Maa tuum

Sajand tagasi teadis teadus vaevalt, et Maal on isegi tuum. Täna on tantaliseeritud tuum ja selle ühendused ülejäänud planeediga. Tõepoolest, me oleme põhiuuringute kuldajastu alguses.

1890. aastateks teadsime, kuidas Maa reageerib Päikese ja Kuu raskusele, et planeedil on tihe tuum, tõenäoliselt raud. Aastal 1906 leidis Richard Dixon Oldham, et maavärinalained liiguvad Maa keskpunkti kaudu palju aeglasemalt kui nad ümbritseva vahevöö kaudu - sest keskpunkt on vedel.

1936. aastal teatas Inge Lehmann, et miski peegeldab tuuma seismilisi laineid. Sai selgeks, et tuum koosneb paksust vedela raua kestast - välimisest tuumast, mille keskel on väiksem tahke sisemine südamik. See on kindel, kuna sellel sügavusel ületab kõrge rõhk kõrge temperatuuri mõju.

2002. aastal avaldasid Miaki Ishii ja Adam Dziewonski Harvardi ülikoolist tõendid umbes 600 kilomeetri pikkuse sisima sisemise südamiku kohta. 2008. aastal pakkusid Xiadong Song ja Xinlei Sun välja umbes 1200 km pikkuse sisemise sisemise tuuma. Nendest ideedest ei saa palju teha, kuni teised tööd kinnitavad.

Ükskõik, mida me õpime, tekitab uusi küsimusi. Vedel raud peab olema Maa geomagnetilise välja - geodünaamika - allikas, kuid kuidas see töötab? Miks geodünaam flipib, vahetab magnetiline põhjas ja lõunas, üle geoloogilise aja? Mis juhtub südamiku ülaosas, kus sulametall kohtub kivise vahevööga? Vastused hakkasid tekkima 1990ndatel.

Meie peamiseks uurimistöö peamiseks tööriistaks on olnud maavärinalained, eriti sellised, mis tulenevad suurtest sündmustest nagu 2004 Sumatra maavärin. Helisevad "tavalised režiimid", mis panevad planeedi pulseerima just selliste liigutustega, nagu näete suures seebimullis, on kasulikud suuremahulise sügavstruktuuri uurimiseks.

Kuid suur probleem on mitmetäpsus—Analüüsi seismilisi tõendeid saab tõlgendada mitmel viisil. Tuuma läbiv laine läbib ka koorikut vähemalt korra ja vahevöö vähemalt kaks korda, seega võib seismogrammi tunnus pärineda mitmest võimalikust kohast. Paljusid erinevaid andmeid tuleb ristkontrollida.

Mitteläheduse barjäär mõnevõrra kaotas, kui hakkasime arvutites sügavat Maad simuleerima realistlikud numbrid ja kui me taasesitasime laboris kõrgeid temperatuure ja rõhku teemant-alasi rakk. Need tööriistad (ja päeva pikkused uuringud) on lasknud meil läbi maakera kihtide liikuda, kuni saame lõpuks tuuma mõelda.

Arvestades, et keskmiselt koosneb kogu Maa samast segust, mida me mujal päikesesüsteemis näeme, peab tuum koos mõne nikliga olema raudmetall. Kuid see on vähem tihe kui puhas raud, nii et umbes 10 protsenti südamikust peab olema midagi kergemat.

Ideed selle kerge koostisosa kohta on arenenud. Väävel ja hapnik on olnud pikka aega kandidaadid ja isegi vesinikku on kaalutud. Viimasel ajal on huvi räni vastu suurenenud, kuna kõrgsurvekatsed ja simulatsioonid näitavad, et see võib lahustuda sula rauas paremini, kui me arvasime. Võib-olla on neist mitu allpool. Mõne konkreetse retsepti väljapakkumiseks on vaja palju leidlikke arutluskäike ja ebakindlaid eeldusi, kuid teema ei ole kõigist oletustest kaugem.

Seismoloogid jätkavad sisemise tuuma sondeerimist. Tuum idapoolkera näib erinevat läänepoolkeral raudkristallide joondamise poolest. Probleemi on raske rünnata, kuna seismilised lained peavad maavärinast, otse Maa keskpunkti kaudu, minema seismograafi. Üritused ja masinad, mis juhtuvad olema õigesti rivistatud, on haruldased. Ja mõju on peen.

1996. aastal kinnitasid Xiadong Song ja Paul Richards ennustust, et sisemine tuum pöörleb pisut kiiremini kui ülejäänud Maa. Geodünaamika magnetjõud näivad olevat vastutavad.

Üle geoloogiline aeg, siis sisemine tuum kasvab kogu Maa jahutamisel. Välimise südamiku ülaosas külmutavad rauakristallid välja ja satuvad sisemisse südamikku. Välimise südamiku põhjas külmub raud rõhu all, võttes suure osa niklist endaga kaasa. Ülejäänud vedel raud on kergem ja tõuseb. Need tõusvad ja langevad liikumised, mis interakteeruvad geomagnetiliste jõududega, segavad kogu välimist südamikku kiirusega umbes 20 kilomeetrit aastas.

Planeedil Merkuur on ka suur raudtuum ja a magnetväli, kuigi palju nõrgem kui Maa oma. Värskeimad teadusuuringud vihjavad, et elavhõbeda tuum on rikas väävli poolest ja sarnane külmumisprotsess raputab seda, langedes "raudlund" ja väävliga rikastatud vedelikku.

Põhiuuringud suurenesid 1996. aastal, kui Gary Glatzmaieri ja Paul Roberti arvutimudelid reprodutseerisid esmakordselt geodünaamika käitumist, sealhulgas spontaanseid pöördumisi. Hollywood andis Glatzmaierile ootamatu publiku, kui ta märulifilmis oma animatsioone kasutas Tuum.

Raymond Jeanlozi, Ho-Kwang (David) Mao ja teiste hiljutised kõrgrõhutööde laboratoorsed tööd on andnud meile vihjeid südamiku vahevöö piiri kohta, kus vedel raud interakteerub silikaatkivimiga. Katsed näitavad, et südamiku- ja vahevöömaterjalid läbivad tugevaid keemilisi reaktsioone. See on piirkond, kust paljud arvavad, et vahevööt pärineb, tõustes sellisteks kohtadeks nagu Havai saarte ahel, Yellowstone, Island ja muud pinnaomadused. Mida rohkem me õpime tuuma kohta, seda lähedasemaks see muutub.

PS: Väike, tihedalt seotud põhispetsialistide rühm kuulub kõik SEDI (Maa sügava sisemuse uuring) rühma ja loeb selle Süvamaa dialoog infoleht. Ja nad kasutavad Core veebisaidi spetsiaalset bürood geofüüsikaliste ja bibliograafiliste andmete keskse hoidlana.