Zemes kodols

Pirms gadsimta zinātne tik tikko zināja, ka Zemei ir pat kodols. Šodien mūs aizrauj kodols un tā savienojumi ar pārējo planētu. Patiešām, mēs esam sākumstudiju zelta laikmeta sākumā.

No tā, kā Zeme reaģē uz Saules un Mēness smagumu, līdz 1890. gadiem mēs zinājām, ka planētai ir blīvs kodols, iespējams, dzelzs. 1906. gadā Ričards Diksons Oldhems atklāja, ka zemestrīces viļņi caur Zemes centru pārvietojas daudz lēnāk nekā caur mantiju ap to, jo centrs ir šķidrs.

Inge Lehmann 1936. gadā ziņoja, ka kaut kas atspoguļo seismiskos viļņus no kodola iekšienes. Kļuva skaidrs, ka serde sastāv no bieza šķidrā dzelzs apvalka - ārējā serdeņa, kura centrā ir mazāks, ciets iekšējais kodols. Tas ir ciets, jo šajā dziļumā augsts spiediens pārvar augstas temperatūras iedarbību.

2002. gadā Miaki Ishii un Adams Dziewonski no Hārvardas universitātes publicēja pierādījumus par "visdziļāko iekšējo kodolu", kas atrodas apmēram 600 kilometru šķērsām. 2008. gadā Xiadong Song un Xinlei Sun ierosināja atšķirīgu iekšējo iekšējo serdi apmēram 1200 km garumā. Šīs idejas nevar padarīt daudz, līdz citi apstiprina darbu.

Tas, ko mēs iemācāmies, rada jaunus jautājumus. Šķidrajam dzelžam jābūt Zemes ģeomagnētiskā lauka - ģeodinamo - avotam, bet kā tas darbojas? Kāpēc pārslēdzas ģeodinamo? magnētiskā ziemeļu virzienā un dienvidos, ģeoloģiskā laikā? Kas notiek serdes augšdaļā, kur izkausēts metāls sastopas ar akmeņaino mantiju? Atbildes sāka parādīties 1990. gados.

Mūsu galvenais pētniecības pamatinstruments ir zemestrīču viļņi, īpaši tie, kas notiek tādos lielos notikumos kā 2004. gada Sumatras zemestrīce. Zvana "parastie režīmi", kas liek planētai pulsēt ar tāda veida kustībām, kādas redzat lielā ziepju burbulī, ir noderīgas, lai pārbaudītu liela mēroga dziļu struktūru.

Bet liela problēma ir nebūtība—Vienu no seismisko pierādījumu gabaliem var interpretēt vairāk nekā vienā veidā. Arī vilnis, kas iekļūst kodolā, vismaz vienu reizi šķērso garoza un vismaz divreiz - mantiju, tāpēc seismogrammas pazīme var rasties vairākās iespējamās vietās. Jāpārbauda daudz dažādu datu.

Nevienmērīguma barjera nedaudz izbalēja, kad ar datoriem sākām simulēt dziļo Zemi reālistiski skaitļi, un, laboratorijā reproducējot augstu temperatūru un spiedienu ar rombveida laktas šūna. Šie rīki (un dienas garuma pētījumi) ļāva mums izlūkot Zemes slāņus, līdz beidzot varam pārdomāt kodolu.

Ņemot vērā, ka vidēji visa Zeme sastāv no viena un tā paša izstrādājumu maisījuma, ko mēs redzam citur Saules sistēmā, kodolam jābūt dzelzs metālam kopā ar nedaudz niķeļa. Bet tas ir mazāk blīvs nekā tīrs dzelzs, tāpēc apmēram 10 procentiem serdes jābūt kaut kam vieglākam.

Idejas par to, kas ir šī vieglā sastāvdaļa, ir attīstījušās. Sērs un skābeklis ir bijuši kandidāti jau ilgu laiku, un pat tiek uzskatīts par ūdeņradi. Pēdējā laikā ir palielinājusies interese par silīciju, jo eksperimenti un simulācijas ar augstu spiedienu liecina, ka tas var izšķīst izkausētā dzelžā labāk, nekā mēs domājām. Varbūt vairāk nekā viens no šiem ir turpat lejā. Lai ierosinātu kādu konkrētu recepti, ir vajadzīgs daudz ģeniālu apsvērumu un neskaidru pieņēmumu, taču šī tēma neaptver visus minējumus.

Seismologi turpina zondēt iekšējo kodolu. Kodols austrumu puslodē šķietami atšķiras no rietumu puslodes dzelzs kristālu izlīdzināšanas veidā. Problēmu grūti uzbrukt, jo seismiskajiem viļņiem ir jāiet diezgan tieši no zemestrīces tieši caur Zemes centru līdz seismogrāfam. Notikumi un mašīnas, kas tiek samontētas tieši pareizi, ir reti. Un sekas ir smalkas.

1996. gadā Xiadong Song un Paul Richards apstiprināja prognozi, ka iekšējais kodols griežas nedaudz ātrāk nekā pārējā Zeme. Ģeodinamiskā magnētiskie spēki, šķiet, ir atbildīgi.

Beigās ģeoloģiskais laiks, iekšējā kodols aug, atdziestot visai Zemei. Ārējā serdeņa augšdaļā dzelzs kristāli sasalst un nokļūst iekšējā kodolā. Ārējā serdeņa pamatnē dzelzs sasalst zem spiediena, paņemot lielu daļu niķeļa. Atlikušais šķidrais dzelzs ir vieglāks un paceļas. Šīs augošās un krītošās kustības, mijiedarbojoties ar ģeomagnētiskajiem spēkiem, maisa visu ārējo serdi ar ātrumu aptuveni 20 kilometri gadā.

Arī planētai Mercury ir liela dzelzs serde un magnētiskais lauks, kaut arī daudz vājāka nekā Zeme. Jaunākie pētījumi norāda, ka dzīvsudraba kodolā ir daudz sēra un līdzīgs sasalšanas process to nomāc, nokrītot "dzelzs sniegam" un palielinoties ar sēru bagātinātam šķidrumam.

Pamata pētījumi izvērsās 1996. gadā, kad Gerija Glatzmaiera un Pola Roberta datormodeļi pirmo reizi reproducēja ģeodinamo izturēšanos, ieskaitot spontānus apgriezienus. Holivuda sniedza Glatzmaier negaidītu auditoriju, kad tā izmantoja viņa animācijas darbības filmā Kodols.

Nesenie Raimonda Jeanloza, Ho-Kvanga (Deivida) Mao un citu augstspiediena laboratorijas darbi mums ir devuši mājienus par serdeņa-mantijas robežu, kur šķidrais dzelzs mijiedarbojas ar silikāta iežu. Eksperimenti rāda, ka kodolu un apvalku materiāli tiek pakļauti spēcīgām ķīmiskām reakcijām. Šis ir reģions, kurā daudzi domā, ka rodas mantijas plūmes, kas paceļas, veidojot tādas vietas kā Havaju salu ķēde, Jeloustona, Islande un citas virsmas pazīmes. Jo vairāk mēs uzzinām par kodolu, jo tuvāk tas kļūst.

PS: Neliela, cieši pietuvināta galveno speciālistu grupa pieder grupai SEDI (Zemes dziļā interjera izpēte) un lasa tās Dziļzemju dialogs biļetens. Viņi izmanto Core tīmekļa vietnes Īpašo biroju kā centrālu ģeofizisko un bibliogrāfisko datu krātuvi.