä ydintä. Ydin itäisen pallonpuoliskon näyttää eroavan länsipuoliskosta rautakiteiden kohdistamisen suhteen. Ongelmaa on vaikea hyökätä, koska seismisten aaltojen on kuljettava melko paljon suoraan maanjäristyksestä, suoraan maan keskipisteen kautta, seismografiin. Tapahtumat ja koneet, jotka sattuvat riviin oikealle, ovat harvinaisia. Ja vaikutukset ovat hienoisia.

Vuonna 1996 Xiadong Song ja Paul Richards vahvistivat ennusteen, että sisäinen ydin pyörii hiukan nopeammin kuin muu maa. Geodynamon magneettiset voimat näyttävät olevan vastuussa.

Yli geologinen aika, sisäydin kasvaa koko maan jäähtyessä. Ulomman ytimen yläosassa rautakiteet jäätyvät ulos ja satuvat sisäydimeen. Ulomman ytimen juuressa rauta jäätyy paineen alaisena ottaen suuren osan nikkelistä mukanaan. Jäljellä oleva nestemäinen rauta on kevyempi ja nousee. Nämä nousevat ja laskevat liikkeet, jotka ovat vuorovaikutuksessa geomagneettisten voimien kanssa, sekoittavat koko ulkorenkaan nopeudella 20 km vuodessa.

Mercury-planeetalla on myös suuri rautaydin ja a magneettikenttä, vaikkakin paljon heikompaa kuin Maan. Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että elohopean ytimessä on runsaasti rikkiä ja että samanlainen jäätymisprosessi vahingoittaa sitä, kun "rauta lunta" putoaa ja rikkirikastettu neste nousee.

Ydintutkimukset romahtivat vuonna 1996, kun Gary Glatzmaierin ja Paul Robertsin tietokonemallit toistivat ensin geodynamon käyttäytymisen, mukaan lukien spontaanit peruutukset. Hollywood antoi Glatzmaierille odottamattoman yleisön, kun se käytti animaatioitaan toimintaelokuvassa Ydin.

Raymond Jeanlozin, Ho-Kwang (David) Maon ja muiden äskettäiset korkeapainelaboratoriotyöt ovat antaneet meille vinkkejä ydinvaipan rajasta, jossa nestemäinen rauta on vuorovaikutuksessa silikaattikallion kanssa. Kokeet osoittavat, että ydin- ja vaippamateriaalit käyvät läpi voimakkaita kemiallisia reaktioita. Tämä on alue, josta monet ajattelevat vaippaputkien alkuperää, nouseen muodostaa paikkoja, kuten Havaijin saarten ketju, Yellowstone, Islanti ja muut pintaominaisuudet. Mitä enemmän opimme ytimestä, sitä lähemmäksi se tulee.

PS: Pieni, läheinen sidosryhmien ryhmä kuuluu kaikki SEDI-ryhmään (Study of the Earth's Deep Interior) ja lukee sen Syvän maan valintaikkuna uutiskirjeen. Ja he käyttävät ydinverkkosivuston erityisvirastoa keskitetynä geofysikaalisen ja bibliografisen datan arkistona.