Solidny żelazny rdzeń wewnętrzny Ziemi rośnie szybciej niż druga strona

Nowe badania pokazują, że solidne żelazne jądro wewnętrzne Ziemi rośnie szybciej niż druga strona od ponad 500 milionów lat.

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

Grawitacja równomiernie rozłożyła nową narośl, składającą się z kryształów żelaza, które tworzą się, gdy stopione żelazo zaczyna stygnąć, zachowując kulisty rdzeń wewnętrzny.

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 . .

Naukowcy twierdzą, że odkrycie pomogło im „ustanowić dość luźną granicę” na wiek jądra wewnętrznego, który wynosi od pół miliarda do 1,5 miliarda lat.

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 rdzenia wewnętrznego” – powiedziała współautorka badania Barbara Romanovich.

„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 naukowca 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 pokazująca 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 – wewnętrzny rdzeń jest asymetryczny” – powiedział Frost.

Zachodnia strona wygląda inaczej niż wschodnia aż do centrum, a nie tylko na górze wewnętrznego rdzenia, 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” – powiedział Romanovich.

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 .

READ  Stwierdzono, że autoprzeciwciała wywołują u myszy zachowania podobne do schizofrenii

Podglebie składa się z warstw jak cebula. Stałe wewnętrzne jądro z żelaza i niklu ma promień 745 mil, czyli około trzech czwartych wielkości Księżyca i jest otoczone płynnym zewnętrznym jądrem ze stopionego żelaza i niklu o grubości około 1500 mil.

Zewnętrzne jądro otoczone jest warstwą gorącej skały o grubości 1800 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)

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 250 mil.

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 rdzenia wewnętrznego.

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

Model informuje również geologów, jak lepki jest rdzeń wewnętrzny lub płyn.

„Sugerujemy, że lepkość jądra wewnętrznego jest stosunkowo duża” – powiedział Romanovich.

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

Wyniki zostaną zaprezentowane w czasopiśmie Nature Geoscience.