Dünyanın iç çekirdeği - Earth's inner core

Dünyanın iç yapısı

Dünyanın iç çekirdeği , Dünya gezegeninin en içteki jeolojik katmanıdır . Öncelikle bir olduğunu katı top bir ile yarıçap % 20 hakkındadır 1,220 yaklaşık km (760 mil) ait Dünya'nın yarıçapı veya% 70 Ay 'ın yarıçap.

Dünya'nın mantosu için olduğu gibi, doğrudan ölçüm için erişilebilir Dünya'nın çekirdeğinin hiçbir örneği yoktur . Dünya'nın çekirdeği hakkındaki bilgiler çoğunlukla sismik dalgaların ve Dünya'nın manyetik alanının analizinden gelir . İç çekirdeğin, diğer bazı elementlerle birlikte bir demir-nikel alaşımından oluştuğuna inanılmaktadır . İç çekirdeğin yüzeyindeki sıcaklığın yaklaşık 5,700 K (5,430 °C; 9,800 °F) olduğu tahmin ediliyor, bu da Güneş'in yüzeyindeki sıcaklıkla ilgili .

keşif

Dünya'nın, 1936'da, Yeni Zelanda'daki depremlerden sismogramları inceleyerek varlığını ortaya çıkaran Danimarkalı sismolog I. Lehmann tarafından, erimiş dış çekirdeğinden farklı bir katı iç çekirdeğe sahip olduğu keşfedildi . Sismik dalgaların iç çekirdeğin sınırından yansıdığını ve Dünya yüzeyindeki hassas sismograflar tarafından tespit edilebileceğini gözlemledi . İç çekirdek için şu anda kabul edilen 1221 km'lik değerden çok uzak olmayan 1400 km'lik bir yarıçap çıkardı. 1938'de B. Gutenberg ve C. Richter daha kapsamlı bir veri setini analiz ettiler ve dış çekirdeğin kalınlığını iç çekirdeğe dik fakat sürekli 300 km kalınlığında bir geçişle 1950 km olarak tahmin ettiler; iç çekirdek için 1230 ile 1530 km arasında bir yarıçap anlamına gelir.

Birkaç yıl sonra, 1940'ta, bu iç çekirdeğin katı demirden yapıldığı varsayıldı. 1952'de F. Birch mevcut verilerin ayrıntılı bir analizini yayınladı ve iç çekirdeğin muhtemelen kristalin demir olduğu sonucuna vardı.

İç ve dış çekirdekler arasındaki sınıra bazen "Lehmann süreksizliği" denir, ancak adı genellikle başka bir süreksizliği ifade eder . K. Bullen'den sonra "Bullen" veya "Lehmann-Bullen süreksizliği" adı önerilmiştir, ancak kullanımı nadir görünmektedir. İç çekirdeğin sertliği 1971'de doğrulandı.

Dziewoński ve Gilbert , büyük depremlerin neden olduğu Dünya'nın normal titreşim modlarının ölçümlerinin sıvı bir dış çekirdek ile tutarlı olduğunu belirledi . 2005 yılında, iç çekirdekten geçen kesme dalgaları tespit edildi; bu iddialar başlangıçta tartışmalıydı, ancak şimdi kabul görüyor.

Veri kaynakları

Sismik dalgalar

Bilim adamlarının iç çekirdeğin fiziksel özellikleri hakkında sahip oldukları hemen hemen tüm doğrudan ölçümler, içinden geçen sismik dalgalardır. En bilgilendirici dalgalar, Dünya yüzeyinin 30 km veya daha altında (mantonun nispeten daha homojen olduğu) derin depremler tarafından üretilir ve tüm dünyada, yüzeye ulaştıklarında sismograflar tarafından kaydedilir .

Sismik dalgalar, "P" (birincil veya basınç) dalgalarını, katı veya sıvı malzemelerden geçebilen sıkıştırma dalgalarını ve yalnızca katı elastik katılar arasında yayılabilen "S" (ikincil veya kesme) kesme dalgalarını içerir. İki dalganın farklı hızları vardır ve aynı malzemeden geçerken farklı hızlarda sönümlenirler .

"PKiKP" olarak adlandırılan dalgalar özellikle ilgi çekicidir; yüzeye yakın başlayan, manto-çekirdek sınırını geçen, çekirdekten (K) geçen basınç dalgaları (P), iç çekirdek sınırında (i) yansıtılır. sıvı çekirdeği (K) tekrar çaprazlayın, mantoya geri dönün ve yüzeyde basınç dalgaları (P) olarak algılanır. Ayrıca, yüzeyinde (i) yansıtılmak yerine iç çekirdekten (I) geçen "PKIKP" dalgaları da ilgi çekicidir. Bu sinyallerin yorumlanması, kaynaktan dedektöre giden yol düz bir çizgiye yakın olduğunda, yani alıcı, yansıyan PKiKP dalgaları için kaynağın hemen üzerinde ve iletilen PKIKP dalgaları için antipodal olduğunda daha kolaydır .

S dalgaları bu şekilde iç çekirdeğe ulaşamaz veya buradan çıkamazken, P dalgaları iç ve dış çekirdek arasındaki sınıra eğik bir açıyla çarptıkları için S dalgalarına dönüştürülebilir veya bunun tersi de olabilir. "PKJKP" dalgaları, PKIKP dalgalarına benzer, ancak iç çekirdeğe girdiklerinde S dalgalarına dönüştürülür, içinden S dalgaları (J) olarak ilerler ve iç çekirdekten çıktıklarında tekrar P dalgalarına dönüştürülür. Bu fenomen sayesinde iç çekirdeğin S dalgalarını yayabileceği ve bu nedenle katı olması gerektiği bilinmektedir.

Diğer kaynaklar

İç çekirdekle ilgili diğer bilgi kaynakları şunları içerir:

  • Dünyanın manyetik alanı . Çoğunlukla dış çekirdekteki sıvı ve elektrik akımları tarafından üretiliyor gibi görünse de, bu akımlar katı iç çekirdeğin varlığından ve ondan akan ısıdan güçlü bir şekilde etkilenir. (Demirden yapılmış olmasına rağmen, çekirdek son derece yüksek sıcaklığından dolayı görünüşte ferromanyetik değildir .)
  • Dünyanın kütlesi, yerçekimi alanı ve açısal ataleti . Bunların hepsi iç katmanların yoğunluğundan ve boyutlarından etkilenir.
  • Büyük depremler gezegeni bir çan gibi " çaldırdığında ", tüm Dünya salınımlarının doğal salınım frekansları ve modları . Bu salınımlar ayrıca iç katmanların yoğunluğuna, boyutuna ve şekline de büyük ölçüde bağlıdır.

Fiziki ozellikleri

sismik dalga hızı

Çekirdekteki S dalgalarının hızı, merkezde yaklaşık 3,7 km/s'den yüzeyde yaklaşık 3,5 km/s'ye kadar düzgün bir şekilde değişir. Bu, alt kabuktaki S dalgalarının hızından (yaklaşık 4,5 km/s) ve dış çekirdeğin hemen üzerindeki (yaklaşık 7,3 km/sn) derin mantodaki hızın yarısından daha azdır.

Çekirdekteki P dalgalarının hızı da, merkezde yaklaşık 11.4 km/s'den yüzeyde yaklaşık 11.1 km/s'ye kadar, iç çekirdek boyunca düzgün bir şekilde değişir. Daha sonra hız, iç-dış çekirdek sınırında aniden yaklaşık 10.4 km/s'ye düşer.

Büyüklük ve şekil

Sismik verilere dayanarak, iç çekirdeğin yarıçapının yaklaşık 1221 km (2442 km çapında) olduğu tahmin edilmektedir; bu, Dünya yarıçapının yaklaşık %19'u ve Ay'ın yarıçapının %70'i kadardır.

Hacmi, tüm Dünya'nın hacminin yaklaşık 1140'ı (% 0,7) olan yaklaşık 7,6 milyar kübik km'dir ( 7.6 × 10 18 m 3 ) .

Şeklinin , Dünya'nın yüzeyi gibi, basık bir dönüş elipsoidine yakın olduğuna inanılıyor , sadece daha küresel: Yassılaşma f'nin 1400 ile 1416 arasında olduğu tahmin ediliyor ; yani, Dünya ekseni boyunca yarıçapın, ekvatordaki yarıçaptan yaklaşık 3 km daha kısa olduğu tahmin edilmektedir. Karşılaştırıldığında, Dünya'nın bir bütün olarak düzleşmesi 1300'e yakındır ve kutup yarıçapı ekvatordan 21 km daha kısadır.

Basınç ve yerçekimi

Dünyanın iç çekirdeğindeki basınç, dış ve iç çekirdekler arasındaki sınırda olduğundan biraz daha yüksektir: Yaklaşık 330 ila 360 gigapaskal (3.300.000 ila 3.600.000 atm) arasında değişir.

Yerçekimi ivmesi iç çekirdeğin yüzeyinde 4.3 m olduğu hesaplanabilir / s 2 ; bu, Dünya yüzeyindeki değerin yarısından azdır (9.8 m/s 2 ).

Yoğunluk ve kütle

İç çekirdeğin yoğunluğu 13,0 kg / L (= g / cc den sorunsuz değişir inanılmaktadır 3 = t / m 3 yüzeyinde 12.8 yaklaşık kg / L merkezinde). Diğer malzeme özelliklerinde olduğu gibi, yoğunluk o yüzeyde aniden düşer: İç çekirdeğin hemen üzerindeki sıvının, yaklaşık 12.1 kg/L'de önemli ölçüde daha az yoğun olduğuna inanılır. Karşılaştırma için, Dünya'nın üst 100 km'sindeki ortalama yoğunluk yaklaşık 3.4 kg/L'dir.

Bu yoğunluk , tüm Dünya kütlesinin 160'ı (%1.7) olan iç çekirdek için yaklaşık 10 23 kg'lık bir kütle anlamına gelir .

Sıcaklık

İç çekirdeğin sıcaklığı, iç çekirdeğin sınırında demirin altında olduğu basınçta (yaklaşık 330 GPa ) saf olmayan demirin erime sıcaklığından tahmin edilebilir  . Bu değerlendirmelerden yola çıkarak, 2002 yılında D. Alfè ve diğerleri, sıcaklığının 5.400 K (5.100 °C; 9.300 °F) ile 5.700 K (5.400 °C; 9.800 °F) arasında olduğunu tahmin ettiler. Bununla birlikte, 2013 yılında S. Anzellini ve diğerleri, deneysel olarak, demirin erime noktası için 6230 ± 500 K için önemli ölçüde daha yüksek bir sıcaklık elde ettiler.

Demir, yalnızca bu büyüklükteki basınçlarda erime sıcaklığı çarpıcı biçimde arttığı için bu kadar yüksek sıcaklıklarda katı olabilir (bkz. Clausius-Clapeyron ilişkisi ).

Manyetik alan

2010 yılında Bruce Buffett , sıvı dış çekirdekteki ortalama manyetik alanın , yüzeydeki maksimum gücün yaklaşık 40 katı olan yaklaşık 2,5  militeslas (25  gauss ) olduğunu belirledi. Ay ve Güneş'in , tıpkı yüzeydeki okyanuslarda olduğu gibi sıvı dış çekirdekte gelgitlere neden olduğu bilinen gerçeğinden yola çıktı. Sıvının yerel manyetik alan boyunca hareketinin, Ohm yasasına göre enerjiyi ısı olarak dağıtan elektrik akımları yarattığını gözlemledi . Bu dağılma, sırayla, gelgit hareketlerini sönümler ve Dünya'nın nütasyonunda önceden tespit edilen anormallikleri açıklar . İkinci etkinin büyüklüğünden manyetik alanı hesaplayabildi. İç çekirdeğin içindeki alan muhtemelen benzer bir güce sahiptir. Dolaylı olsa da, bu ölçüm, Dünya'nın evrimi veya çekirdeğin bileşimi ile ilgili herhangi bir varsayıma önemli ölçüde bağlı değildir.

viskozite

Sismik dalgalar, çekirdekte katıymış gibi yayılmasına rağmen , ölçümler mükemmel katı bir malzemeyi aşırı viskoz olandan ayırt edemez . Bu nedenle bazı bilim adamları, iç çekirdekte (mantoda var olduğuna inanıldığı gibi) yavaş konveksiyon olup olmadığını düşünmüşlerdir. Bu, sismik çalışmalarda tespit edilen anizotropi için bir açıklama olabilir. 2009'da B. Buffett, iç çekirdeğin viskozitesini 10 18  Pa ·s olarak tahmin etti ; olan bir su sextillion kat viskozite ve bu daha fazla bir milyar kere son .

Kompozisyon

İç çekirdeğin bileşimi hakkında hala doğrudan bir kanıt yoktur. Bununla birlikte, Güneş Sistemi'ndeki çeşitli kimyasal elementlerin göreceli yaygınlığına, gezegen oluşumu teorisine ve Dünya'nın geri kalan hacminin kimyasının dayattığı veya ima ettiği kısıtlamalara dayanarak, iç çekirdeğin esas olarak bir demirden oluştuğuna inanılmaktadır. nikel alaşımı .

Çekirdeğin bilinen basınçlarında ve tahmini sıcaklıklarında, saf demirin katı olabileceği, ancak yoğunluğunun çekirdeğin bilinen yoğunluğunu yaklaşık %3 aşacağı tahmin edilmektedir. Bu sonuç , nikelin muhtemel varlığına ek olarak, çekirdekte silikon , oksijen veya kükürt gibi daha hafif elementlerin varlığını ima eder . Son tahminler (2007), %10'a kadar nikel ve tanımlanamayan daha hafif elementlerin %2-3'üne izin vermektedir.

D. Alfè ve diğerleri tarafından yapılan hesaplamalara göre, sıvı dış çekirdek %8-13 oksijen içerir, ancak demir iç çekirdeği oluşturmak üzere kristalleşirken oksijen çoğunlukla sıvı içinde kalır.

Laboratuvar deneyleri ve sismik dalga hızlarının analizi, iç çekirdeğin özellikle altıgen kapalı paket ( HCP ) yapıya sahip metalin kristal bir formu olan ε-demirden oluştuğunu gösteriyor . Bu yapı hala küçük miktarlarda nikel ve diğer elementlerin dahil edilmesini kabul edebilir.

Ayrıca, iç çekirdek, yüzeyine düşen donmuş parçacıkların çökelmesiyle büyürse, gözenek boşluklarında bir miktar sıvı da tutulabilir. Bu durumda, bu artık sıvının bir kısmı, iç kısmının çoğunda hala küçük bir dereceye kadar kalabilir.

Yapı

Birçok bilim adamı başlangıçta iç çekirdeğin homojen olduğunun bulunmasını beklemişti , çünkü aynı süreç tüm oluşumu boyunca aynı şekilde devam etmeliydi. Dünyanın iç çekirdeğinin tek bir demir kristali olabileceği bile öne sürüldü .

Eksen hizalı anizotropi

1983'te G. Poupinet ve diğerleri, PKIKP dalgalarının (iç çekirdekten geçen P dalgaları) seyahat süresinin, ekvator düzlemindeki düz yollara kıyasla düz kuzey-güney yolları için yaklaşık 2 saniye daha az olduğunu gözlemledi. Dünyanın kutuplardaki düzleşmesi (tüm Dünya için yaklaşık %0.33, iç çekirdek için %0.25) ve kabuk ve üst manto heterojenlikleri hesaba katıldığında bile , bu fark P dalgalarının (geniş bir dalga boyu aralığında ) hareket ettiğini ima ediyordu. iç çekirdekten kuzey-güney yönünde, buna dik yönlere göre yaklaşık %1 daha hızlıdır.

Bu P dalga hızı anizotropisi , daha fazla sismik veri ve tüm Dünya'nın serbest salınımlarının incelenmesi dahil olmak üzere daha sonraki çalışmalarla doğrulandı. Bazı yazarlar fark için %4,8'e kadar daha yüksek değerler talep etmişlerdir; ancak 2017'de D. Frost ve B. Romanowicz, değerin %0,5 ile %1,5 arasında olduğunu doğruladı.

eksenel olmayan anizotropi

Bazı yazarlar, en azından iç çekirdeğin bazı bölgelerinde, N-G eksenine eğik veya dik olan yönlerde P dalga hızının daha hızlı olduğunu iddia etmişlerdir. Bununla birlikte, bu iddialar, D. Frost ve B. Romanowicz tarafından, bunun yerine maksimum hızın yönünün, belirlenebileceği kadar Dünya'nın dönme eksenine yakın olduğunu iddia eden tarafından tartışıldı.

Anizotropinin nedenleri

Laboratuvar verileri ve teorik hesaplamalar , ε-demirin HCP kristallerindeki basınç dalgalarının yayılmasının, bir "hızlı" ve iki eşit derecede "yavaş" eksenle güçlü anizotropik olduğunu göstermektedir. Çekirdekteki kristallerin kuzey-güney doğrultusunda hizalanması tercihi, gözlenen sismik anomaliyi açıklayabilir.

Bu tür kısmi hizalamaya neden olabilecek bir fenomen, iç çekirdeğin içinde, ekvatordan kutuplara doğru ya da tam tersi şekilde yavaş akıştır ("sürünme"). Bu akış, kristallerin kendilerini akışın yönüne göre kısmen yeniden yönlendirmesine neden olur. 1996 yılında, S. Yoshida ve diğerleri, böyle bir akışın, ekvatorda kutup enlemlerine göre daha yüksek donma hızından kaynaklanabileceğini öne sürdüler. Ekvatordan kutba bir akış daha sonra iç çekirdekte kurulur ve yüzeyinin izostatik dengesini geri kazanma eğiliminde olur .

Diğerleri, gerekli akışın iç çekirdek içindeki yavaş termal konveksiyondan kaynaklanabileceğini öne sürdü . T. Yukutake, 1998'de bu tür konvektif hareketlerin olası olmadığını iddia etti. Bununla birlikte, 2009 yılında B. Buffet, iç çekirdeğin viskozitesini tahmin etti ve özellikle çekirdek daha küçük olduğunda böyle bir taşınım olabileceğini buldu.

Öte yandan, 1997'de M. Bergman, anizotropinin, kristalografik eksenleri soğutma ısı akışının yönü ile hizalandığında, demir kristallerinin gözlenen daha hızlı büyüme eğiliminden kaynaklandığını öne sürdü. Bu nedenle, iç çekirdekten çıkan ısı akışının radyal yöne doğru eğilimli olacağını öne sürdü.

1998'de S. Karato, manyetik alandaki değişikliklerin iç çekirdeği zaman içinde yavaşça deforme edebileceğini öne sürdü.

Çoklu katmanlar

2002'de M. Ishii ve A. Dziewoński, katı iç çekirdeğin, etrafındaki kabuktan biraz farklı özelliklere sahip bir "en içteki iç çekirdek" (IMIC) içerdiğine dair kanıtlar sundu. IMIC'in farklılıklarının ve yarıçapının doğası, 2019 itibariyle hala çözülmedi ve ikincisi için 300 km ila 750 km arasında değişen teklifler var.

A. Wang ve X. Song, 2018'de, yaklaşık 500 km yarıçaplı bir "iç iç çekirdek" (IIC), yaklaşık 600 km kalınlığında bir "dış iç çekirdek" (İİT) katmanına sahip üç katmanlı bir model önerdi ve 100 km kalınlığında izotropik bir kabuk. Bu modelde, "daha hızlı P dalgası" yönü, İKT'de Dünya'nın eksenine paralel, ancak IIC'de bu eksene dik olacaktır. Bununla birlikte, iç çekirdekte keskin süreksizliklerin olması gerekmediği, yalnızca derinlik ile özelliklerin kademeli olarak değişmesi gerektiği iddialarıyla sonuca itiraz edilmiştir.

yanal varyasyon

1997'de S. Tanaka ve H. Hamaguchi, sismik verilere dayanarak, iç çekirdek malzemesinin anizotropisinin, N-S yönelimli iken, iç çekirdeğin "doğu" yarım küresinde (yaklaşık 110°C'de) daha belirgin olduğunu iddia ettiler. °E boylamı, kabaca Borneo'nun altında ) "batı" yarımküreden (yaklaşık 70 °W'de, kabaca Kolombiya'nın altında ).

Alboussère ve diğerleri, bu asimetrinin Doğu yarımkürede erime ve Batı yarımkürede yeniden kristalleşmeden kaynaklanabileceğini öne sürdüler. C. Finlay, bu sürecin Dünya'nın manyetik alanındaki asimetriyi açıklayabileceğini tahmin etti.

Bununla birlikte, 2017'de D. Frost ve B. Romanowicz, verilerin yalnızca zayıf bir anizotropi gösterdiğini ve N-G yönündeki hızın ekvatoral yönlere göre yalnızca %0.5 ila %1.5 daha hızlı olduğunu ve hayır E-W değişiminin açık işaretleri.

Diğer yapı

Diğer araştırmacılar, iç çekirdeğin yüzeyinin özelliklerinin 1 km kadar küçük mesafelerde yerden yere değiştiğini iddia ediyor. Bu değişim şaşırtıcıdır çünkü iç çekirdek sınırı boyunca yanal sıcaklık değişimlerinin son derece küçük olduğu bilinmektedir (bu sonuç, manyetik alan gözlemleri tarafından güvenle sınırlandırılmıştır ).

Büyüme

Dünyanın iç çekirdeğinin ve dış çekirdek hareketinin ve ürettiği manyetik alanın şeması.

Dünya'nın iç çekirdeğinin, iç çekirdekle sınırdaki sıvı dış çekirdek, Dünya'nın içinin kademeli olarak soğuması (milyar yılda yaklaşık 100 santigrat derece) nedeniyle soğuyup katılaştıkça yavaş yavaş büyüdüğü düşünülmektedir.

Alfé ve diğerlerinin hesaplamalarına göre, demir iç çekirdek üzerinde kristalleşirken, hemen üzerindeki sıvı oksijence zenginleşir ve bu nedenle dış çekirdeğin geri kalanından daha az yoğun hale gelir. Bu süreç, dış çekirdekte, Dünya'nın manyetik alanını oluşturan akımların ana itici gücü olduğu düşünülen konveksiyon akımları yaratır.

İç çekirdeğin varlığı, dış çekirdekteki sıvının dinamik hareketlerini de etkiler ve bu nedenle manyetik alanın sabitlenmesine yardımcı olabilir.

dinamikler

İç çekirdek katı dünyanın katı manto bağlı olduğundan, bu ihtimal, döner biraz daha hızlı veya yavaş yeryüzünde kalan uzun eğlence edilmiştir daha. 1990'larda, sismologlar, dalgaları bazı yönlerde daha hızlı ilettiği bahsi geçen özelliği kullanarak, iç çekirdekten geçen sismik dalgaların özelliklerindeki değişiklikleri birkaç on yıl boyunca gözlemleyerek bu tür bir süper dönüşü tespit etme konusunda çeşitli iddialarda bulundular. 1996'da X. Song ve P. Richards, mantoya göre iç çekirdeğin bu "süper dönüşünü" yılda yaklaşık bir derece olarak tahmin ettiler. 2005 yılında, onlar ve J. Zhang, "sismik çiftler" kayıtlarını (yıllar arayla, Dünyanın karşı tarafında, aynı yerde meydana gelen aynı deprem istasyonunun kayıtları) karşılaştırdılar ve bu tahmini, kişi başına 0,3 ila 0,5 derece olarak revize ettiler. yıl.

1999'da M. Greff-Lefftz ve H. Legros, okyanus gelgitlerinden sorumlu Güneş ve Ay'ın yerçekimi alanlarının da Dünya'ya torklar uyguladığını , dönme eksenini etkilediğini ve dönme hızının yavaşladığını kaydetti . Bu torklar esas olarak kabuk ve manto tarafından hissedilir, böylece dönme eksenleri ve hızları, sıvının dış çekirdekteki toplam dönüşünden ve iç çekirdeğin dönüşünden farklı olabilir. İç çekirdekteki akımlar ve manyetik alanlar nedeniyle dinamikler karmaşıktır. İç çekirdeğin ekseninin yaklaşık 1 günlük bir süre ile hafifçe sallandığını ( nutatlar ) buluyorlar . Dünyanın evrimi üzerine bazı varsayımlarla, dış çekirdekteki akışkan hareketlerinin geçmişte (3.0, 1.8 ve 0.3 milyar yıl önce) birkaç kez gelgit kuvvetleriyle rezonansa girmiş olacağı sonucuna varıyorlar . Her biri 200-300 milyon yıl süren bu dönemlerde, daha güçlü sıvı hareketlerinin ürettiği ekstra ısı, iç çekirdeğin büyümesini durdurmuş olabilir.

Yaş

Çekirdeğin yaşıyla ilgili teoriler, zorunlu olarak bir bütün olarak Dünya tarihi teorilerinin bir parçasıdır . Bu uzun zamandır tartışılan bir konu olmuştur ve şu anda hala tartışılmaktadır. Dünya'nın katı iç çekirdeğinin, Dünya soğudukça başlangıçta tamamen sıvı olan bir çekirdekten oluştuğuna yaygın olarak inanılmaktadır. Ancak bu sürecin ne zaman başladığına dair hala kesin bir kanıt yok.


Farklı çalışma ve yöntemlerden yaş tahminleri
T = termodinamik modelleme
P = paleomanyetizma analizi
(R) = radyoaktif elementlerle
(N) = onlarsız
Tarih Yazarlar Yaş Yöntem
2001 Labrosse ve ark. 1±0.5 T(N)
2003 labros ~2 T(R)
2011 Smirnova et al. 2–3,5 P
2014 Driscoll ve Bercovici 0.65 T
2015 labros < 0.7 T
2015 Biggin et al. 1–1.5 P
2016 Ohta et al. < 0.7 T
2016 Konôpková et al. < 4.2 T
2019 Bono et al. 0,5 P

İç çekirdeğin yaşını çıkarmak için iki ana yaklaşım kullanılmıştır: Dünya'nın soğumasının termodinamik modellemesi ve paleomanyetik kanıtların analizi . Bu yöntemlerle elde edilen tahminler, hala 0,5 ila 2 milyar yıllık geniş bir aralıkta değişmektedir.

termodinamik kanıt

ST Dye ve R. Arevalo'ya göre iç dünyanın ısı akışı.

İç çekirdeğin yaşını tahmin etmenin yollarından biri, Dünya'nın soğumasını , çekirdek-manto sınırındaki (CMB) ısı akısı için minimum bir değerle sınırlandırılarak modellemektir . Bu tahmin, Dünya'nın manyetik alanının esas olarak çekirdeğin sıvı kısmındaki konveksiyon akımları tarafından tetiklendiği ve bu akımları sürdürmek için minimum bir ısı akışının gerekli olduğu gerçeğine dayanan hakim teoriye dayanmaktadır . Şu anda SPK'daki ısı akısı, Dünya yüzeyinde ölçülen ısı akısı ve ölçülen manto taşınım hızı ile ilgili olduğu için güvenilir bir şekilde tahmin edilebilir .

2001 yılında, S. Labrosse ve diğerleri, çekirdekte radyoaktif element olmadığını varsayarak , iç çekirdeğin yaşı için 1±0.5 milyar yıl olarak bir tahminde bulundular - Dünya'nın ve sıvısının tahmin edilen yaşından oldukça az. çekirdek (yaklaşık 4,5 milyar yıl) 2003 yılında, aynı grup, eğer çekirdek makul miktarda radyoaktif element içeriyorsa, iç çekirdeğin yaşının birkaç yüz milyon yıl daha eski olabileceği sonucuna vardı.

2012 yılında, M. Pozzo ve diğerleri tarafından yapılan teorik hesaplamalar , demir ve diğer varsayımsal çekirdek malzemelerin, orada beklenen yüksek basınç ve sıcaklıklarda elektrik iletkenliğinin , önceki araştırmalarda varsayıldığından iki veya üç kat daha yüksek olduğunu gösterdi. Bu tahminler, 2013 yılında Gomi ve diğerleri tarafından yapılan ölçümlerle doğrulandı. Elektriksel iletkenlik için daha yüksek değerler, termal iletkenlik tahminlerinin 90 W/m·K'ye yükselmesine yol açtı ; bu da yaşıyla ilgili tahminleri 700 milyon yıldan daha eskiye indirdi.

Bununla birlikte, 2016'da Konôpková ve diğerleri, katı demirin iç çekirdek koşullarında termal iletkenliğini doğrudan ölçtüler ve 18–44 W/m·K gibi çok daha düşük bir değer elde ettiler. Bu değerlerle, paleomanyetik kanıtlarla uyumlu iç çekirdeğin yaşı için 4,2 milyar yıllık bir üst sınır elde ettiler.

2014 yılında, Driscoll ve Bercovici , 3 TW radyojenik ısıtmayı başlatarak manto termal felaketi ve yeni çekirdek paradoksu olarak adlandırılan şeyden kaçınan Dünya'nın termal bir tarihini yayınladı .40
K
çekirdekte. Çekirdekteki bu kadar yüksek K bolluğu deneysel bölümleme çalışmaları tarafından desteklenmemektedir, bu nedenle böyle bir termal tarih oldukça tartışmalıdır.

paleomanyetik kanıt

Dünya'nın yaşını tahmin etmenin bir başka yolu , çeşitli zamanlarda oluşan kayalara hapsolmuş olarak Dünya'nın manyetik alanındaki değişiklikleri ("paleomanyetik kayıt") analiz etmektir . Katı iç çekirdeğin varlığı veya yokluğu, çekirdekte manyetik alanda gözle görülür değişikliklere yol açabilecek farklı dinamik süreçlere neden olabilir.

2011'de Smirnov ve diğerleri, Neoarchean (2.8-2.5 milyar yıl önce) ve Proterozoic'te (2.5-0.541 milyar) oluşan büyük bir kaya örneğindeki paleomanyetizma analizini yayınladılar . Onlar jeomanyetik alan yakın bir manyetik o kadar olduğunu tespit dipol Neoarchean sırasında ondan sonra daha. Bu değişikliği, o çağda dinamo etkisinin çekirdeğe daha derinden oturduğunun kanıtı olarak yorumladılar, oysa daha sonraki zamanlarda çekirdek-manto sınırına daha yakın olan akımların önemi arttı. Ayrıca, değişimin 3.5-2.0 milyar yıl önce katı iç çekirdeğin büyümesinden kaynaklanmış olabileceğini düşünüyorlar.

2015'te Biggin ve diğerleri, kapsamlı ve özenle seçilmiş bir Prekambriyen örnekleri setinin analizini yayınladılar ve yaklaşık 1.0-1.5 milyar yıl önce Dünya'nın manyetik alan gücü ve varyansında belirgin bir artış gözlemlediler. Yeterli sağlam ölçümlerin olmaması nedeniyle bu değişiklik daha önce fark edilmemişti. Değişimin, Dünya'nın katı iç çekirdeğinin doğuşundan kaynaklanabileceğini düşünüyorlardı. Yaş tahminlerinden, dış çekirdeğin termal iletkenliği için Dünya'nın termal evriminin daha basit modellerine izin veren oldukça mütevazı bir değer elde ettiler.

2016, P. Driscoll sayısal geçme gelişen dinamo 0,0-2,0 Ga üzerinde paleomağnetik alan evrim detaylı tahmini yapılan modeli. Gelişen dinamo modeli Driscoll ve Bercovici termal geçmişi çözeltisi ile üretilen zamanla değişen bir sınır koşulları tarafından tahrik edilmiş (2014). Gelişen dinamo modeli çok kutuplu olan, önceki 1.7 Ga dinamo bir kesin alanını tahmin ağırlıklı dipolar olması 1,0-1,7 Ga güçlü bir alan, dinamo, 0.6-1.0 Ga bir zayıf alan dinamo olmayan bir eksenel kutuplu olduğu ve ağırlıklı olarak dipolar olan 0.0-0.6 Ga'dan iç çekirdek çekirdeklenmesinden sonra güçlü alan dinamosu.

Bono ve diğerleri tarafından 2019'da yayınlanan Ediacaran döneminden (yaklaşık 565 milyon yıl önce oluşmuş) kaya örneklerinin bir analizi, bu süre zarfında, Driscoll'un tahminlerine destek sağlayan, alışılmadık derecede düşük yoğunluk ve jeomanyetik alan için iki farklı yön ortaya çıkardı ( 2016). O dönemdeki yüksek frekanslı manyetik alan tersine çevrilmesinin diğer kanıtlarını göz önünde bulundurarak , bu anormalliklerin, o zaman 0,5 milyar yaşında olacak olan iç çekirdeğin oluşumunun başlangıcından kaynaklanabileceğini tahmin ediyorlar. A News and Views by P. Driscoll, Bono sonuçlarını izleyen alanın durumunu özetliyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma