研究人員窺視地球內(nèi)核：數(shù)據(jù)顯示固體金屬球是“有紋理的” _地球

研究人員窺視地球內(nèi)核：數(shù)據(jù)顯示固體金屬球是“有紋理的” 。信用:Pixabay/CC0公共領(lǐng)域
據(jù)猶他大學(xué)：地球的中心是一個(gè)實(shí)心的金屬球，是一種“行星中的行星”，它的存在使地表上的生命成為可能，至少就我們所知。
隨著時(shí)間的推移，地球內(nèi)核是如何形成、增長和演化的仍然是一個(gè)謎，猶他大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組正在尋求借助自然發(fā)生的地震產(chǎn)生的地震波來探索這個(gè)問題。雖然這個(gè)直徑為2442公里的球體不到地球總體積的1% ，但它的存在是地球磁場的原因，沒有它，地球?qū)⑹且粋€(gè)非常不同的地方。
但根據(jù)該大學(xué)地質(zhì)與地球物理系前博士生龐冠寧的說法，內(nèi)核并不是科學(xué)家們曾經(jīng)假設(shè)的同質(zhì)物質(zhì)，而是更像是一幅不同“織物”的織錦。
“我們第一次證實(shí)了這種不均勻性在內(nèi)核中無處不在， ”龐說。龐現(xiàn)在是康奈爾大學(xué)的博士后研究員，他是發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究的第一作者，這項(xiàng)研究打開了一扇通往地球最深處的窗戶。他在猶他大學(xué)進(jìn)行的這項(xiàng)研究是他博士論文的一部分。
另一個(gè)最后的邊界
負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的大學(xué)地震學(xué)家基思·科普爾說:“我們的研究是試圖了解內(nèi)核的內(nèi)部。” 。“這就像一個(gè)邊疆地區(qū) 。任何時(shí)候你想對事物的內(nèi)部進(jìn)行成像，你都必須去除那些膚淺的效果。所以這是最難制作圖像的地方，最深的部分，仍然有一些未知的東西。”
這項(xiàng)研究利用了一個(gè)由全球地震陣列網(wǎng)絡(luò)生成的特殊數(shù)據(jù)集，該網(wǎng)絡(luò)是為探測核爆炸而建立的。1996年，聯(lián)合國設(shè)立了全面禁止核試驗(yàn)條約組織籌備委員會(huì)，以確保遵守禁止這種爆炸的國際條約。
它的核心是國際監(jiān)測系統(tǒng)(IMS)，其特點(diǎn)是使用遍布世界各地的先進(jìn)傳感儀器探測爆炸的四個(gè)系統(tǒng) 。雖然他們的目的是執(zhí)行國際禁止核爆炸，但他們已經(jīng)獲得了大量數(shù)據(jù) ，科學(xué)家可以用這些數(shù)據(jù)來揭示地球內(nèi)部、海洋和大氣中正在發(fā)生的事情。
這些數(shù)據(jù)促進(jìn)了照亮流星爆炸的研究，確定了侏儒藍(lán)鯨的群體，促進(jìn)了天氣預(yù)報(bào)，并提供了冰山如何形成的見解。
雖然地球的表面已經(jīng)被徹底地繪制成地圖并描繪出特征，但是它的內(nèi)部卻很難研究，因?yàn)樗荒鼙恢苯咏咏?。感知這一隱藏領(lǐng)域的最佳工具是地震的地震波，它從地球的薄地殼傳播，并通過巖石地幔和金屬內(nèi)核振動(dòng) 。
“這顆行星是由小行星形成的，這些小行星在太空中逐漸增大。它們相互碰撞，你會(huì)產(chǎn)生大量能量。所以整個(gè)星球，當(dāng)它形成的時(shí)候，正在融化，”Koper說。“很簡單，鐵更重，你會(huì)得到我們所說的核心形成。金屬下沉到中間，液態(tài)巖石在外面，然后隨著時(shí)間的推移，它基本上凍結(jié)了。所有金屬都在下面的原因是因?yàn)樗鼈儽葞r石重。”
行星中的行星
在過去的幾年里，Koper的實(shí)驗(yàn)室一直在分析對內(nèi)核敏感的地震數(shù)據(jù) 。由龐領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)先前的研究確定了地球自轉(zhuǎn)和其內(nèi)核之間的變化，這種變化可能引發(fā)了2001年至2003年白天長度的變化。
直徑約4300英里的地核主要由鐵和一些鎳以及一些其他元素組成。外核仍然是液體，包裹著固體內(nèi)核。
“這就像行星中的行星，有自己的旋轉(zhuǎn)，它被這個(gè)巨大的熔融鐵海洋解耦，”地質(zhì)教授科普爾說，他領(lǐng)導(dǎo)著U of U地震儀站，或UUSS 。
他說，地球周圍的磁能保護(hù)場是由液體外核內(nèi)發(fā)生的對流產(chǎn)生的，液體外核延伸到固體內(nèi)核上方2260公里(1795英里) 。熔化的金屬上升到固體內(nèi)核之上，在接近地球巖石地幔時(shí)冷卻并下沉。這種循環(huán)產(chǎn)生了包圍行星的電子帶。如果沒有地球堅(jiān)固的內(nèi)核，這個(gè)磁場將會(huì)變得更弱，行星表面將會(huì)受到輻射和太陽風(fēng)的轟擊，這些輻射和太陽風(fēng)將會(huì)剝離大氣層，使地球表面無法居住。
在這項(xiàng)新的研究中，研究小組查看了放置在世界各地的20個(gè)地震儀陣列記錄的地震數(shù)據(jù)，其中包括南極洲的兩個(gè) 。離猶他州最近的是懷俄明州派恩代爾市外。這些儀器被插入到花崗巖地層中深達(dá)10米的鉆孔中，并按照一定的模式排列，以集中接收到的信號，類似于拋物面天線的工作方式。
龐分析了2455次地震的地震波，這些地震都超過了5.7級，大約相當(dāng)于2020年震撼鹽湖城的地震的強(qiáng)度。這些波從內(nèi)核反彈的方式有助于繪制其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 。
較小的地震不會(huì)產(chǎn)生足夠強(qiáng)的波來用于這項(xiàng)研究。
“從內(nèi)核返回的信號非常微弱。大小大約在一納米的數(shù)量級，”Koper說。“我們正在做的是大海撈針。所以這些嬰兒的回聲和反射很難看到。”
核心正在改變
科學(xué)家在1936年首次利用地震波確定內(nèi)核是固體。在丹麥地震學(xué)家Inge Lehmann發(fā)現(xiàn)之前，人們假設(shè)整個(gè)地核是液態(tài)的，因?yàn)樗浅幔咏?0，000華氏度，大約是太陽表面的溫度。
在地球歷史的某個(gè)時(shí)刻，在地球中心存在的巨大壓力下，內(nèi)核開始“成核”，或固化。這一過程何時(shí)開始尚不清楚，但U團(tuán)隊(duì)從地震數(shù)據(jù)中收集了重要線索，這些數(shù)據(jù)揭示了與滲透到核心內(nèi)部的波相關(guān)的散射效應(yīng) 。
“我們最大的發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)你越深入，不均勻性往往越強(qiáng) 。龐說:“越靠近地心，這種趨勢越明顯。” 。
“我們認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)與內(nèi)核的生長速度有關(guān) 。很久以前，內(nèi)核增長非常快。它達(dá)到了一個(gè)平衡，然后開始緩慢增長，”Koper說。"并非所有的鐵都變成了固體，所以一些液態(tài)鐵可能會(huì)被困在里面."
參與這項(xiàng)研究的是來自南加州大學(xué)、法國南特大學(xué)和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員。