Nowe badania pokazują, że od ponad 500 milionów lat żelazne jądro wewnętrzne Ziemi rośnie szybciej pod Indonezją niż z drugiej strony planety.

W Indonezji pod Morzem Banda rośnie szybciej niż w Brazylii, twierdzą sejsmolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, którzy badali to zjawisko, ale ten nierównomierny wzorzec wzrostu nie zachwiał równowagi jądra.

Grawitacja równomiernie rozłożyła nową narośl, składającą się z kryształów żelaza, które tworzą się, gdy stopione żelazo zaczyna stygnąć, zachowując kuliste jądro wewnętrzne.

Zespół powiedział, że chociaż nie powoduje to niezrównoważenia jądra, nierównomierne tempo wzrostu sugeruje, że coś w zewnętrznym jądrze w Indonezji pochłania ciepło z wewnętrznego jądra w szybszym tempie niż w Brazylii po drugiej stronie planety.

Naukowcy twierdzą, że odkrycie pomogło im „ustanowić dość luźną granicę” na wiek jądra wewnętrznego, który wynosi od 0.5 do 1.5 miliarda lat.

Wycięcie na powyższym zdjęciu pokazuje, że stałe jądro wewnętrzne (czerwony) rośnie powoli poprzez zamrożenie zewnętrznego jądra ciekłego żelaza (pomarańczowy). Fale sejsmiczne przemieszczają się szybciej przez wewnętrzne jądro Ziemi między biegunami północnym i południowym (niebieskie strzałki) niż przez równik (zielona strzałka)

 

Cztery warstwy planety Ziemi

Płyty: Do głębokości 70 km jest to najbardziej zewnętrzna warstwa Ziemi, obejmująca oceany i obszary lądowe.

Płaszcz: Do 2890 km z dolnym płaszczem jest to najgrubsza warstwa na świecie i jest zbudowana ze skał krzemianowych bogatszych w żelazo i magnez niż górna skorupa.

Jądro zewnętrzne: Obszar ten rozciąga się od 2890 do 5150 km głębokości i jest wykonany z ciekłego żelaza i niklu z lżejszymi elementami.

Jądro wewnętrzne: Kiedy schodzimy na głębokość 6370 km w centrum planety, uważa się, że region ten jest wykonany z żelaza i stali niklowej.

Te ograniczenia dotyczące wieku twardego jądra Ziemi mogą pomóc naukowcom dowiedzieć się więcej o polu magnetycznym, które chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym.

„Może to pomóc w debacie o tym, w jaki sposób pole magnetyczne zostało utworzone przed pojawieniem się stałego jądra wewnętrznego” – powiedziała współautorka badania profesor Barbara Romanowicz.

„Wiemy, że pole magnetyczne istniało już około 3 miliardy lat temu, więc inne procesy musiały wówczas napędzać konwekcję w jądrze zewnętrznym”.

Młody wiek jądra wewnętrznego, na początku historii Ziemi, może oznaczać, że wrzące ciepło płynnego jądra pochodziło od lekkich pierwiastków odszczepiających się od żelaza, a nie od krystalizacji żelaza, którą obserwujemy dzisiaj.

„Kontrowersje dotyczące wieku jądra wewnętrznego trwają od dłuższego czasu” – powiedział Daniel Frost, asystent projektu.

Złożoność polega na tym, że jeśli wewnętrzne jądro mogło istnieć tylko przez 1,5 miliarda lat, na podstawie tego, co wiemy o tym, jak traci ciepło i jak bardzo się nagrzewa, skąd pochodzi najstarsze pole magnetyczne?

„Stąd pomysł na rozmrożone lekkie elementy, które następnie zamarzają”.

Frost wyjaśnia, że ​​asymetryczny wzrost jądra wewnętrznego, który rośnie w różnym tempie po każdej stronie planety, wyjaśnia tajemnicę sprzed trzech dekad.

Zagadką jest to, że skrystalizowane żelazo w jądrze wydaje się z większym prawdopodobieństwem być ustawione na zachód niż na wschód od osi obrotu Ziemi.

Mapa pokazuje sejsmometry (trójkąty), które naukowcy zmierzyli fale sejsmiczne z trzęsień ziemi (kręgów) w celu zbadania wewnętrznego jądra Ziemi

Zespół twierdzi, że naukowcy oczekują, że kryształy będą zorientowane losowo, a nie faworyzują jednej strony planety nad drugą.

Próbując wyjaśnić obserwacje, stworzyli komputerowy model wzrostu kryształów w jądrze wewnętrznym.

Ich model obejmował wzrost geodynamiczny, sposób, w jaki materiały na Ziemi odkształcają się i formują, oraz mineralofizykę żelaza pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze.

„Najprostszy model wydaje się niezwykły – wewnętrzne jądro jest asymetryczne” – powiedział Frost.

Zachodnia strona wygląda inaczej niż wschodnia aż do centrum, a nie tylko na górze wewnętrznego jądra, jak niektórzy sugerowali. Jedynym sposobem, w jaki możemy to wyjaśnić, jest to, że jedna strona rośnie szybciej niż druga.

Model opisuje, w jaki sposób asymetryczny wzrost – około 60 procent wyższy na wschodzie niż na zachodzie – może preferencyjnie orientować kryształy żelaza wzdłuż osi obrotu, z większym wyrównaniem na zachodzie niż na wschodzie.

„W tym artykule proponujemy nierównowagowy model konwekcji ciała stałego w wewnętrznym jądrze, który godzi obserwacje sejsmiczne z prawdopodobnymi geodynamicznymi warunkami brzegowymi” – powiedziała Romanowicz.

Zespół powiedział, że chociaż nie powoduje to niezrównoważenia jądra, nierównomierne tempo wzrostu sugeruje, że coś w zewnętrznym jądrze w Indonezji usuwa ciepło z wewnętrznego jądra w szybszym tempie niż w Brazylii po drugiej stronie planety .

Podglebie składa się z warstw jak cebula. Stałe wewnętrzne jądro z żelaza i niklu ma promień 1190 km, czyli około trzech czwartych wielkości Księżyca i jest otoczone płynnym zewnętrznym jądrem ze stopionego żelaza i niklu o grubości około 2400 km.

Zewnętrzne jądro otoczone jest warstwą gorącej skały o grubości 2880 mil i pokrytej cienką, zimną skorupą skalną na powierzchni.

Konwekcja zachodzi zarówno w jądrze zewnętrznym, które powoli wrze, gdy ciepło skrystalizowanego żelaza ucieka z jądra wewnętrznego, jak iw płaszczu, gdzie gorętsze skały poruszają się w górę, przenosząc to ciepło z centrum planety na powierzchnię.

Nowy model dla sejsmologów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley sugeruje, że wewnętrzne jądro Ziemi rośnie szybciej po wschodniej stronie (po lewej) niż po zachodniej. Grawitacja neutralizuje asymetryczny wzrost, popychając kryształy żelaza w kierunku bieguna północnego i południowego (strzałki)

 

Czym jest pole magnetyczne Ziemi i jak nas chroni?

Pole magnetyczne Ziemi to warstwa ładunku elektrycznego, która otacza naszą planetę.

Pole to chroni życie na naszej planecie, ponieważ odbija naładowane cząstki wystrzelone ze słońca, znane jako „wiatr słoneczny”.

Bez tej warstwy ochronnej cząsteczki te prawdopodobnie zdarłyby warstwę ozonową, która jest naszą jedyną linią obrony przed szkodliwym promieniowaniem UV.

Naukowcy uważają, że za powstawanie pola magnetycznego odpowiada jądro Ziemi.

Kiedy stopione żelazo ucieka do zewnętrznego jądra Ziemi, tworzy prądy konwekcyjne.

Prądy te generują prądy elektryczne, które wytwarzają pole magnetyczne w naturalnym procesie zwanym geodynamo.

Silny ruch wrzenia jądra zewnętrznego wytwarza pole magnetyczne Ziemi.

Zgodnie z modelem komputerowym Frosta, w miarę wzrostu kryształów żelaza grawitacja redystrybuuje przerost w kierunku wschód-zachód w wewnętrznym jądrze.

Odkryli, że ruch kryształów w wewnętrznym jądrze, w pobliżu temperatury topnienia żelaza, wyrównuje sieć krystaliczną z osią obrotu Ziemi — prowadząc bardziej na zachód niż na wschód.

Model poprawnie przewiduje nowe obserwacje naukowców dotyczące czasów fal sejsmicznych przemieszczających się przez jądro wewnętrzne.

Anizotropia, czyli różnica czasów przemieszczania się równoległych i prostopadłych do osi obrotu, wzrasta wraz z głębokością.

Najsilniejszy kontrast odpowiada zachodniemu kierunkowi osi obrotu Ziemi o około 400 km.

Model wzrostu jądra wewnętrznego określa również limity dla stosunku niklu do żelaza w centrum Ziemi, powiedział Frost.

Jego model nie odtwarza dokładnie obserwacji sejsmicznych, chyba że nikiel stanowi od czterech do ośmiu procent jądra wewnętrznego.

Jest to bliski procentowi metalicznych meteorytów, które kiedyś były jądrem planet karłowatych w naszym Układzie Słonecznym.

Model informuje również geologów, jak lepkie jest jądro wewnętrzne.

„Sugerujemy, że lepkość jądra wewnętrznego jest stosunkowo duża” – powiedziała Romanowicz.

Jest to „parametr wejściowy interesujący geodynamików, którzy badają procesy dynamo w zewnętrznym jądrze”.

Wyniki zostaną zaprezentowane w czasopiśmie Nature Geoscience.

 

Ciekłe żelazne jądro Ziemi wytwarza pole magnetyczne

Uważa się, że pole magnetyczne naszej planety generowane jest w głębi jądra Ziemi.

Nikt nigdy nie odbył podróży do środka Ziemi, ale badając fale uderzeniowe z trzęsień ziemi, fizycy byli w stanie określić ich możliwą strukturę.

W sercu Ziemi znajduje się solidne jądro wewnętrzne, wielkości dwóch trzecich Księżyca, wykonane głównie z żelaza.

W temperaturze 5700°C to żelazo jest tak gorące jak powierzchnia Słońca, ale miażdżące ciśnienie grawitacyjne uniemożliwia mu przekształcenie się w ciecz.

Jądro zewnętrzne otoczone jest warstwą żelaza, niklu i niewielkich ilości innych metali o grubości 2000 km.

Metal tutaj jest płynny, ze względu na ciśnienie niższe niż w jądrze wewnętrznym.

Różnice w temperaturze, ciśnieniu i składzie w jądrze zewnętrznym powodują powstawanie prądów konwekcyjnych w stopionym metalu, gdy gęsty, zimny materiał opada, a ciepły materiał unosi się.

Siła Coriolisa spowodowana ruchem obrotowym Ziemi również powoduje powstawanie wirów.

Ten przepływ ciekłego żelaza generuje prądy elektryczne, które z kolei wytwarzają pola magnetyczne.

Naładowane metale przechodzące przez te pola nadal tworzą własne prądy elektryczne, a zatem cykl trwa.

Ta samopodtrzymująca się pętla znana jest jako geodynamo.

Spirala w górę spowodowana siłą Coriolisa oznacza, że ​​oddzielne pola magnetyczne układają się mniej więcej w tym samym kierunku, a ich połączony efekt wytwarza pojedyncze, szerokie pole magnetyczne, które otacza planetę.

 

 

Źródło: Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley
1 1 vote
Article Rating