В ядре Земли обнаружена загадочная новая структура

Структура земной шар вероятно, сегодня почти так же хорошо известен широкой публике, как и структура Солнечная система но как геофизики смогли это определить? Получается, что если астрономы и астрофизики устроили световые волны, чтобы впервые открыть Систему мира своими глаза затем в очках и телескопы, то геологи и у геофизиков тоже есть свои инструменты, сейсмометры.

Их свет для них они сейсмические волны и чтобы понять, в чем дело, мы должны вернуться к теории волн в материальной среде, управляемой знаменитым уравнения из Навье-Стокса. Они не только применимы к жидкостям, они также позволяют нам понять деформации и поведение упругих твердых сред, таких как горные породы, внутри Земли.

Легко показать, что они подразумевают существование двух основных типов волн: волн сжатия и поперечных волн. Первые, аналоги звуковые волны, результат сжатия и расширение горных пород вдоль направления распространения этих волн. Секунды являются аналогами волны на поверхности воды и соответствуют движения боковые твердые тела вдоль направления распространения. Следовательно, эти волны не имеют одинаковых характеристик, и их скорости распространение, помимо зависимости от состава и состояния горных пород, через которые они проходят, не одинаковы.

От ядра к семени Земли

Для сейсмологи, волны сжатия от землетрясение являются первыми в своих сейсмометрах, и их называли P-волнами со времен работы британского геолога и геофизика. Ричард Диксон Олдхэм. Затем прибывают более медленные поперечные волны, называемые S. Анализируя сейсмологические данные, собранные на планете, Олдхэм наблюдал в начале XX века.^е века, что S-волны никогда не регистрируются полюсами, кроме землетрясения. Поскольку можно использовать моделигеометрическая оптика Чтобы описать распространение этих волн внутри Земли, землетрясение можно рассматривать как фонарик, освещающий глубины нашей планеты. Следовательно, это как если бы лучи S-волн не проходили через центр Земли. Объяснение этого странного явления, предложенное в 1906 году Олдхэмом, связано с разрывом во внутреннем составе Земли, то есть фактически существованием ядра, которое, как мы знаем сегодня, состоит из утюг и из никель, как и метеориты называется сидерит и считались фрагментами распавшихся протопланет.

Но в то время он был папой теоретической геофизики, Гарольд Джеффрис, кто поймет в 1926 году, что, поскольку S-волны не могут пересекать среду жидкость, можно было сделать вывод, что жидкое ядро ​​внутри Земли.

В 1936 году, в частности, изучая данные землетрясения в Новой Зеландии в 1929 году, датские Инге Леманн отмечает еще одно любопытное явление, влияющее на лучи, связанные с P-волнами, которые не приходят, как ожидалось, по обе стороны от антиподов очагов землетрясений. Его решение проблемы, подкрепленное расчетами, блестящее. Это показывает, что регион твердый внутри ядра преломляет P-волны таким образом, чтобы это объяснялось наблюдениями. Спустя несколько лет все теноры сейсмология того времени, в частности Бено Гутенберг и Гарольд Джеффрис, убеждены в правильности идеи Лемана и характеристик сейсмические волны докажет, что соответствует сплав железо-никель на высоких давление учился в лаборатории.

Кристаллизация ядра в два этапа?

Но, как Футура уже объяснил в предыдущей статье ниже, история не закончена, и она возобновилась, потому что в течение некоторого времени более подробный анализ сейсмических данных оставил геофизиков в недоумении, которые считают, что они все еще могут различить другую структуру, более глубоко похороненную в ней. семя Земли.

Это то, что только что с большей силой подтвердила группа геофизиков изАвстралийский национальный университет (ANU) с публикацией в JGR: Твердая Земля.

В заявлении ANU по этому поводу ведущий автор исследования, докторант Джоан Стефенсон поясняет: « Традиционно нас учили, что Земля состоит из четырех основных слоев: корка, то Пальто, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро. Идея создания еще одного отдельного слоя была предложена около 20 лет назад, но данные были неясными. Мы обошли эту проблему, используя очень умный алгоритм поиска для перебора тысяч внутренних базовых моделей. Это очень интересно – и это может означать, что нам придется переписать руководства! “

Исследователь добавляет: « Мы нашли ключи, которые могут указывать на изменение структуры железа, возможно, предполагая два отдельных события похолодания в истории Земли. Детали этого великого события все еще немного загадочны, но мы добавили еще один кусочек к загадке наших знаний о внутреннем ядре Земли. “

Мы не очень хорошо знаем, как и особенно когда зародыш Земли начал формироваться путем кристаллизации, освобождениеэнергия используется для поддержания своего геодинамо.

Действительно ли зерно ядра Земли твердое?

Статья автора Лоран Сакко опубликовано 25.06.2007

В Ядро Земли обычно описывается как двойная структура, состоящая из сплава железа и никеля со следами других элементов, таких как сера. Верхнее жидкое ядро ​​перемешивается движениями конвекция турбулентный, в основе магнитное поле земли, и твердый зародыш, постепенный рост которого путем кристаллизации предыдущего сплава обеспечил бы энергию, необходимую для конвекционных движений верхнего зародыша. Проблема заключалась в том, что согласно измерениям сейсмических волн, прошедших через затравку, в некоторых аспектах она вела себя как твердый кристалл, а в других – как жидкость. Группа российских и шведских исследователей только что решила эту загадку с помощью компьютерного моделирования, их работа опубликована в Наука.

Разрыв фазы в ядре известен давно, и все студенты геология и геофизики знают, что в зависимости от минералогического состава и состояния физический В горных породах разные типы сейсмических волн могут распространяться или не распространяться и с разными скоростями. Фактически, сейсмические волны состоят в основном из волн двух типов: P-волны, которые проходят через жидкости и твердые тела, и S-волны, которые проходят только через твердые тела. Сейсмические станции, расположенные на антиподах землетрясения, с трудом регистрируют волну S. Это означает, как понимали геофизики Гарольд Джеффрис и особенно Инге Леман, что внутри Земли должно быть жидкое ядро.

Детальное изучение пропорций P- и S-волн показало, что ядро ​​не может быть полностью жидким и что твердый компонент, называемый затравкой, также должен существовать. Проблема заключалась в том, что скорость распространения волн в этой части, казалось, скорее указывала на жидкое состояние. Таким образом, этот парадокс сохранялся долгое время, пока Анатолий Белоношко и его коллеги из Королевский технологический институт Стохгольма, решили использовать мощность современных суперкомпьютеров для моделирования поведения набораатомы железа-никеля в условиях температуры и давления, преобладающих в затравке. Эти условия весьма необычны, потому что температура только в центре Земли могла бы достичь 6000 К, или температуры поверхности Земли. солнце.

Методы, известные как молекулярная динамика, динамика решетки и Монте-Карло, позволяют моделировать поведение твердых тел и жидкостей в условиях давления и температуры с небольшими затратами. крайний, и это как раз первый численный метод, применявшийся в Центр параллельных компьютеров (PDC) из Королевский технологический институт из Стокгольма и Национальный суперкомпьютерный центр (НСК) из Линчёпинга.

Конечным результатом было то, что сплав фактически потерял свою жесткость и подошли к поведению окружающей среды гранулированный как песок. Парадокс разрешился, потому что мы больше не имели дела с материал состоящий из монокристалла, а скорее из поликристаллического твердого тела с множеством дефектов. Следовательно, атомы больше не были так жестко закреплены относительно друг друга, как в том же сплаве в условиях более низких температур и давлений. экзотика.