Внутреннее ядро Земли - это самый внутренний геологический слой планеты Земля . В основном это твердый шар с радиусом около 1220 км (760 миль), что составляет около 20% радиуса Земли или 70% радиуса Луны . [1] [2]
Нет доступных для прямого измерения образцов ядра Земли, как для мантии Земли . Информация о ядре Земли в основном поступает из анализа сейсмических волн и магнитного поля Земли . [3] Считается, что внутреннее ядро состоит из сплава железо-никель с некоторыми другими элементами. Температура на внутренней поверхности ядра оценивается примерно в 5700 К (5430 ° C; 9800 ° F), что примерно соответствует температуре на поверхности Солнца . [4]
Открытие
Земля была открыта , чтобы иметь твердое внутреннее ядро , отличное от его расплавленного внешнего ядра в 1936 году, датский сейсмолог И. Лемана , [5] [6] , который вывел свое присутствие путем изучения сейсмограмм от землетрясения в Новой Зеландии . Она заметила, что сейсмические волны отражаются от границы внутреннего ядра и могут быть обнаружены чувствительными сейсмографами на поверхности Земли. Она сделала вывод о радиусе 1400 км для внутреннего ядра, что недалеко от принятого в настоящее время значения 1221 км. [7] [8] [9] В 1938 году Б. Гутенберг и К. Рихтер проанализировали более обширный набор данных и оценили толщину внешнего ядра в 1950 км с крутым, но непрерывным переходом толщиной 300 км во внутреннее ядро. ; что подразумевает радиус от 1230 до 1530 км для внутреннего ядра. [10] : с.372
Несколько лет спустя, в 1940 году, была выдвинута гипотеза, что это внутреннее ядро сделано из твердого железа. В 1952 г. Ф. Берч опубликовал подробный анализ имеющихся данных и пришел к выводу, что внутреннее ядро, вероятно, было кристаллическим железом. [11]
Границу между внутренним и внешним ядрами иногда называют «разрывом Лемана» [12], хотя это название обычно относится к другому разрыву . Название "Буллен" или "разрыв Леманна-Буллена" после того, как было предложено К. Буллен , [ необходима цитата ], но его использование кажется редким. Жесткость внутреннего ядра была подтверждена в 1971 г. [13]
Дзевонски и Гилберт установили, что измерения нормальных форм колебаний Земли, вызванных сильными землетрясениями, соответствовали жидкому внешнему ядру. [14] В 2005 году были обнаружены поперечные волны, проходящие через внутреннее ядро; изначально эти утверждения вызывали споры, но теперь они получают признание. [15]
Источники данных
Сейсмические волны
Почти все прямые измерения физических свойств внутреннего ядра, которые есть у ученых, - это сейсмические волны, которые проходят через него. Наиболее информативные волны генерируются глубокими землетрясениями на глубине 30 км или более ниже поверхности Земли (где мантия относительно более однородна) и регистрируются сейсмографами по мере их достижения по всему земному шару. [ необходима цитата ]
Сейсмические волны включают «P» (первичные или сдвиговые) волны , волны сжатия, которые могут проходить через твердые или жидкие материалы, и «S» (вторичные или поперечные) поперечные волны, которые могут распространяться только через жесткие упругие твердые тела. Две волны имеют разные скорости и затухают с разной скоростью при прохождении через один и тот же материал.
Особый интерес представляют так называемые волны «PKiKP» - волны давления (P), которые начинаются у поверхности, пересекают границу мантия-ядро, проходят через ядро (K), отражаются на внутренней границе ядра (i), снова пересекают жидкое ядро (K), возвращаются в мантию и обнаруживаются как волны давления (P) на поверхности. Также представляют интерес волны «PKIKP», которые проходят через внутреннее ядро (I) вместо того, чтобы отражаться от его поверхности (i). Эти сигналы легче интерпретировать, когда путь от источника к детектору близок к прямой, а именно, когда приемник находится чуть выше источника для отраженных волн PKiKP и противоположен ему для передаваемых волн PKIKP. [16]
Хотя S-волны не могут достичь или покинуть внутреннее ядро как таковое, P-волны могут быть преобразованы в S-волны, и наоборот, поскольку они попадают на границу между внутренним и внешним ядром под косым углом. Волны PKJKP похожи на волны PKIKP, но преобразуются в волны S, когда они входят во внутреннее ядро, проходят через него как волны S (J) и снова преобразуются в волны P, когда они выходят из внутреннего ядра. Благодаря этому явлению известно, что внутреннее ядро может распространять S-волны и, следовательно, должно быть твердым.
Другие источники
Другие источники информации о внутреннем ядре включают:
- Магнитное поле Земли . Хотя кажется, что он генерируется в основном жидкостью и электрическими токами во внешнем сердечнике, на эти токи сильно влияет наличие твердого внутреннего сердечника и тепло, вытекающее из него. (Хотя сделано из железа, ядро, по- видимому , не ферромагнитное , из - за его чрезвычайно высокую температуру.) [ Править ]
- Масса Земли, ее гравитационное поле и угловая инерция . На все это влияет плотность и размеры внутренних слоев. [17]
- Частоты собственных колебаний и моды колебаний всей Земли, когда сильные землетрясения заставляют планету «звенеть» как колокол . Эти колебания также сильно зависят от плотности, размера и формы внутренних слоев. [18]
Физические свойства
Скорость сейсмической волны
Скорость S-волн в ядре плавно изменяется от примерно 3,7 км / с в центре до примерно 3,5 км / с на поверхности. Это значительно меньше скорости S-волн в нижней коре (около 4,5 км / с) и менее половины скорости в глубокой мантии, чуть выше внешнего ядра (около 7,3 км / с). [4] : рис.2
Скорость продольных волн в ядре также плавно изменяется во внутреннем ядре, от примерно 11,4 км / с в центре до примерно 11,1 км / с на поверхности. Затем скорость резко падает на границе внутреннего и внешнего ядра примерно до 10,4 км / с. [4] : рис.2
Размер и форма
На основе сейсмических данных, внутреннее ядро оценивается примерно в 1221 км в радиусе (2442 км в диаметре), [4], что составляет примерно 19% радиуса Земли и 70% радиуса Земли. Луна.
Его объем составляет около 7,6 миллиарда кубических км ( 7,6 × 10 18 м 3 ), что составляет около 1 ⁄ 140 (0,7%) от объема всей Земли.
Считается, что его форма близка к сплющенному эллипсоиду вращения, как поверхность Земли, только более сферической: сглаживание f оценивается между 1 ⁄ 400 и 1 ⁄ 416 ; [17] : f.2 означает, что радиус вдоль оси Земли, по оценкам, примерно на 3 км короче, чем радиус на экваторе. Для сравнения: уплощение Земли в целом близко к 1 ⁄ 300 , а полярный радиус на 21 км короче экваториального.
Давление и гравитация
Давление во внутреннем ядре Земли немного выше, чем на границе между внешним и внутренним ядрами: оно колеблется от 330 до 360 гигапаскалей (от 3 300 000 до 3 600 000 атм). [4] [19] [20]
Ускорение силы тяжести на поверхности внутреннего сердечника может быть вычислено как 4,3 м / с 2 ; [21], что составляет менее половины значения на поверхности Земли (9,8 м / с 2 ).
Плотность и масса
Считается, что плотность внутреннего ядра плавно изменяется от примерно 13,0 кг / л (= г / см 3 = т / м 3 ) в центре до примерно 12,8 кг / л на поверхности. Как и в случае с другими свойствами материала, плотность на этой поверхности внезапно падает: жидкость чуть выше внутреннего ядра считается значительно менее плотной, около 12,1 кг / л. [4] Для сравнения, средняя плотность в верхних 100 км Земли составляет около 3,4 кг / л.
Эта плотность подразумевает массу внутреннего ядра около 10 23 кг, что составляет 1 ⁄ 60 (1,7%) массы всей Земли.
Температура
Температуру внутреннего ядра можно оценить по температуре плавления нечистого железа при давлении, под которым железо находится на границе внутреннего ядра (около 330 ГПа ). Исходя из этих соображений, в 2002 году Д. Альфе и другие оценили его температуру в диапазоне от 5400 К (5100 ° C; 9300 ° F) до 5700 К (5400 ° C; 9800 ° F). [4] Однако в 2013 году С. Анзеллини и другие экспериментально получили существенно более высокую температуру плавления железа 6230 ± 500 К. [22]
Железо может быть твердым при таких высоких температурах только потому, что его температура плавления резко возрастает при таком давлении (см. Соотношение Клаузиуса – Клапейрона ). [23] [24]
Магнитное поле
В 2010 году Брюс Баффет определил, что среднее магнитное поле в жидком внешнем ядре составляет около 2,5 миллитесла (25 гаусс ), что примерно в 40 раз больше максимальной силы на поверхности. Он начал с известного факта, что Луна и Солнце вызывают приливы в жидком внешнем ядре, точно так же, как они вызывают океаны на поверхности. Он заметил, что движение жидкости через локальное магнитное поле создает электрические токи , которые рассеивают энергию в виде тепла в соответствии с законом Ома . Эта диссипация, в свою очередь, гасит приливные движения и объясняет ранее обнаруженные аномалии нутации Земли . По величине последнего эффекта он мог рассчитать магнитное поле. [25] Поле внутри внутреннего ядра предположительно имеет аналогичную силу. Хотя это косвенное измерение, оно не зависит существенно от каких-либо предположений об эволюции Земли или составе ядра.
Вязкость
Хотя сейсмические волны распространяются через ядро, как если бы оно было твердым, измерения не могут отличить идеально твердый материал от чрезвычайно вязкого . Поэтому некоторые ученые решили, может ли быть медленная конвекция во внутреннем ядре (как считается, существует в мантии). Это могло быть объяснением анизотропии, обнаруженной при сейсмических исследованиях. В 2009 г. Б. Баффет оценил вязкость внутреннего ядра в 10 18 Па · с; [26], что в секстиллион раз больше вязкости воды и более чем в миллиард раз больше вязкости смолы .
Состав
Прямых данных о составе внутреннего ядра до сих пор нет. Однако, исходя из относительного преобладания различных химических элементов в Солнечной системе , теории формирования планет и ограничений, налагаемых или подразумеваемых химией остальной части объема Земли, внутреннее ядро, как полагают, состоит в основном из железа - никелевый сплав .
Предполагается, что при известных давлениях и расчетных температурах ядра чистое железо может быть твердым, но его плотность будет превышать известную плотность ядра примерно на 3%. Этот результат подразумевает присутствие в ядре более легких элементов, таких как кремний , кислород или сера , в дополнение к вероятному присутствию никеля. [27] Недавние оценки (2007 г.) допускают до 10% никеля и 2–3% неидентифицированных более легких элементов. [4]
Согласно расчетам Д. Альфе и других, жидкое внешнее ядро содержит 8–13% кислорода, но по мере того, как железо кристаллизуется, образуя внутреннее ядро, кислород в основном остается в жидкости. [4]
Лабораторные эксперименты и анализ скоростей сейсмических волн, по-видимому, указывают на то, что внутреннее ядро состоит именно из ε-железа , кристаллической формы металла с гексагональной плотноупакованной структурой ( ГПУ ). Эта структура все еще может допускать включение небольших количеств никеля и других элементов. [16] [28]
Кроме того, если внутреннее ядро растет за счет осаждения замороженных частиц, падающих на его поверхность, то некоторое количество жидкости также может задерживаться в поровых пространствах. В этом случае некоторая часть этой остаточной жидкости может еще в некоторой небольшой степени сохраняться в большей части его внутренней части. [ необходима цитата ]
Состав
Многие ученые изначально ожидали, что внутреннее ядро окажется однородным , потому что тот же процесс должен был протекать равномерно на протяжении всего его формирования. Было даже высказано предположение, что внутреннее ядро Земли могло быть монокристаллом железа. [29]
Выровненная по оси анизотропия
В 1983 г. Г. Пупине и другие заметили, что время прохождения волн PKIKP (P-волн, которые проходят через внутреннее ядро) было примерно на 2 секунды меньше для прямых путей с севера на юг, чем для прямых путей в экваториальной плоскости. [30] Даже с учетом уплощения Земли на полюсах (около 0,33% для всей Земли, 0,25% для внутреннего ядра) и неоднородностей коры и верхней мантии , это различие означало, что P-волны (в широком диапазоне длины волн ) проходят через внутреннее ядро примерно на 1% быстрее в направлении север-юг, чем в направлениях, перпендикулярных ему. [31]
Эта анизотропия скорости продольной волны была подтверждена более поздними исследованиями, в том числе другими сейсмическими данными [16] и изучением свободных колебаний всей Земли. [18] Некоторые авторы заявляют о более высоких значениях разницы, до 4,8%; однако в 2017 г. Д. Фрост и Б. Романович подтвердили, что значение составляет от 0,5% до 1,5%. [32]
Неаксиальная анизотропия
Некоторые авторы утверждают, что скорость P-волны выше в наклонных или перпендикулярных к оси N-S направлениях, по крайней мере, в некоторых областях внутреннего ядра. [33] Однако эти утверждения были оспорены Д. Фростом и Б. Романовичем, которые вместо этого утверждали, что направление максимальной скорости настолько близко к оси вращения Земли, насколько это может быть определено. [34]
Причины анизотропии
Лабораторные данные и теоретические расчеты показывают, что распространение волн давления в кристаллах ГПУ ε-железа также сильно анизотропно с одной «быстрой» осью и двумя одинаково «медленными». Предпочтение кристаллов в ядре, ориентированных в направлении север-юг, может объяснить наблюдаемую сейсмическую аномалию. [16]
Одним из явлений, которое может вызвать такое частичное выравнивание, является медленный поток («ползучесть») внутри внутреннего ядра, от экватора к полюсам или наоборот. Этот поток заставит кристаллы частично переориентировать себя в соответствии с направлением потока. В 1996 г. С. Йошида и другие предположили, что такой поток мог быть вызван более высокой скоростью замерзания на экваторе, чем в полярных широтах. Тогда во внутреннем ядре установится поток от экватора к полюсу, стремящийся восстановить изостатическое равновесие его поверхности. [35] [28]
Другие предположили, что требуемый поток может быть вызван медленной тепловой конвекцией внутри внутреннего ядра. Т. Юкутаке в 1998 г. утверждал, что такие конвективные движения маловероятны. [36] Однако Б. Баффет в 2009 году оценил вязкость внутреннего ядра и обнаружил, что такая конвекция могла произойти, особенно когда ядро было меньше. [26]
С другой стороны, М. Бергман в 1997 г. предположил, что анизотропия обусловлена наблюдаемой тенденцией кристаллов железа расти быстрее, когда их кристаллографические оси совпадают с направлением охлаждающего теплового потока. Поэтому он предположил, что тепловой поток из внутреннего ядра будет смещен в радиальном направлении. [37]
В 1998 году С. Карато предположил, что изменения магнитного поля могут также медленно деформировать внутреннее ядро с течением времени. [38]
Несколько слоев
В 2002 г. М. Исии и А. Дзевонски представили доказательства того, что твердое внутреннее ядро содержит «самое внутреннее внутреннее ядро» (IMIC) с несколько иными свойствами, чем оболочка вокруг него. Природа различий и радиус IMIC по состоянию на 2019 год все еще не решены, с предложениями по последнему в диапазоне от 300 км до 750 км. [39] [40] [41] [34]
А. Ван и Х. Сонг недавно предложили трехслойную модель с «внутренним внутренним ядром» (IIC) радиусом около 500 км, слоем «внешнего внутреннего ядра» (OIC) толщиной около 600 км и изотропной оболочкой. 100 км толщиной. В этой модели направление «более быстрой P-волны» будет параллельно оси Земли в OIC, но перпендикулярно этой оси в IIC. [33] Однако вывод оспаривается утверждениями о том, что не должно быть резких разрывов во внутреннем ядре, только постепенное изменение свойств с глубиной. [34]
Боковое отклонение
В 1997 году С. Танака и Х. Хамагучи заявили на основе сейсмических данных, что анизотропия материала внутреннего ядра, хотя и ориентирована с севера на юг, была более выражена в «восточном» полушарии внутреннего ядра (примерно на 110 °). ° восточной долготы, примерно под Борнео ), чем в «западном» полушарии (примерно на 70 ° з.д., примерно под Колумбией ). [42] : fg.9
Альбуссер и другие предположили, что эта асимметрия могла быть связана с плавлением в восточном полушарии и перекристаллизацией в западном. [43] К. Финли предположил, что этот процесс может объяснить асимметрию магнитного поля Земли. [44]
Однако в 2017 году Д. Фрост и Б. Романович оспорили эти более ранние выводы, заявив, что данные показывают только слабую анизотропию, при этом скорость в направлении север-юг всего на 0,5-1,5% выше, чем в экваториальном направлении, и нет явные признаки изменения E-W. [32]
Другая структура
Другие исследователи утверждают, что свойства поверхности внутреннего ядра меняются от места к месту на расстоянии всего 1 км. Это изменение удивительно, поскольку известно, что поперечные колебания температуры вдоль внутренней границы ядра чрезвычайно малы (этот вывод уверенно ограничивается наблюдениями магнитного поля ). [ необходима цитата ]
Рост
Считается, что внутреннее ядро Земли медленно растет, поскольку жидкое внешнее ядро на границе с внутренним ядром охлаждается и затвердевает из-за постепенного охлаждения внутренней части Земли (около 100 градусов Цельсия за миллиард лет). [45]
Согласно расчетам Альфе и других, когда железо кристаллизуется на внутреннем ядре, жидкость чуть выше него становится обогащенной кислородом и, следовательно, менее плотной, чем остальная часть внешнего ядра. Этот процесс создает конвекционные токи во внешнем ядре, которые считаются основной движущей силой токов, создающих магнитное поле Земли. [4]
Существование внутреннего сердечника также влияет на динамические движения жидкости во внешнем сердечнике и, таким образом, может помочь исправить магнитное поле. [ необходима цитата ]
Динамика
Поскольку внутреннее ядро не связано жестко с твердой мантией Земли, возможность того, что оно вращается немного быстрее или медленнее, чем остальная часть Земли, давно обсуждалась. [46] [47] В 1990-х годах сейсмологи делали различные заявления об обнаружении такого типа супервращения, наблюдая за изменениями характеристик сейсмических волн, проходящих через внутреннее ядро, в течение нескольких десятилетий, используя вышеупомянутое свойство, заключающееся в более быстрой передаче волн. в некоторых направлениях. В 1996 г. X. Сонг и П. Ричардс оценили это "супервращение" внутреннего ядра относительно мантии примерно в один градус в год. [48] [49] В 2005 году они и Дж. Чжан сравнили записи «сейсмических дублетов» (записи одной и той же станции землетрясений, происходящих в том же месте на противоположной стороне Земли, с разницей в несколько лет) и пересмотрели эту оценку. от 0,3 до 0,5 градуса в год. [50]
В 1999 г. М. Грефф-Леффц и Х. Легро отметили, что гравитационные поля Солнца и Луны, ответственные за океанские приливы, также воздействуют на Землю крутящими моментами , влияя на ее ось вращения и замедляя скорость ее вращения . Эти крутящие моменты ощущаются в основном земной корой и мантией, поэтому их оси вращения и скорость могут отличаться от общего вращения жидкости во внешнем ядре и вращения внутреннего ядра. Динамика усложняется из-за токов и магнитных полей во внутреннем сердечнике. Они обнаружили, что ось внутреннего ядра слегка колеблется ( нуате ) с периодом около 1 дня. Сделав некоторые предположения об эволюции Земли, они пришли к выводу, что движения жидкости во внешнем ядре несколько раз входили в резонанс с приливными силами в прошлом (3,0, 1,8 и 0,3 миллиарда лет назад). В те эпохи, каждая из которых длилась 200–300 миллионов лет, дополнительное тепло, генерируемое более сильными движениями жидкости, могло остановить рост внутреннего ядра. [51]
Возраст
Теории о возрасте ядра обязательно являются частью теорий истории Земли в целом. Эта тема давно обсуждается и обсуждается до сих пор. Широко распространено мнение, что твердое внутреннее ядро Земли образовалось из изначально полностью жидкого ядра, когда Земля остыла. Однако до сих пор нет убедительных данных о времени, когда этот процесс начался. [3]
|
Для определения возраста внутреннего ядра использовались два основных подхода: термодинамическое моделирование охлаждения Земли и анализ палеомагнитных данных. Оценки, полученные с помощью этих методов, все еще варьируются в большом диапазоне - от 0,5 до 2 миллиардов лет.
Термодинамическое свидетельство
Один из способов оценить возраст внутреннего ядра - моделировать охлаждение Земли, ограниченное минимальным значением теплового потока на границе ядро-мантия (CMB). Эта оценка основана на преобладающей теории о том, что магнитное поле Земли в первую очередь вызывается конвекционными токами в жидкой части ядра, а также на том факте, что для поддержания этих токов требуется минимальный тепловой поток. Тепловой поток в CMB в настоящее время можно надежно оценить, поскольку он связан с измеренным тепловым потоком на поверхности Земли и измеренной скоростью мантийной конвекции . [63] [52]
В 2001 году С. Лабросс и другие, предположив, что в ядре не было радиоактивных элементов , дали оценку возраста внутреннего ядра в 1 ± 0,5 миллиарда лет, что значительно меньше, чем предполагаемый возраст Земли и ее жидкой фазы. ядро (около 4,5 миллиардов лет) [52] В 2003 году та же группа пришла к выводу, что если бы ядро содержало разумное количество радиоактивных элементов, возраст внутреннего ядра мог бы быть на несколько сотен миллионов лет старше. [53]
В 2012 году теоретические расчеты М. Поццо и других показали, что электропроводность железа и других гипотетических материалов сердечника при ожидаемых высоких давлениях и температурах была в два или три раза выше, чем предполагалось в предыдущих исследованиях. [64] Эти прогнозы были подтверждены в 2013 году измерениями, проведенными Гоми и другими. [65] Более высокие значения электропроводности привели к увеличению оценок теплопроводности до 90 Вт / м · К; что, в свою очередь, снизило его возраст до менее 700 миллионов лет. [56] [58]
Однако в 2016 году Конопкова и другие непосредственно измерили теплопроводность твердого железа в условиях внутреннего сердечника и получили гораздо более низкое значение, 18–44 Вт / м · К. С этими значениями они получили верхнюю границу возраста внутреннего ядра в 4,2 миллиарда лет, совместимую с палеомагнитными данными. [59]
В 2014 году Дрисколл и Берковичи опубликовали тепловую историю Земли, которая позволила избежать так называемой мантийной тепловой катастрофы и нового парадокса ядра , применив радиогенный нагрев в размере 3 ТВт за счет распада40
K
в основном. Такие высокие содержания K в ядре не подтверждаются экспериментальными исследованиями разделения, поэтому такая термическая история остается весьма спорной. [55]
Палеомагнитные свидетельства
Другой способ оценить возраст Земли - это проанализировать изменения магнитного поля Земли на протяжении ее истории, так как она была захвачена породами, сформировавшимися в разное время («палеомагнитная запись»). Наличие или отсутствие твердого внутреннего сердечника может привести к различным динамическим процессам в сердечнике, которые могут привести к заметным изменениям магнитного поля. [66]
В 2011 году Смирнов и другие опубликовали анализ палеомагнетизма в большой выборке горных пород, сформировавшейся в неоархее (2,8–2,5 миллиарда лет назад) и протерозое (2,5–0,541 миллиарда). Они обнаружили, что геомагнитное поле было ближе к полю магнитного диполя во время неоархея, чем после него. Они интерпретировали это изменение как свидетельство того, что динамо-эффект более глубоко укоренился в ядре в ту эпоху, тогда как в более поздние времена значение течений, близких к границе ядро-мантия, возросло. Они также предполагают, что это изменение могло быть связано с ростом твердого внутреннего ядра между 3,5–2,0 миллиардами лет назад. [54]
В 2015 году Биггин и другие опубликовали анализ обширного и тщательно отобранного набора докембрийских образцов и наблюдали заметное увеличение напряженности и дисперсии магнитного поля Земли около 1,0–1,5 миллиарда лет назад. Раньше это изменение не было замечено из-за отсутствия надежных измерений. Они предположили, что это изменение могло быть связано с рождением твердого внутреннего ядра Земли. Исходя из оценки возраста, они получили довольно скромное значение теплопроводности внешнего ядра, что позволило построить более простые модели тепловой эволюции Земли. [57]
В 2016 году П. Дрисколл опубликовал численную эволюционирующую модель динамо, которая сделала подробный прогноз эволюции палеомагнитного поля в течение 0,0–2,0 млрд лет. Развивающаяся модель динамо управлялась переменными во времени граничными условиями, созданными решением тепловой истории в Дрисколле и Берковичи (2014). Развиваются динамо модель предсказывает сильное поле динамо до 1,7 Ga , который является многополярным, сильным полем динамо от 1,0-1,7 Ga , что преимущественно дипольный, слабое поле динамо от 0,6-1,0 Ga , что не является осевым дипольным и сильнопольное динамо после зарождения внутреннего ядра от 0,0–0,6 млрд лет, которое является преимущественно дипольным. [67]
Анализ образцов горных пород эдиакарской эпохи (образовавшихся около 565 миллионов лет назад), опубликованный Боно и другими в 2019 году, выявил необычно низкую интенсивность и два различных направления геомагнитного поля в то время, что подтверждает предсказания Дрисколла ( 2016). Рассматривая другие свидетельства высокой частоты инверсий магнитного поля в то время, они предполагают, что эти аномалии могли быть связаны с началом формирования внутреннего ядра, которому тогда было бы 0,5 миллиарда лет. [60] Новости и взгляды П. Дрисколл суммирует состояние поля по итогам Боно. [68]
Смотрите также
- Геодинамика
- Железный метеорит
- Строение Земли
- Путешествие к центру Земли
- Тепловая история Земли
Рекомендации
- ^ Monnereau, Марк; Кальве, Мари; Маргерин, Людовик; Сурьяу, Энни (21 мая 2010 г.). «Односторонний рост внутреннего ядра Земли». Наука . 328 (5981): 1014–1017. Bibcode : 2010Sci ... 328.1014M . DOI : 10.1126 / science.1186212 . PMID 20395477 . S2CID 10557604 .
- ^ Engdahl, ER; Флинн, EA; Массе Р.П. (1974). «Дифференциальные времена пробега ПКиКП и радиус внутренней жилы» . Международный геофизический журнал . 39 (3): 457–463. DOI : 10.1111 / j.1365-246x.1974.tb05467.x .
- ^ а б Allègre, Claude J .; Манес, Жерар; Гёпель, Криста (апрель 1995 г.). «Возраст Земли». Geochimica et Cosmochimica Acta . 59 (8): 1445–1456. Bibcode : 1995GeCoA..59.1445A . DOI : 10.1016 / 0016-7037 (95) 00054-4 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Б с д е е г ч я J Alfè, D .; Гиллан, MJ; Цена, GD (2007). «Температура и состав ядра Земли». Современная физика . 48 (2): 63–80. DOI : 10.1080 / 00107510701529653 . S2CID 6347417 .
- ^ Матез, Эдмонд А., изд. (2000). Земля: внутри и снаружи . Американский музей естественной истории.
- ^ Леманн, Инге (2008). «Первооткрыватель внутреннего ядра Земли» . Земля наизнанку . Сборник учебных программ. Американский музей национальной истории . Проверено 7 апреля 2019 .
- ^ Леманн, Инге (1936). "П'". Публикации Центрального бюро международной безопасности . Серия A: Научные исследования. Глава 14. С. 87–115.
- ^ Леманн, Инге (1987). «Сейсмология в старину». Eos - Сделки Американского геофизического союза . 68 (3): 33–35. DOI : 10,1029 / EO068i003p00033-02 .
- ^ Болт, Брюс А .; Хьортенберг, Эрик (1994). «Мемориальный очерк: Инге Леманн (1888–1993)» . Бюллетень сейсмологического общества Америки (некролог). 84 (1): 229–233.
- ^ Рихтер, Гутенберг CF (1938). «P ′ и ядро Земли» . Геофизические дополнения к ежемесячным уведомлениям Королевского астрономического общества . 4 (5): 363–372. DOI : 10.1111 / j.1365-246X.1938.tb01761.x .
- ^ Берч, Фрэнсис (1952). «Эластичность и конституция недр Земли». Журнал геофизических исследований . 57 (2): 227–286. Bibcode : 1952JGR .... 57..227B . DOI : 10.1029 / JZ057i002p00227 .
- ^ Кребс, Роберт Э. (2003). Основы наук о Земле . Издательская компания "Гринвуд". ISBN 978-0-313-31930-3.
- ^ Ли, Уильям HK; Канамори, Хироо; Дженнингс, Пол С .; Кисслингер, Карл, ред. (2002). Международный справочник землетрясений и инженерной сейсмологии . часть A. Academic Press. п. 926. ISBN 978-0-12-440652-0.
- ^ Дзевонски, AM; Гилберт, Ф. Гилберт (24 декабря 1971 г.). «Твердость внутреннего ядра Земли по результатам наблюдений в нормальном режиме». Природа . 234 (5330): 465–466. Bibcode : 1971Natur.234..465D . DOI : 10.1038 / 234465a0 . S2CID 4148182 .
- ^ Бритт, Роберт Рой (14 апреля 2005 г.). «Наконец, твердый взгляд на ядро Земли» . LiveScience . Проверено 22 мая 2007 года .
- ^ а б в г Романович, Барбара; Цао, Айминь; Годвал, Будхирам; Венк, Руди; Вентоза, Серги; Жанло, Раймонд (2016). «Сейсмическая анизотропия в самом внутреннем ядре Земли: проверка структурных моделей в сравнении с предсказаниями физики минералов» . Письма о геофизических исследованиях . 43 : 93–100. DOI : 10.1002 / 2015GL066734 .
- ^ а б Денис, Ц .; Rogister, Y .; Amalvict, M .; Delire, C .; Денис, А. Ибрагим; Мунховен, Г. (1997). «Гидростатическое сплющивание, структура ядра и поступательный режим внутреннего ядра». Физика Земли и планетных недр . 99 (3–4): 195–206. DOI : 10.1016 / S0031-9201 (96) 03219-0 .
- ^ а б Тромп, Джерун (1993). «Поддержка анизотропии внутреннего ядра Земли от свободных колебаний». Природа . 366 (6456): 678–681. DOI : 10.1038 / 366678a0 . S2CID 4336847 .
- ^ Лиде, Дэвид Р., изд. (2006–2007). CRC Справочник по химии и физике (87-е изд.). стр. j14 – j13. Архивировано из оригинала 24 июля 2017 года . Проверено 4 декабря 2006 года .
- ^ Дзевонски, Адам М .; Андерсон, Дон Л. (1981). «Предварительная эталонная модель Земли». Физика Земли и планетных недр . 25 (4): 297–356. Bibcode : 1981PEPI ... 25..297D . DOI : 10.1016 / 0031-9201 (81) 90046-7 .
- ^ Сурьяу, Энни; Сурьяу, Марк (1989). «Эллиптичность и плотность на внутренней границе ядра по докритическим данным PKiKP и PcP». Международный геофизический журнал . 98 (1): 39–54. DOI : 10.1111 / j.1365-246X.1989.tb05512.x .
- ^ Anzellini, S .; Dewaele, A .; Mezouar, M .; Лубейр, П. и Морард, Г. (2013). «Плавление железа на внутренней границе ядра Земли на основе быстрой дифракции рентгеновских лучей». Наука . 340 (6136): 464–466. Bibcode : 2013Sci ... 340..464A . DOI : 10.1126 / science.1233514 . PMID 23620049 . S2CID 31604508 .
- ^ Аитта, Аннели (1 декабря 2006 г.). «Кривая плавления железа с трикритической точкой». Журнал статистической механики: теория и эксперимент . 2006 (12): 12015–12030. arXiv : cond-mat / 0701283 . Bibcode : 2006JSMTE..12..015A . DOI : 10.1088 / 1742-5468 / 2006/12 / P12015 . S2CID 119470433 .
- ^ Аитта, Аннели (1 июля 2008 г.). «Легкая материя в ядре Земли: ее сущность, количество и температура с использованием трикритических явлений». arXiv : 0807.0187 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Баффет, Брюс А. (2010). «Приливная диссипация и сила внутреннего магнитного поля Земли». Природа . 468 (7326): 952–954. Bibcode : 2010Natur.468..952B . DOI : 10,1038 / природа09643 . PMID 21164483 . S2CID 4431270 .
- ^ а б Баффет, Брюс А. (2009). «Возникновение и ориентация конвекции во внутреннем ядре» . Международный геофизический журнал . 179 (2): 711–719. DOI : 10.1111 / j.1365-246X.2009.04311.x .
- ^ Стиксруд, Ларс; Вассерман, Евгений; Коэн, Рональд Э. (10 ноября 1997 г.). «Состав и температура внутреннего ядра Земли» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 102 (B11): 24729–24739. Bibcode : 1997JGR ... 10224729S . DOI : 10.1029 / 97JB02125 . ISSN 2156-2202 .
- ^ а б Lincot, A .; Cardin, Ph .; Deguen, R .; Меркель, С. (21 января 2016 г.). «Мультимасштабная модель глобальной анизотропии внутреннего ядра, вызванной пластичностью сплава ГПУ » . Письма о геофизических исследованиях . 43 (3): 1084–1091. DOI : 10.1002 / 2015GL067019 .
- ^ Броуд, Уильям Дж. (4 апреля 1995 г.). «Ядро Земли может быть гигантским кристаллом из железа» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 21 декабря 2010 года .
- ^ Poupinet, G .; Pillet, R .; Сурьяу, А. (15 сентября 1983 г.). «Возможная неоднородность ядра Земли, выведенная из времени прохождения ПКИКП». Природа . 305 (5931): 204–206. Bibcode : 1983Natur.305..204P . DOI : 10.1038 / 305204a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4275432 .
- ^ Морелли, Андреа; Дзевонски, Адам М .; Вудхаус, Джон Х. (1986). «Анизотропия внутреннего ядра по времени пробега PKIKP». Письма о геофизических исследованиях . 13 (13): 1545–1548. DOI : 10.1029 / GL013i013p01545 .
- ^ а б Frost, Daniel A .; Романович, Барбара (2017). «Ограничения на анизотропию внутреннего ядра с использованием массивов наблюдений P′P ′» . Письма о геофизических исследованиях . 44 (21): 10878–10886. DOI : 10.1002 / 2017GL075049 .
- ^ а б Ван, Дао; Сун, Сяодун (2018). «Подтверждение экваториальной анизотропии внутреннего ядра Земли из сейсмической интерферометрии на низких широтах». Физика Земли и планетных недр . 276 : 247–257. DOI : 10.1016 / j.pepi.2017.03.004 .
- ^ а б в Даниэль, А.Фрост; Романович, Барбара (2019). «Об ориентации быстрого и медленного направлений анизотропии в глубоком внутреннем ядре». Физика Земли и планетных недр . 286 : 101–110. DOI : 10.1016 / j.pepi.2018.11.006 .
- ^ Yoshida, SI; Сумита И. и Кумазава М. (1996). «Модель роста внутреннего ядра в сочетании с динамикой внешнего ядра и результирующей упругой анизотропией». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 101 (B12): 28085–28103. Bibcode : 1996JGR ... 10128085Y . DOI : 10.1029 / 96JB02700 .
- ^ Юкутакэ, Т. (1998). «Невозможность тепловой конвекции в твердом внутреннем ядре Земли». Физика Земли и планетных недр . 108 (1): 1–13. Bibcode : 1998PEPI..108 .... 1Y . DOI : 10.1016 / S0031-9201 (98) 00097-1 .
- ^ Бергман, Майкл И. (1997). «Измерения электрической анизотропии из-за текстурирования затвердевания и последствия для внутреннего ядра Земли». Природа (письмо). 389 (6646): 60–63. DOI : 10.1038 / 37962 . S2CID 9170776 .
- ^ Карато, С.И. (1999). «Сейсмическая анизотропия внутреннего ядра Земли в результате потока, вызванного напряжениями Максвелла». Природа . 402 (6764): 871–873. Bibcode : 1999Natur.402..871K . DOI : 10.1038 / 47235 . S2CID 4430268 .
- ^ Исии, Миаки; Дзевонски, Адам М. (2002). «Самое внутреннее внутреннее ядро Земли: свидетельства изменения анизотропного поведения в радиусе около 300 км» . Труды Национальной академии наук . 99 (22): 14026–14030. DOI : 10.1073 / pnas.172508499 . PMC 137830 . PMID 12374869 .
- ^ Cao, A .; Романович, Б. (2007). «Тестирование моделей самого внутреннего внутреннего ядра с использованием остатков времени пробега широкополосного ПКИКП» . Письма о геофизических исследованиях . 34 (8): L08303. DOI : 10.1029 / 2007GL029384 .
- ^ Хирахара, Кадзуро; Отаки, Тошики; Ёсида, Ясухиро (1994). «Сейсмическая структура вблизи границы внутреннего ядра и внешнего ядра». Письма о геофизических исследованиях . 51 (16): 157–160. Bibcode : 1994GeoRL..21..157K . DOI : 10.1029 / 93GL03289 .
- ^ Танака, Сатору; Хамагути, Хироюки (1997). «Степень неоднородности и полусферическое изменение анизотропии во внутреннем ядре от времен PKP (BC) –PKP (DF)». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 102 (B2): 2925–2938. DOI : 10.1029 / 96JB03187 .
- ^ Alboussière, T .; Deguen, R .; Мелзани, М. (2010). «Стратификация, вызванная плавлением над внутренним ядром Земли из-за конвективного переноса». Природа . 466 (7307): 744–747. arXiv : 1201.1201 . Bibcode : 2010Natur.466..744A . DOI : 10,1038 / природа09257 . PMID 20686572 . S2CID 205221795 .
- ^ Рисунок 1: Восточно-западная асимметрия в росте внутреннего ядра и генерации магнитного поля (диаграмма). из Финли, Кристофер С. (2012). «Основные процессы: эксцентричное магнитное поле Земли» . Природа Геонауки . 5 (8): 523–524. Bibcode : 2012NatGe ... 5..523F . DOI : 10.1038 / ngeo1516 .
- ^ Джейкобс, Дж. А. (1953). «Внутреннее ядро Земли». Природа . 172 (4372): 297–298. Bibcode : 1953Natur.172..297J . DOI : 10.1038 / 172297a0 . S2CID 4222938 .
- ^ Aaurno, JM; Brito, D .; Олсон, П.Л. (1996). «Механика супервращения внутреннего ядра». Письма о геофизических исследованиях . 23 (23): 3401–3404. Bibcode : 1996GeoRL..23.3401A . DOI : 10.1029 / 96GL03258 .
- ^ Сюй, Сяося; Песня, Сяодун (2003). «Свидетельства супервращения внутреннего ядра из зависящих от времени дифференциальных времен пробега PKP, наблюдаемых в Пекинской сейсмической сети». Международный геофизический журнал . 152 (3): 509–514. Bibcode : 2003GeoJI.152..509X . CiteSeerX 10.1.1.210.8362 . DOI : 10.1046 / j.1365-246X.2003.01852.x .
- ^ Сун, Сяодун; Ричардс, Пол Г. (1996). «Сейсмологические свидетельства дифференциального вращения внутреннего ядра Земли». Природа . 382 (6588): 221–224. Bibcode : 1996Natur.382..221S . DOI : 10.1038 / 382221a0 . S2CID 4315218 .
- ^ Монастерски, Р. (20 июля 1996 г.). «Новое вращение ядра Земли» . Новости науки . 150 (3). п. 36. DOI : 10,2307 / 3980339 . JSTOR 3980339? Seq = 1 .
- ^ Чжан1, Цзянь; Сун, Сяодун; Ли, Инчунь; Richards, Paul G .; Солнце, Синьлей; Вальдхаузер, Феликс (2005). «Внутреннее дифференциальное движение ядра подтверждено дублетами землетрясений». Наука . 309 (5739): 1357–1360. Bibcode : 2005Sci ... 309.1357Z . DOI : 10.1126 / science.1113193 . PMID 16123296 . S2CID 16249089 .
- ^ Грефф-Леффц, Марианна; Легро, Илер (1999). «Динамика вращения керна и геологические события». Наука . 286 (5445): 1707–1709. DOI : 10.1126 / science.286.5445.1707 . PMID 10576731 .
- ^ а б в Лабросс, Стефан; Пуарье, Жан-Поль; Ле Муэль, Жан-Луи (2001). «Возраст внутреннего стержня». Письма о Земле и планетологии . 190 (3–4): 111–123. Bibcode : 2001E и PSL.190..111L . DOI : 10.1016 / S0012-821X (01) 00387-9 . ISSN 0012-821X .
- ^ а б Лабросс, Стефан (ноябрь 2003 г.). «Тепловая и магнитная эволюция ядра Земли». Физика Земли и планетных недр . 140 (1–3): 127–143. DOI : 10.1016 / j.pepi.2003.07.006 . ISSN 0031-9201 .
- ^ а б Смирнов, Алексей В .; Тардуно, Джон А .; Эванс, Дэвид А.Д. (август 2011 г.). «Развитие основных условий около 2 миллиардов лет назад обнаружено палеосекулярными вариациями». Физика Земли и планетных недр . 187 (3–4): 225–231. DOI : 10.1016 / j.pepi.2011.05.003 .
- ^ а б Дрисколл, Питер Э .; Берковичи, Дэвид (1 ноября 2014 г.). «О тепловой и магнитной истории Земли и Венеры: влияние плавления, радиоактивности и проводимости». Физика Земли и планетных недр . 236 : 36–51. Bibcode : 2014PEPI..236 ... 36D . DOI : 10.1016 / j.pepi.2014.08.004 .
- ^ а б Лабросс, Стефан (октябрь 2015 г.). «Термическое развитие ядра с высокой теплопроводностью» (PDF) . Физика Земли и планетных недр . 247 : 36–55. Bibcode : 2015PEPI..247 ... 36L . DOI : 10.1016 / j.pepi.2015.02.002 . ISSN 0031-9201 .
- ^ а б Биггин, AJ; Piispa, EJ; Pesonen, LJ; Holme, R .; Патерсон, Джорджия; Вейкколайнен, Т .; Tauxe, L. (октябрь 2015 г.). «Вариации напряженности палеомагнитного поля предполагают мезопротерозойское зарождение внутреннего ядра». Природа . 526 (7572): 245–248. DOI : 10.1038 / nature15523 . PMID 26450058 . S2CID 205245927 .
- ^ а б Охта, Кенджи; Куваяма, Ясухиро; Хиросе, Кей; Симидзу, Кацуя; Охиси, Ясуо (июнь 2016 г.). «Экспериментальное определение удельного электросопротивления железа в условиях ядра Земли». Природа . 534 (7605): 95–98. DOI : 10.1038 / nature17957 . PMID 27251282 .
- ^ а б Конопкова, Зузана; Маквильямс, Р. Стюарт; Гомес-Перес, Наталья; Гончаров, Александр Федорович (июнь 2016 г.). «Прямое измерение теплопроводности твердого железа в условиях планетарного ядра» (PDF) . Природа . 534 (7605): 99–101. DOI : 10.1038 / nature18009 . ЛВП : 20.500.11820 / 6bcaba52-029c-4bf2-9271-5892b1f4e00d . PMID 27251283 .
- ^ а б Боно, Ричард К .; Тардуно, Джон А .; Ниммо, Фрэнсис; Коттрелл, Рори Д. (28 января 2019 г.). «Молодое внутреннее ядро, полученное на основе сверхнизкой напряженности геомагнитного поля Эдиакарии». Природа Геонауки . 12 (2): 143–147. DOI : 10.1038 / s41561-018-0288-0 . S2CID 134861870 .
- ^ Краситель, СТ (сентябрь 2012 г.). «Геонейтрино и радиоактивная сила Земли». Обзоры геофизики . 50 (3): RG3007. arXiv : 1111.6099 . Bibcode : 2012RvGeo..50.3007D . DOI : 10.1029 / 2012rg000400 . ISSN 8755-1209 . S2CID 118667366 .
- ^ Аревало, Рикардо; McDonough, William F .; Луонг, Марио (февраль 2009 г.). «Коэффициент KU силикатной Земли: понимание состава, структуры и термической эволюции мантии». Письма о Земле и планетологии . 278 (3–4): 361–369. Bibcode : 2009E и PSL.278..361A . DOI : 10.1016 / j.epsl.2008.12.023 . ISSN 0012-821X .
- ^ Моллетт, С. (март 1984 г.). «Тепловые и магнитные ограничения на охлаждение Земли». Международный геофизический журнал . 76 (3): 653–666. DOI : 10.1111 / j.1365-246x.1984.tb01914.x . ISSN 0956-540X .
- ^ Поццо, Моника; Дэвис, Крис; Габбинс, Дэвид; Альфе, Дарио (11 апреля 2012 г.). «Тепловая и электрическая проводимость железа в условиях ядра Земли». Природа . 485 (7398): 355–358. arXiv : 1203,4970 . Bibcode : 2012Natur.485..355P . DOI : 10.1038 / nature11031 . PMID 22495307 . S2CID 4389191 .
- ^ Гоми, Хитоши; Охта, Кенджи; Хиросе, Кей; Лабросс, Стефан; Каракас, Разван; Verstraete, Matthieu J .; Хернлунд, Джон В. (1 ноября 2013 г.). «Высокая проводимость железа и тепловая эволюция ядра Земли». Физика Земли и планетных недр . 224 : 88–103. Bibcode : 2013PEPI..224 ... 88G . DOI : 10.1016 / j.pepi.2013.07.010 .
- ^ Обер, Жюльен; Тардуно, Джон А .; Джонсон, Кэтрин Л. (2010). «Наблюдения и модели долговременной эволюции магнитного поля Земли». Земной магнетизм . Springer Нью-Йорк. С. 337–370. ISBN 9781441979544.
- ^ Дрисколл, Питер Э. (16 мая 2016 г.). «Моделирование 2 Ga истории геодинамо» . Письма о геофизических исследованиях . 43 (1): 5680–5687. DOI : 10.1002 / 2016GL068858 .
- ^ Дрисколл, Питер Э. (28 января 2019 г.). «Геодинамо перезаряжается». Природа Геонауки . 12 (2): 83–84. DOI : 10.1038 / s41561-019-0301-2 . S2CID 195215325 .
дальнейшее чтение
- Ткалчич, Хрвое (март 2015 г.). «Сложное внутреннее ядро Земли: последний рубеж глобальной сейсмологии» . Обзоры геофизики . 53 (1): 59–94. DOI : 10.1002 / 2014RG000469 .