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地球的核心已有十亿年历史

这张经过修改的NASA图像中显示了地球的各层。
图片:©Shutterstock)

新研究发现,地球的坚实内心只有十亿年的历史。

现代 地球 就像一块蛋糕,有坚固的外皮,热的粘性地幔,液态的外核和固态的内核。固体内芯随着液体的生长而缓慢 在核心冷却并结晶。这个过程有助于推动液体外核的搅动,进而产生环绕地球的磁场,并帮助保护地球免受有害的宇宙辐射的影响。

换句话说,内核非常重要。

但是对这个1,500英里(2,442公里)铁球的历史知之甚少。对它的年龄的估计从五亿年前到四十亿多年不等,几乎与45亿年前的地球一样古老。现在,研究人员已经在两颗钻石之间挤压了一小块铁,并用激光对其进行了喷砂处理,得出的新估计值为10亿至13亿年的历史-这一日期范围与可测量的强化程度相吻合。 地球磁场 大约在同一时间发生。

有关: 地球揭示其怪异现象的10种方式

“地球在我们的世界中是独一无二的 太阳系 得克萨斯大学奥斯汀分校的地球学家林荣富(Jung-Fu Lin)对世界科学说:“它具有磁场并且可以居住。最终,我们的结果可以用来思考为什么我们的其他行星太阳系没有磁场。”

土工发电机

地球磁场由科学家所谓的“ geodynamo”提供动力。这就是富含铁的外核的运动,它使行星变成了一块巨大的磁铁,即使有些混乱。土工发电机负责地球的 北极 南极和看不见的磁力屏蔽层会偏转和捕获来自太阳的带电粒子。否则,这些粒子会慢慢剥夺地球大气层。

内芯的部分运动由热量(称为热能)提供动力。随着地球核心逐渐冷却,它由内而外结晶。该结晶过程释放出能量,该能量可以进一步推动静止液体外核的运动。林说,这种从结晶中释放出来的能量称为大地发电机的成分能量源。

林和他的团队希望利用实验证据来确定这些来源的能量。知道能量的数量将使他们能够估计内核的年龄。

为此,研究人员在很小的范围内重新创建了核心条件。他们将一块仅6微米厚的铁片(大约与红血球的长度相同)加热到最高4,940华氏度(2,727摄氏度)的温度,然后将样品挤压在两颗钻石之间,以适应最高的压力。地球的核心。然后他们在这些条件下测量了铁的电导率。

年轻的核心

通过这种电导率测量,研究人员可以计算出可用于为Geodynamo供电的岩心的热冷却。他们发现,地磁发电机从冷却核心吸取了约10太瓦的能量-只是地球从其表面散发到太空的热量的五分之一(46太瓦, 先前曾报道过Live Science)。

林说,他们可以计算出能量损失的数量,研究人员可以计算出地球内核的年龄。知道能量损失的速度后,研究人员就可以计算出要得到今天大小的固体所需的时间’的核心来自铁水的斑点。

林说,每年10亿到13亿美元的结果表明,地球的核心“实际上相对年轻”。

这个估计值并不像某些估计值那么年轻,例如2016年发表在该杂志上的估计值 性质 使用类似的方法,但发现核心只有7亿年的历史。林说,新的实验使用了更可靠的方式来处理岩心上产生的压力和温度,因此不可能做出更年轻的估计。

2015年发表在《科学》杂志上的一项研究表明,古老的磁性岩石揭示出磁场在10亿到15亿年前突然增强了 性质 找到了。林说,新时代与这一证据很好地吻合,因为内核的结晶本来会为磁场提供“助推器”。

林说,人们仍然对热量在堆芯中的传播方式存在疑问。与他们测试的样品不同,它的芯不仅是铁,还包含较轻的元素,例如 , , ,硅和硫。但是这些轻元素的比例是未知的,因此很难知道它们如何改变内核的电导率。这就是Lin和他的团队现在正在研究的内容。

林说:“我们试图了解这些轻元素的存在将如何实际上影响铁在如此高压,高温条件下的热传输性能。”

研究人员于8月13日在该杂志上报告了他们的发现。 体检信.

最初发表在《世界科学》上。

11条留言 论坛评论
  • 阔地 2020年8月27日13:13
    “核心不仅是铁-它还包含较轻的元素,例如 , , ,硅和硫。”

    他们怎么知道这些其他元素在地球的核心?
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  • 情人迈克尔·史密斯 2020年8月27日16:26
    是的,我的兴趣类似,我对此类事情的主要兴趣-他们怎么知道或弄清楚呢?
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  • 化学721 2020年8月27日17:54
    阔地 said:
    “核心不仅是铁-它还包含较轻的元素,例如 , , ,硅和硫。”

    他们怎么知道这些其他元素在地球的核心?


    再次问好,Broadlands。

    正如人们可能想像的那样,该构成主要基于纯粹的估计。这是Wiki对地球核心的直接引用*:

    “目前尚无直接证据显示内核的组成。但是,基于太阳系中各种化学元素的相对普遍性,行星形成理论以及其余部分化学作用所施加或暗示的约束。人们相信,在地球的内部核心主要由铁镍合金组成。

    在铁心的已知压力和估计温度下,可以预测纯铁可能是固体,但其密度将比铁心的已知密度高约3%。该结果暗示除了可能存在镍之外,芯中还存在较轻的元素,例如硅,氧或硫。最新估计(2007年)中镍含量高达10%,未识别的打火机元素含量为2-3%。
    根据D.Alfè等人的计算,液态外核含有8-13%的氧气,但是随着铁结晶形成内核,氧气大部分留在了液体中。
    实验室实验和对地震波速度的分析似乎表明,内芯特别是由ε-铁组成,是具有六方密堆积(hcp)结构的金属的结晶形式。这种结构仍然可以允许包含少量的镍和其他元素。
    同样,如果内芯因沉淀在其表面上的冷冻颗粒的沉淀而生长,那么一些液体也可能被困在孔隙中。在那种情况下,这种残余流体中的一些可能仍会在其内部的大部分区域内保持很小的程度。”

    结束报价。


    这些较轻的元素很可能是被估算出来的,因为它们仅代表宇宙中存在的大多数元素,其含量高于氢,氦和锂(镍除外)。请注意,D。Alfè等人。建议在外核中存在8-13%的讨厌的氧气。

    似乎有点像WAG。


    * //en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_inner_core#Composition
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  • 阔地 2020年8月27日19:08
    是的Chem721 ...很明显,它是SWAG ...大的科学WAG。如果地球磁场得到加强,那么SWAG就是人类唯一可以做的事情。猜测。
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  • 化学721 2020年8月27日22:08
    阔地 said:
    很明显,这是一个SWAG


    是的,它显然是SWAG。但是我不得不追逐外核的氧气方面。这是我在摘要*中找到的内容:

    “这项研究是基于应用称为密度泛函理论的量子力学的应用而进行的。我们将证明这些技术在预测铁的性质方面非常准确,因此可用于研究核的性质。 ”

    结束语

    由此他们以某种方式设法推测出,外芯中的氧含量非常轻,占外芯含量的8%-13%。

    当然,这似乎有点SWAG,甚至更多。


    “地球核心的温度和组成”:

    //www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00107510701529653
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  • 托比约恩·拉尔森 2020年8月27日23:55
    我在其他地方对相同问题的回答-并祝贺提出问题,即使它对回答有个人见解-也与Chem 721相同,但增加了一些细节。

    Iron is the most common siderophile element (well, it would be) //en.wikipedia.org/wiki/Goldschmidt_classification#Siderophile_elements ].

    “目前尚无直接证据显示内核的组成。但是,基于太阳系中各种化学元素的相对普遍性,行星形成理论以及其余部分化学作用所施加或暗示的约束。人们相信,在地球的内部核心主要由铁镍合金组成。

    在铁心的已知压力和估计温度下,可以预测纯铁可能是固体,但其密度将比铁心的已知密度高约3%。该结果暗示除了可能存在镍之外,芯中还存在较轻的元素,例如硅,氧或硫。最新估计(2007年)中镍含量高达10%,未识别的打火机元素含量为2-3%。”

    //en.wikipedia.org/wiki/Earth's_inner_core#Composition ]

    不,从报价中可以看出它不是个人观点“ SWAG”。密度和化学性质与分化行星的形成理论完全吻合,我们别无选择。 “直接证据”一词是一种见解-因为您如何以可检验的方式定义“直接/间接”? -但在这种情况下,这意味着我们没有将核心材料运到表面的例子,这使一些人感到烦恼。其余的人接受这是一个坚不可摧的核心,并继续提出我们没有明确答案的问题。

    I should also add that the mission to Psyche intends to sample what we think is a core remnant asteroid. //en.wikipedia.org/wiki/Psyche_(spacecraft) ]. With a bit of luck we will test the core composition in more detail by 2026-2031. Meanwhile, we have the pallasites which formation constraint now has forced people to conclude that they sample the core/mantle interface of partially differentiated bodies //www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X20303630?via=ihub ]. . Yes, they contain lots of iron!
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  • 爱德华 2020年9月24日22:11
    金属陨石屡屡袭击地球,它们是铁镍合金。由于据称它们代表的是一个更大的物体(例如原始行星)的以前的内部,该物体可能被小行星带中的碰撞砸碎了,为什么在地球内部也不能像铁镍一样呢?在地球剧烈形成期间,密度较大的铁,镍和铀可能会以液态形式分化。这是基本的提取冶金,其中的炉渣(地壳)漂浮在致密的底层金属(铁)上。与高炉中的铁制造相同。地球太重了,无法一路熔渣到中心,所以为什么不显示出诸如陨石和小行星这样的金属核呢?
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  • 化学721 2020年9月24日23:11
    爱德华 said:
    为什么不在地球内部也使用铁镍合金呢?

    毫无疑问,铁镍芯(1)。没有它,我们将不会有磁场。问题实际上是关于较轻的元素。这个概念仍然很有趣,特别是关于氧气。我不知道这是真的。如果确实有很多氧气滞留在行星芯中,那么如果将其制成气态,它会随着时间的流逝定期释放以提供充实的氧化气氛。不可能持续很长时间,但可以解释地球地质记录中独特的铁形成。

    我想知道Broadlands是否仍在那儿,是否可以击穿岩心内或岩心附近的任何原始氧的概念,以及在地质时间内随着气体而周期性释放的可能性。他是这方面的专家。陌生的事情已经发生。


    (1) //en.wikipedia.org/wiki/Planetary_differentiation
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  • 化学721 2020年9月24日23:19
    以下是一些有关地球内部氧气的潜在信息:

    //www.ssrtvu.com/64940-pressurized-oxygen-earth-core.html
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  • 奥勒玛 2021年1月1日04:13
    它是燃烧铀的核反应堆。比铁重得多,它会沉到中心。它是使地球保持高温的核心。仅对技术人员而言,超压压碎铀将增加其密度,因此天然U反应堆将变得至关重要。毒裂变产物(Ni,I,Cs,Sr等)将扩散到表面(尽管从未如此),因此反应堆将以几百万年的频率振荡。需要一名PHD学生详细地进行所有计算以证明。我的信封背面(好一堆信封)显示它值得仔细阅读。好,我是一名核工程师,知道我在说什么。
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