✖


Jump to content

Внешнее ядро ​​Земли

(Перенаправлено из внешнего ядра )
Для более широкого освещения этой темы см. Внутреннюю структуру Земли § Ядра .
Структура Земли и атмосферы

Внешнее ядро ​​Земли представляет собой жидкий слой толщиной около 2260 км (1400 миль), состоящий в основном из железа и никеля Земли , который лежит над твердым внутренним ядром и ниже ее мантии . [1] [2] [3] Внешнее ядро ​​начинается примерно на 2889 км (1795 миль) под поверхностью Земли на границе ядра и мантии и заканчивается на глубине 5150 км (3200 миль) под поверхностью Земли на внутренней границе ядра. [4]

Свойства [ править ]

Внешнее ядро ​​Земли жидкое , в отличие от внутреннего ядра , которое твердое. [5] Доказательства жидкого внешнего ядра включают сейсмологию , которая показывает, что сейсмические поперечные волны не передаются через внешнее ядро. [6] Несмотря на то, что внешнее ядро ​​имеет состав, аналогичный твердому внутреннему ядру Земли, оно остается жидким, поскольку давления недостаточно, чтобы поддерживать его в твердом состоянии.

Сейсмические инверсии объемных волн и нормальных мод ограничивают радиус внешнего ядра 3483 км с неопределенностью 5 км, а внутреннего ядра - 1220 ± 10 км. [7] : 94 

По оценкам, температура внешнего ядра составляет около 3 000–4 500 К (2 700–4 200 ° C; 4 900–7 600 ° F) во внешней области и 4 000–8 000 К (3 700–7 700 ° C; 6 700–14 000 ° F) вблизи внутреннее ядро. [8] Моделирование показало, что внешнее ядро ​​из-за своей высокой температуры представляет собой жидкость с низкой вязкостью конвектирует , которая турбулентно . [8] рассматривает Теория динамо вихревые токи в никель-железной жидкости внешнего ядра как основной источник магнитного поля Земли . Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли оценивается в 2,5 миллитесла , что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. [9] [10]

По мере охлаждения ядра Земли жидкость на внутренней границе ядра замерзает, в результате чего твердое внутреннее ядро ​​растет за счет внешнего ядра примерно со скоростью 1 мм в год. Это примерно 80 000 тонн железа в секунду. [11]

Легкие элементы внешнего ядра Земли [ править ]

Состав [ править ]

Внешнее ядро ​​Земли не может полностью состоять из железа или железо-никелевого сплава , поскольку их плотность выше, чем геофизические измерения плотности внешнего ядра Земли. [12] [13] [14] [15] Фактически, внешнее ядро ​​Земли имеет плотность примерно на 5–10 процентов ниже, чем железо ядра Земли при температуре и давлении . [15] [16] [17] Поэтому было предложено, чтобы легкие элементы с низкими атомными номерами составляли часть внешнего ядра Земли, что является единственным возможным способом снизить ее плотность. [14] [15] [16] Хотя внешнее ядро ​​Земли недоступно для прямого отбора проб, [14] [15] [18] Состав легких элементов может быть существенно ограничен с помощью экспериментов под высоким давлением , расчетов, основанных на сейсмических измерениях, моделях земной аккреции и сравнениях углеродсодержащих хондритов метеоритов с объемной силикатной Землей (BSE) . [12] [14] [15] [16] [18] [19] По последним оценкам, внешнее ядро ​​Земли состоит из железа , а также от 0 до 0,26 процента водорода , 0,2 процента углерода , от 0,8 до 5,3 процента кислорода , от 0 до 4,0 процента кремния , 1,7 процента серы и 5 процентов никеля по весу, температура а граница ядро -мантия и внутренняя граница ядра колеблются от 4137 до 4300 К и от 5400 до 6300 К соответственно. [14]

Ограничения [ править ]

Аккреция [ править ]
Иллюстрация художника того, как могла бы выглядеть Земля в начале своего формирования. На этом изображении Земля выглядит расплавленной, с красными промежутками лавы, разделенными неровными и, казалось бы, остывшими пластинами материала.
Иллюстрация художника того, как могла бы выглядеть Земля в начале своего формирования.

Разнообразие легких элементов, присутствующих во внешнем ядре Земли, частично ограничивается земной аккрецией . [16] А именно, содержащиеся в нем легкие элементы должны были быть в изобилии во время формирования Земли, должны быть способны распадаться на жидкое железо при низких давлениях и не должны улетучиваться и улетучиваться во время аккреционного процесса Земли. [14] [16]

CI хондриты [ править ]

Считается, что хондритические метеориты CI содержат те же планетообразующие элементы в тех же пропорциях , что и в ранней Солнечной системе . [14] поэтому различия между метеоритами CI и BSE могут дать представление о составе легких элементов внешнего ядра Земли. [20] [14] Например, истощение кремния в BSE по сравнению с метеоритами CI может указывать на то, что кремний был поглощен ядром Земли; однако широкий диапазон концентраций кремния во внешнем и внутреннем ядре Земли все еще возможен. [14] [21] [22]

аккреции Земли и истории формирования Последствия для ядра

Более жесткие ограничения на концентрацию легких элементов во внешнем ядре Земли обеспечат лучшее понимание истории аккреции Земли и формирования ядра . [14] [19] [23]

Земли аккреции Последствия для

Модели аккреции Земли можно было бы лучше проверить, если бы у нас были более строгие ограничения на концентрацию легких элементов во внешнем ядре Земли. [14] [23] Например, аккреционные модели, основанные на разделении элементов ядра и мантии, имеют тенденцию поддерживать прото-Земли, построенные из восстановленного, конденсированного и нелетучих материалов. [14] [19] [23] несмотря на возможность того, что окисленный материал из внешней Солнечной системы был аккрецирован к завершению аккреции Земли . [14] [19] Если бы мы могли лучше ограничивать концентрации водорода , кислорода и кремния во внешнем ядре Земли, модели аккреции Земли, соответствующие этим концентрациям, по-видимому, лучше ограничивали бы формирование Земли. [14]

Земли Последствия для формирования ядра

Схема дифференциации Земли. На диаграмме показаны различные слои Земли и то, как плотные материалы движутся к ядру Земли.
Схема дифференциации Земли. Легкие элементы сера, кремний, кислород, углерод и водород могут составлять часть внешнего ядра из-за их обилия и способности при определенных условиях разделяться на жидкое железо.

Истощение сидерофильных элементов в мантии Земли по сравнению с хондритовыми метеоритами объясняется металлосиликатными реакциями во время формирования ядра Земли. [24] Эти реакции зависят от кислорода , кремния и серы . [14] [25] [24] поэтому более строгие ограничения на концентрацию этих элементов во внешнем ядре Земли помогут выяснить условия формирования ядра Земли . [14] [23] [25] [24] [26]

Другой пример: возможное присутствие водорода во внешнем ядре Земли предполагает, что аккреция земной воды [14] [27] [28] не ограничивался заключительными стадиями аккреции Земли. [23] и что вода могла быть поглощена металлами, образующими ядро, через водный океан магмы . [14] [29]

Земли для магнитного Последствия поля

Схема геодинамо и магнитного поля Земли, которое в ранней истории Земли могло быть вызвано кристаллизацией оксида магния, диоксида кремния и оксида железа (II). Конвекция внешнего ядра Земли отображается рядом с линиями магнитного поля.
Схема геодинамо и магнитного поля Земли, которое могло возникнуть в ранней истории Земли в результате кристаллизации оксида магния , диоксида кремния и оксида железа (II) .

Магнитное поле Земли создается тепловой конвекцией , а также химической конвекцией, исключающей легкие элементы из внутреннего ядра, которые всплывают вверх внутри жидкого внешнего ядра, в то время как более плотные элементы тонут. [17] [30] Эта химическая конвекция высвобождает гравитационную энергию , которая затем используется для питания геодинамо , создающего магнитное поле Земли. [30] Эффективность Карно с большими погрешностями предполагает, что композиционная и тепловая конвекция составляют около 80 процентов и 20 процентов соответственно в мощности геодинамо Земли. [30] Традиционно считалось, что до формирования внутреннего ядра Земли геодинамо Земли в основном приводилось в движение тепловой конвекцией. [30] Однако недавние заявления о том, что при температуре теплопроводность железа и давлении ядра намного выше, чем считалось ранее, подразумевают, что охлаждение ядра происходило в основном за счет проводимости, а не конвекции, что ограничивало способность тепловой конвекции приводить в действие геодинамо. [14] [17] Эта загадка известна как новый «основной парадокс». [14] [17] Альтернативный процесс, который мог бы поддерживать геодинамо Земли, требует, чтобы ядро ​​Земли изначально было достаточно горячим, чтобы растворять кислород , магний , кремний и другие легкие элементы. [17] Когда ядро ​​Земли начало охлаждаться, оно стало перенасыщенным этими легкими элементами, которые затем выпадали в нижнюю мантию, образуя оксиды, что приводило к другому варианту химической конвекции. [14] [17]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Внутренности Земли» . Наука и инновации . Нэшнл Географик. 18 января 2017 года. Архивировано из оригинала 6 мая 2017 года . Проверено 14 ноября 2018 г.
  2. ^ Сью, Кэрил (17 августа 2015 г.). Эверс, Джинни (ред.). "Основной" . Национальное географическое общество . Проверено 25 февраля 2022 г.
  3. ^ Чжан, Юджун; Сэкине, Тошимори; Он, Хунлян; Ю, Инь; Лю, Фушенг; Чжан, Минцзянь (15 июля 2014 г.). «Ударное сжатие системы Fe-Ni-Si до 280 ГПа: последствия для состава внешнего ядра Земли» . Письма о геофизических исследованиях . 41 (13): 4554–4559. Бибкод : 2014GeoRL..41.4554Z . дои : 10.1002/2014gl060670 . ISSN   0094-8276 . S2CID   128528504 .
  4. ^ Янг, CJ; Лэй, Т. (1987). «Граница ядра и мантии» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 15 (1): 25–46. Бибкод : 1987AREPS..15...25Y . doi : 10.1146/annurev.ea.15.050187.000325 . ISSN   0084-6597 .
  5. ^ Гутенберг, Бено (2016). Физика недр Земли . Академическая пресса. стр. 101–118. ISBN  978-1-4832-8212-1 .
  6. ^ Джеффрис, Гарольд (1 июня 1926 г.). «Жесткость центрального ядра Земли» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 1 : 371–383. Бибкод : 1926GeoJ....1..371J . дои : 10.1111/j.1365-246X.1926.tb05385.x . ISSN   1365-246X .
  7. ^ Аренс, Томас Дж., изд. (1995). Глобальная физика Земли: справочник физических констант (3-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз . ISBN  9780875908519 .
  8. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Де Вейс, Жиль А.; Крессе, Георг; Вокадло, Лидунка; Добсон, Дэвид; Альфе, Дарио; Гиллан, Майкл Дж.; Прайс, Джеффри Д. (1998). «Вязкость жидкого железа в физических условиях ядра Земли» (PDF) . Природа . 392 (6678): 805. Бибкод : 1998Natur.392..805D . дои : 10.1038/33905 . S2CID   205003051 .
  9. ^ Штатный автор (17 декабря 2010 г.). «Первое измерение магнитного поля внутри ядра Земли» . Наука 2.0 . Проверено 14 ноября 2018 г.
  10. ^ Баффет, Брюс А. (2010). «Приливная диссипация и сила внутреннего магнитного поля Земли». Природа . 468 (7326): 952–4. Бибкод : 2010Natur.468..952B . дои : 10.1038/nature09643 . ПМИД   21164483 . S2CID   4431270 .
  11. ^ Вассель, Лорен; Ирвинг, Джессика; Взносы, Арвен (2011). «Согласование полусферической структуры внутреннего ядра Земли с ее сверхвращением». Природа Геонауки . 4 (4): 264–267. Бибкод : 2011NatGe...4..264W . дои : 10.1038/ngeo1083 .
  12. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Берч, Фрэнсис (1952). «Упругость и строение недр Земли» . Журнал геофизических исследований . 57 (2): 227–286. Бибкод : 1952JGR....57..227B . дои : 10.1029/JZ057i002p00227 .
  13. ^ Берч, Фрэнсис (15 октября 1964 г.). «Плотность и состав мантии и ядра» . Журнал геофизических исследований . 69 (20): 4377–4388. Бибкод : 1964JGR....69.4377B . дои : 10.1029/JZ069i020p04377 .
  14. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в Хиросе, Кей; Вуд, Бернард; Вочадло, Лидунка (2021). «Легкие элементы в ядре Земли» . Обзоры природы Земля и окружающая среда . 2 (9): 645–658. дои : 10.1038/s43017-021-00203-6 . ISSN   2662-138X . S2CID   237272150 .
  15. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Вуд, Бернард Дж.; Уолтер, Майкл Дж.; Уэйд, Джонатан (2006). «Аккреция Земли и выделение ее ядра» . Природа . 441 (7095): 825–833. Бибкод : 2006Natur.441..825W . дои : 10.1038/nature04763 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   16778882 . S2CID   8942975 .
  16. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Пуарье, Жан-Поль (1 сентября 1994 г.). «Легкие элементы во внешнем ядре Земли: критический обзор» . Физика Земли и недр планет . 85 (3): 319–337. Бибкод : 1994PEPI...85..319P . дои : 10.1016/0031-9201(94)90120-1 . ISSN   0031-9201 .
  17. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Миттал, Тушар; Кнежек, Николас; Арвесон, Сара М.; Макгуайр, Крис П.; Уильямс, Кертис Д.; Джонс, Тимоти Д.; Ли, Цзе (15 февраля 2020 г.). «Осадки множества легких элементов для питания раннего динамо Земли» . Письма о Земле и планетологии . 532 : 116030. Бибкод : 2020E&PSL.53216030M . дои : 10.1016/j.epsl.2019.116030 . ISSN   0012-821X . S2CID   213919815 .
  18. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Чжан, Юджун; Сэкине, Тосимори; Он, Хунлян; Ю, Инь; Лю, Фушенг; Чжан, Минцзянь (2 марта 2016 г.). «Экспериментальные ограничения легких элементов во внешнем ядре Земли» . Научные отчеты . 6 (1): 22473. Бибкод : 2016NatSR...622473Z . дои : 10.1038/srep22473 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   4773879 . ПМИД   26932596 .
  19. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Суер, Терри-Энн; Зиберт, Жюльен; Ремюза, Лоран; Менги, Николас; Фике, Гийом (01 июля 2017 г.). «Земное ядро ​​с низким содержанием серы, полученное на основе экспериментов по разделению металлов и силикатов» . Письма о Земле и планетологии . 469 : 84–97. Бибкод : 2017E&PSL.469...84S . дои : 10.1016/j.epsl.2017.04.016 . ISSN   0012-821X .
  20. ^ Чжан, Юджун; Сэкине, Тошимори; Он, Хунлян; Ю, Инь; Лю, Фушенг; Чжан, Минцзянь (15 июля 2014 г.). «Ударное сжатие системы Fe-Ni-Si до 280 ГПа: последствия для состава внешнего ядра Земли» . Письма о геофизических исследованиях . 41 (13): 4554–4559. Бибкод : 2014GeoRL..41.4554Z . дои : 10.1002/2014gl060670 . ISSN   0094-8276 . S2CID   128528504 .
  21. ^ Георг, Р. Бастиан; Холлидей, Алекс Н.; Шойбле, Эдвин А.; Рейнольдс, Бен С. (2007). «Кремний в ядре Земли» . Природа . 447 (7148): 1102–1106. Бибкод : 2007Natur.447.1102G . дои : 10.1038/nature05927 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   17597757 . S2CID   1892924 .
  22. ^ Дауфас, Николя; Пуатрассон, Франк; Буркхардт, Кристоф; Кобаяши, Хироши; Куросава, Косуке (01 октября 2015 г.). «Планетарные и метеоритные вариации Mg/Si и δ30Si, унаследованные от химии солнечной туманности» . Письма о Земле и планетологии . 427 : 236–248. arXiv : 1507.02922 . Бибкод : 2015E&PSL.427..236D . дои : 10.1016/j.epsl.2015.07.008 . ISSN   0012-821X . S2CID   20744455 .
  23. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Руби, округ Колумбия; Джейкобсон, ЮАР; Морбиделли, А.; О'Брайен, ДП; Янг, ЭД; де Врис, Дж.; Ниммо, Ф.; Пальме, Х.; Фрост, диджей (01 марта 2015 г.). «Аккреция и дифференциация планет земной группы с последствиями для состава ранних тел Солнечной системы и аккреции воды» . Икар . 248 : 89–108. arXiv : 1410.3509 . Бибкод : 2015Icar..248...89R . дои : 10.1016/j.icarus.2014.10.015 . ISSN   0019-1035 . S2CID   37592339 .
  24. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Бадро, Джеймс; Бродхолт, Джон П.; Пит, Элен; Зиберт, Жюльен; Райерсон, Фредерик Дж. (6 октября 2015 г.). «Формирование керна и состав керна в зависимости от геохимических и геофизических ограничений» . Труды Национальной академии наук . 112 (40): 12310–12314. Бибкод : 2015PNAS..11212310B . дои : 10.1073/pnas.1505672112 . ISSN   0027-8424 . ПМК   4603515 . ПМИД   26392555 .
  25. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Фишер, Ребекка А.; Накадзима, Ёичи; Кэмпбелл, Эндрю Дж.; Фрост, Дэниел Дж .; Харрис, Деннис; Лангенхорст, Фалько; Миядзима, Нобуёси; Поллок, Килиан; Руби, Дэвид К. (15 октября 2015 г.). «Металло-силикатное разделение под высоким давлением Ni, Co, V, Cr, Si и O» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 167 : 177–194. Бибкод : 2015GeCoA.167..177F . дои : 10.1016/j.gca.2015.06.026 . ISSN   0016-7037 .
  26. ^ Уэйд, Дж.; Вуд, Би Джей (30 июля 2005 г.). «Формирование ядра и степень окисления Земли» . Письма о Земле и планетологии . 236 (1): 78–95. Бибкод : 2005E&PSL.236...78W . дои : 10.1016/j.epsl.2005.05.017 . ISSN   0012-821X .
  27. ^ Сато, Такао; Окузуми, Сатоши; Ида, Сигэру (01 мая 2016 г.). «О доставке воды к наземным зародышам путем нарастания ледяной гальки» . Астрономия и астрофизика . 589 : А15. arXiv : 1512.02414 . Бибкод : 2016A&A...589A..15S . дои : 10.1051/0004-6361/201527069 . ISSN   0004-6361 . S2CID   55107839 .
  28. ^ Раймонд, Шон Н.; Куинн, Томас; Лунин, Джонатан И. (1 февраля 2007 г.). «Моделирование окончательной сборки планет земного типа в высоком разрешении. 2. Доставка воды и обитаемость планет» . Астробиология . 7 (1): 66–84. arXiv : astro-ph/0510285 . Бибкод : 2007AsBio...7...66R . дои : 10.1089/ast.2006.06-0126 . ISSN   1531-1074 . ПМИД   17407404 . S2CID   10257401 .
  29. ^ Тагава, Шо; Сакамото, Наоя; Хиросе, Кей; Ёко, Шунпей; Хернлунд, Джон; Охиши, Ясуо; Юримото, Хисаёси (11 мая 2021 г.). «Экспериментальные доказательства включения водорода в ядро ​​Земли» . Природные коммуникации . 12 (1): 2588. Бибкод : 2021NatCo..12.2588T . дои : 10.1038/s41467-021-22035-0 . ISSN   2041-1723 . ПМЦ   8113257 . ПМИД   33976113 .
  30. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Баффет, Брюс А. (16 июня 2000 г.). «Ядро Земли и Геодинамо» . Наука . 288 (5473): 2007–2012. Бибкод : 2000Sci...288.2007B . дои : 10.1126/science.288.5473.2007 . ПМИД   10856207 .

Внешние ссылки [ править ]

В Викибуке по исторической геологии есть страница на тему: Строение Земли.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Earth%27s_outer_core&oldid=1226801267"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: eb7aff7270ea6ea4eacc607a31788b89__1717270020
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/eb/89/eb7aff7270ea6ea4eacc607a31788b89.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Earth's outer core - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)