Nucleul Pământului

Cu un secol în urmă, știința abia știa că Pământul avea chiar un nucleu. Astăzi suntem tentați de miezul și conexiunile sale cu restul planetei. Într-adevăr, suntem la începutul unei epoci de aur a studiilor de bază.

Știam până în anii 1890, din modul în care Pământul răspunde la gravitația Soarelui și a Lunii, că planeta are un miez dens, probabil fier. În 1906, Richard Dixon Oldham a descoperit că valurile de cutremur se deplasează prin centrul Pământului mult mai lent decât o fac prin mantaua din jurul ei - deoarece centrul este lichid.

În 1936, Inge Lehmann a raportat că ceva reflectă undele seismice din interiorul nucleului. A devenit clar că miezul este format dintr-o coajă groasă de fier lichid - miezul exterior - cu un miez interior mai mic, solid în centrul său. Este solid, deoarece la această adâncime, presiunea ridicată depășește efectul temperaturii ridicate.

În 2002, Miaki Ishii și Adam Dziewonski, de la Universitatea Harvard, au publicat dovezi ale unui „nucleu interior” la aproximativ 600 de kilometri. În 2008, Xiadong Song și Xinlei Sun au propus un nucleu interior diferit, la aproximativ 1200 km. Nu se pot face prea multe din aceste idei până când altele nu confirmă lucrarea.

Orice am învăța ridică noi întrebări. Fierul lichid trebuie să fie sursa câmpului geomagnetic al Pământului - geodinamicul - dar cum funcționează? De ce se rotește geodinamicul, se comută nord magnetice și sud, în timp geologic? Ce se întâmplă în vârful miezului, unde metalul topit se întâlnește cu mantaua stâncoasă? Răspunsurile au început să apară în cursul anilor ’90.

Principalul nostru instrument pentru cercetarea de bază a fost valurile de cutremur, în special cele de la evenimente mari, cum ar fi 2004 cutremurul Sumatra. Sunetele „moduri normale”, care fac planeta să pulseze cu felul de mișcări pe care le vedeți într-o bulă de săpun mare, sunt utile pentru examinarea structurii profunde la scară largă.

Dar o mare problemă este nonuniqueness- orice dovadă seismică dată poate fi interpretată mai mult decât atât. O undă care pătrunde în miez traversează, de asemenea, crusta cel puțin o dată și mantaua de cel puțin două ori, astfel încât o caracteristică dintr-o seismogramă poate avea originea în mai multe locuri posibile. Multe date diferite trebuie verificate încrucișat.

Bariera nonunității a dispărut oarecum în timp ce am început să simulăm Pământul adânc în computere numere realiste și, în timp ce am reprodus temperaturi și presiuni ridicate în laborator cu ajutorul celulă cu diamant-nicovală. Aceste instrumente (și studiile pe parcursul zilei) ne-au lăsat să privim prin straturile Pământului până când în cele din urmă vom putea contempla miezul.

Având în vedere că întregul Pământ constă, în medie, din același amestec de lucruri pe care le vedem în altă parte în sistemul solar, miezul trebuie să fie metalul de fier împreună cu niște nichel. Dar este mai puțin dens decât fierul pur, așa că aproximativ 10 la sută din miez trebuie să fie ceva mai ușor.

Ideile despre ceea ce este acel ingredient ușor au evoluat. Sulful și oxigenul au fost candidați de multă vreme și chiar s-a luat în considerare hidrogenul. În ultima vreme, a existat o creștere a interesului pentru siliciu, deoarece experimentele și simulările de înaltă presiune sugerează că acesta se poate dizolva în fier topit mai bine decât credeam. Poate mai mult de unul dintre acestea este acolo. Pentru a propune orice rețetă specială este nevoie de o mulțime de raționamente ingenioase și presupuneri incerte, dar subiectul nu este dincolo de orice conjectură.

Sismologii continuă să sondeze miezul interior. Nucleul emisfera estică pare să difere de emisfera occidentală în modul în care sunt aliniate cristalele de fier. Problema este greu de atacat, deoarece valurile seismice trebuie să meargă aproape direct de la un cutremur, chiar prin centrul Pământului, la un seismograf. Rare sunt evenimentele și mașinile care sunt aliniate. Iar efectele sunt subtile.

În 1996, Xiadong Song și Paul Richards au confirmat o predicție că miezul interior se rotește puțin mai repede decât restul Pământului. Forțele magnetice ale geodinamului par să fie responsabile.

Peste timpul geologic, miezul interior crește pe măsură ce întregul Pământ se răcește. În partea de sus a miezului exterior, cristalele de fier se îngheață și plouă în miezul interior. La baza miezului exterior, fierul îngheață sub presiune, preluând o mare parte din nichel. Fierul lichid rămas este mai ușor și crește. Aceste mișcări în creștere și cădere, interacționând cu forțele geomagnetice, agită întregul nucleu exterior cu o viteză de 20 de kilometri pe an.

Planeta Mercur are, de asemenea, un nucleu mare de fier și o camp magneticdeși mult mai slab decât cel al Pământului. Cercetări recente sugerează că miezul lui Mercur este bogat în sulf și că un proces similar de îngheț îl stârnește, odată cu căderea „zăpezii de fier” și a lichidului îmbogățit cu sulf.

Studiile de bază au survenit în 1996, când modelele computerizate de Gary Glatzmaier și Paul Roberts au reprodus pentru prima dată comportamentul geodinamului, inclusiv inversările spontane. Hollywood-ul a oferit lui Glatzmaier un public neașteptat atunci când a folosit animațiile sale în filmul de acțiune Miezul.

Lucrări recente de laborator de înaltă presiune de Raymond Jeanloz, Ho-Kwang (David) Mao și alții ne-au oferit indicii despre granița mânecii, unde fierul lichid interacționează cu roca de silicat. Experimentele arată că materialele din miez și mantie suferă reacții chimice puternice. Aceasta este regiunea în care mulți cred că au originea penelor de manta, care se ridică pentru a forma locuri precum lanțul Insulelor Hawaii, Yellowstone, Islanda și alte caracteristici ale suprafeței. Cu cât învățăm mai multe despre miez, cu atât devine mai aproape.

PS: Micul grup de specialiști de bază strâns, toate aparțin grupului SEDI (Studiul interiorului adânc al Pământului) și le citesc Dialogul Pământului Adânc buletin informativ. Și folosesc Biroul special pentru site-ul web al Corei ca un depozit central pentru date geofizice și bibliografice.