Внутреннее ядро Земли
-
Внутреннее ядро Земли
- Твердый шар радиусом около 1220 км
- Состоит из железоникелевого сплава
- Температура на поверхности около 5700 К
-
История открытия
- Обнаружено в 1936 году Инге Леманн
- В 1938 году Бено Гутенберг и Чарльз Рихтер уточнили радиус
- В 1940 году выдвинута гипотеза о твердом железе
- В 1952 году Фрэнсис Берч подтвердил кристаллическое железо
-
Источники данных
- Сейсмические волны: PKiKP, PKIKP, PKJKP
- Магнитное поле Земли: влияет на токи во внешнем ядре
- Масса Земли, гравитационное поле, угловая инерция
- Естественные частоты колебаний Земли
-
Физические свойства
- Скорость сейсмических волн: S-волны 3,7-3,5 км/с, P-волны 11,4-11,1 км/с
- Размер: 1221 км, объем 7,6 млрд куб. км
- Форма: сплюснутый эллипсоид вращения
- Давление: 330-360 ГПа, ускорение свободного падения 4,3 м/с2
- Плотность: 13,0-12,8 кг/л, масса 1023 кг
- Температура: 5400-6230 К
- Магнитное поле: 2,5 миллитесл
-
Измерение вязкости внутреннего ядра
- Вязкость внутреннего ядра оценивается в 1018 Па·с, что в секстиллион раз превышает вязкость воды.
- Это может быть объяснением анизотропии, обнаруженной при сейсмических исследованиях.
-
Состав внутреннего ядра
- Внутреннее ядро состоит в основном из железоникелевого сплава.
- В нем также могут присутствовать кремний, кислород или сера.
- По последним оценкам, в ядре содержится до 10% никеля и 2-3% неидентифицированных легких элементов.
-
Структура внутреннего ядра
- Внутреннее ядро может быть монокристаллом железа.
- Анизотропия скорости P-волны составляет от 0,5% до 1,5%.
- Анизотропия может быть вызвана медленным течением или тепловой конвекцией.
-
Несколько слоев внутреннего ядра
- Внутреннее ядро содержит «самое сокровенное внутреннее ядро» (IMIC).
- В 2023 году обнаружены доказательства анизотропно отличающегося внутреннего ядра.
-
Боковое изменение и асимметрия
- Анизотропия материала внутреннего ядра более выражена в восточном полушарии.
- Асимметрия может быть вызвана таянием в восточном полушарии и рекристаллизацией в западном.
-
Рост и динамика внутреннего ядра
- Внутреннее ядро медленно растет по мере охлаждения внешнего ядра.
- Внутреннее ядро влияет на магнитное поле Земли через конвекционные потоки.
- Внутреннее ядро может вращаться быстрее или медленнее мантии.
-
Колебания оси вращения Земли
- Ось вращения Земли колеблется с периодом около 70 лет.
- Эти колебания связаны с геофизическими периодичностями, такими как продолжительность дня и магнитное поле.
-
Влияние гравитационных полей
- Гравитационные поля Солнца и Луны влияют на ось вращения Земли.
- Эти крутящие моменты ощущаются земной корой и мантией.
-
Динамика внутреннего ядра
- Внутреннее ядро Земли слегка колеблется с периодом около 1 дня.
- В прошлом движение жидкости во внешнем ядре входило в резонанс с приливными силами, что могло остановить рост внутреннего ядра.
-
Возраст внутреннего ядра
- Теории о возрасте ядра включают термодинамическое моделирование и анализ палеомагнитных данных.
- Оценки возраста варьируются от 0,5 до 2 миллиардов лет.
-
Термодинамические доказательства
- Моделирование охлаждения Земли основано на минимальном тепловом потоке на границе ядро-мантия.
- В 2001 году возраст внутреннего ядра был оценен в 1±0,5 миллиарда лет.
- В 2012 году электропроводность железа была увеличена, что снизило оценки возраста до менее чем 700 миллионов лет.
- В 2016 году теплопроводность чугуна была измерена, что дало верхнюю границу возраста в 4,2 миллиарда лет.
-
Палеомагнитные свидетельства
- Анализ палеомагнитных данных показывает изменения в магнитном поле Земли.
- В 2011 году геомагнитное поле было ближе к диполю в неоархейский период.
- В 2015 году обнаружено увеличение напряженности магнитного поля около 1,0-1,5 миллиарда лет назад.
- В 2016 году Дрисколл опубликовал численную эволюционную динамо-модель, предсказывающую эволюцию палеомагнитного поля.
- Анализ образцов эдиакарской эпохи подтвердил предсказания Дрисколла.
-
Выводы
- Возраст внутреннего ядра Земли составляет около 0,5 миллиарда лет.
- Новые палеомагнитные данные подтверждают эту гипотезу.