Thank you for signing up for Eos Buzz.,

orging research from high-pressure and high-temperature experiments vihjaa, että maan sisin ydin voisi olla ”Planetaarinen lapsi” hieman alle miljardin vuoden ikäinen—nuorempi kuin maan valtameret, ilmakehä ja asukkaat.,

Nämä havainnot ovat rajuja kääntyä miten tutkijat luulin, että Maan sisempi ydin edennyt sen sulan alkuja tänään ja lähde kiistanalainen keskustelu keskuudessa geoscientists.

epävarmuus piilee metallin perusominaisuuksien ristiriitaisissa mittauksissa. On epäselvää, kuinka tehokkaasti rauta ja rautaseokset johtavat lämpöä ydin, mikä vaikeuttaa tutkijoiden kuvata, miten ydin on jäähtynyt ajan myötä. Mineraalifyysikot, geofyysikot, kondensoituneet ainefyysikot ja dynamiikat yrittävät kaikki löytää vastauksen.,

”se on hyvin provosoivaa aikaa tällä hetkellä, sanoisin ydintutkimusten kannalta”, sanoi Kalifornian yliopiston maapallo-ja planeettatieteiden professori Quentin Williams Santa Cruzista.

viime vuosikymmenen aikana, tutkijat ovat keksineet uusia tapoja puristaa metalli näytteitä äärimmäisen paineet, kun ammunta laserit lämpöä näytteiden lämpötila on yhtä kuuma kuin Auringon pinta. Kokeilut ovat kuitenkin hankalia, ja yksimielisyys on vaikeasti saavutettavissa., Nature-lehden samassa numerossa kesäkuussa 2016 kaksi tutkimusryhmää julkaisi erillisten korkeapaineisten, korkean lämpötilan kokeiden tulokset-rajusti erilaisin tuloksin.

”Se on hyvin tärkeä aihe, koska se on pohjimmiltaan reunaehto lämpö historian of the Earth”, sanoi Ronald Cohen, tutkija Carnegie Institution for Science, Washington, DC., Vastaus voisi kirjoittaa ymmärrystä Maapallon historiassa, pohjustaa löytöjä Maan dynamics pinnalla, kuten vulkanismi ja mannerlaattojen, ja auttaa selventämään kaukaisissa maailmoissa.

maan sähkögeneraattori

”luulen, että kaikki ovat yhtä mieltä siitä, että sekä mantteli että ydin jäähtyvät”, sanoi Peter Olson, maan ja planeettatieteiden dosentti New Mexicon yliopistosta. ”Haluaisimme tietää paremmin, kuinka nopeasti.,”

Maapallon ydin on valmistettu pääosin raudasta, ja se on jaettu kahteen osaan: pieni, kiteytynyttä pallo karkaistu rauta at the center of the Earth, kutsutaan sisempi ydin, ja nestemäinen ulompi ydin, joka ympäröi sisempi ydin ”rolling massa sulaa metallia”, sanoi Williams. Tutkijat ovat olettaneet sisemmistä ja ulommista rautaytimistä 1800-luvulta lähtien meteoriittien koostumuksen perusteella.

voimme kiittää ydintä kukoistavasta elämästä maan päällä., Ulomman ytimen konvektio ylläpitää magneettikenttää, joka suojaa meitä ankaralta auringon säteilyltä ja pitää ilmakehämme ehjänä. Kun nestemäinen rauta virtaa heikon magneettikentän läpi, se luo planeetan sisälle sähkövirran. Tämä virta puolestaan indusoi toisiomagneettisen kentän, joka edelleen indusoi virran ytimen sisällä. Tämä silmukka luo planeettamme sydämeen planeetan kokoisen sähkögeneraattorin nimeltä geodynamo.,

tutkijat olivat olettaneet, että sisemmän ytimen täytyy olla hyvin vanha, koska vuosikymmeniä jatkuneissa tutkimuksissa löytyi geodynamon sormenjälkiä maapallon vanhimmista elossa olevista kivistä, jotka ovat peräisin lähes 4 miljardin vuoden takaa.

ja itse asiassa ajatus vanhasta sisäisestä ytimestä ”kuulosti järkevältä”, Tokion yliopiston geofysiikan professori ja Tokion teknillisen instituutin Earth-Life Science Instituten johtaja Kei Hironen sanoi. Se tarkisti tärkeän laatikon: vanha sisäsydän tankkasi geodynamoa miljardeja vuosia ajamalla termistä kiertokulkua ulkoytimessä.,

Metallurgia Lainaa Käsi

Mutta Hirose huomannut, että harvat ihmiset oli mitattu lämmönjohtavuus rauta äärimmäisissä olosuhteissa, ja ne harvat tutkimukset, jotka oli suoritettu käyttäen paineaalto kokeiluja, oli suuria epävarmuustekijöitä ja eivät ole helposti toistettavissa. Lämmönjohtavuus voi olla ratkaiseva arvo ytimen dynamiikan kiinnittämisessä: ydin jäähtyy sekä konvektion että johtumisen kautta ja kuinka nopeasti se johtaa lämmönsäätimiä, kuinka paljon lämpöä on jäljellä konvektion ajamiseksi.,

tieteellinen kirjallisuus on lueteltu arvoja johtavuus, mutta arvot olivat ”erittäin spekulatiivisia”, sanoi Hirose. Joten sen sijaan, joukkue kääntyi tutkimuksen eri kentän tiede perustuu antiikin sivilisaatioiden: metallurgia. Metallurgia on metallien tutkimus, ja sen alku juontaa juurensa varhaisiin ihmisasutuksiin, kun metallien taonta oli pääsylippu linnoittamaan armeijoita. Metallurgia elää nykyään mineraalien ja metallien käsittelyyn liittyvän materiaalitieteen haarana.

”tällaista kirjallisuutta ei tiedetty geoscience-yhteisössä”, Hirose sanoi., Haravointi läpi metallurgian papereita ja suorittaa korkean lämpötilan kokeita laboratoriossa, Hirosen tiimi totesi, että oletetut suhteet sähkö resistiivisyys ja rauta hajosi korkeissa lämpötiloissa, mikä viittaa siihen, että lämmönjohtavuus rautaa oli todella melko korkea. Jos heidän havaintonsa pitävät paikkansa, ydin jäähtyi hyvin, hyvin nopeasti.

havainto ”rikkoi kaikki mallit”, sanoi Earth-Life Science Instituten professori ja varajohtaja John Hernlund., Hernlund, Hirose ja muut kirjoittivat löydökset vuonna 2013 julkaistuun uutispaperiin, joka ”loi geofysiikan yhteisössä virtuaalisen maanjäristyksen”, Hernlund sanoi.

Science-lehdessä myöhemmin samana vuonna julkaistussa perspektiivissä Olson nimesi numeron ”uudeksi ydinparadoksiksi.”Jos ydin jäähtyy paljon nopeammin kuin luulimme”, paras tapa kiertää tämä paradoksi on ajatella yli ytimen evoluution standardimallin”, Olson kirjoitti. Jos sisäinen ydin oli itse asiassa hyvin nuori, tutkijoiden piti selittää paremmin, miten geodynamoa ajetaan.,

Timanttipintainen Labratyö

Tiedepaperi herätti uusien kokeiden ja teoriaa koskevan tutkimuksen ryöpytyksen.

samassa Nature-lehden numerossa vuonna 2016 julkaistut kaksi lehteä osoittivat kokeellisia ottoja ytimen termisen käyttäytymisen nipistämisessä.

tekijät sekä papereita, joita käytetään timantti alasin soluja, korkea-paine-lab-laitteen. Soluissa on kaksi timanttia, jotka on kiillotettu täydellisesti kartioiksi, joiden kärjet on ajeltu pois. Tutkijat sijoittavat timanttien kärkien väliin ohuen, ihmiskarvaa paksumman rautaviipaleen.

vuosikymmeniä tutkijat ovat hyödyntäneet maan kovinta mineraalia, timanttia, laboratoriokokeissa., Mikään muu mineraali ei voi naarmuttaa sitä, ja kun kaksi vastakkaista timanttia ovat täysin linjassa, ne voivat nipistää rautaviipaleen paineisiin, jotka ovat paljon suurempia kuin maan ydin.

Hirose, jotka usein käyttää timantti alasin soluja laboratoriossa, sanoi, että vaikka timantit ovat vahvoja, pienikin vaihtelu muoto voi aiheuttaa heille murtaa korkeat paineet. Asiantuntija kiillottajat tasoittaa puolin timantteja sisällä 1 mikrometri, leveys pieni bakteeri. Hirose kutsui erästä erityisen taitavaa teknikkoa ”aarteeksemme”, koska harva voi saavuttaa tällaista tarkkuutta.,

Timantit on toinen plus sekä: Tutkijat voivat ampua laserit kautta läpikuultava puolin lähettää pulssin, lämmön otokseen. Molemmissa tutkimuksissa käytettiin lasereita, jotka lämmittivät heidän näytteensä tuhansiin kelvineihin.

A Tale of Two Papers

in one of the diamond anvil experiments, a team in Washington, D. C., measured the thermal conductivity of iron using two lasers to quickly heat the sample and measured its infrated temperature change.,

toisessa kokeessa eri tutkimusryhmän perustuu Tokiossa mitattu rauta on sähkönjohtavuus, kiinteistön läheisesti lämmönjohtavuus, ja sitten käyttää empiirinen suhde laskea lämmönjohtavuus.

papereista löytyi ristiriitaisia tuloksia, ja niiden poikkeavuudet paljastavat, kuinka vaikeita korkeapainekokeet voivat olla. Tokion ryhmä ehdotti lämmönjohtavuus arvo 88 (+29/-13) wattia per metri kelvin ytimessä-vaipan rajan, ottaa huomioon, Washington, d. c.-ryhmä ehdotti, 25 (±7) wattia per metri kelvin., Arvojen eroavaisuudet voivat tuntua pieniltä, mutta se voi tarkoittaa miljardeja vuosia vanhan sisäsydämen ja maapallon sisärakenteen suhteellisen tulokkaan eroa.

kokeelliset erot ”saattavat liittyä näytteiden suosimaan kristallisuuntautuneisuuteen”, sanoi Edinburghin yliopiston tutkija ja Washingtonin D. C.–taustainen tutkimusryhmä Stewart McWilliams.,

Hirose, joka johti joukkueen Japanissa, sovittiin, että paine oli tapana pakata näytteet vaikuttaisi suunta crystal jyvät rautaa, ja kaksi joukkuetta oli todellakin ottanut mittaukset kohtisuorassa toisiaan.

Stewart sanoi, että hän ja muut keskittyvät nyt mallintamaan kokeissa esiintyviä systemaattisia virheitä, jotka voisivat bias-mittauksia. Nämä virheet” menevät vähän ”selittää ristiriitaisuuksia, ” mutta ei tarpeeksi”, hän sanoi.

aika kertoo, onko ratkaisu välikysymyksessä., Quentin Williams, joka ei ollut mukana kummassakaan tutkimuksessa ja julkaisi arvostelun lämmönjohtavuuden tutkimuksesta lehdessä Annual Reviews of Earth and Planetary Sciences, kirjoitti, että ” kuitenkin, vaikka tunnustaa, että väliväitteet ovat erittäin hazardous…it ei olisi yllättävää (tälle tekijälle), jos lämmönjohtavuusarvot, joilla on parannettu teoreettinen ja kokeellinen hienosäätö, lopulta konvergoidaan arvoihin laajalla alueella 35-80 wattia per metri kelvin olosuhteissa yläosassa ulomman ytimen.,”

Kompositionaalinen kompromissi

, kun maa hiiletettiin homogeenisesta rauniokasasta sen erilaistuneeseen, kerrokselliseen tilaan, sen materiaali erotettiin tiheydellä. Kelluva materiaali, kuten vesi, ilma ja silikaatit pysyivät päällä ja keskellä, ja tiheä materiaali, kuten rauta, upposi keskelle.

mutta 1900-luvun puoliväliin ulottuvan seismisen tutkimuksen mukaan maan ydin ei ole puhdasta rautaa., Seismiset mittaukset osoittavat, että se on noin 10% vähemmän tiheä kuin puhdas rauta ja koostuu seoksista, jotka todennäköisesti sisältävät nikkeliä ja joitakin erityisiä resepti kevyempiä elementtejä, ehkä pii, happi, magnesium, ja hiili.

Tämä voisi kuitenkin olla hyvä uutinen ydinparadoksille. Läsnäolo kevyempiä elementtejä voi kuljettaa konvektio ydin, jolloin geodynamo lähde konvektio vaikka terminen virtaus on liian heikko. Jos kevyemmät elementit aiheuttavat konvektiota, tämä kelluvuuden lähde antaa työtä-ytimen paradoksin ympärille.,

Cohen, Hirose ja monet muut tutkivat kevyempien alkuaineiden vaikutusta ytimen lämmönkuljetukseen. ”Se on täysin, täysin avoin kysymys”, Hironen sanoi.

Uudet seurantatutkimukset nostavat myös panosta. Tokion teknillisen instituutin maa-ja planeettatieteiden apulaisprofessori Kenji Ohta sanoi, että hänen laboratorionsa tutkii tapaa sulattaa näytteitä korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä tuo tiedemiehet askeleen lähemmäksi maan nestemäisen ulomman ytimen matkimista. Aiempia tutkimuksia on tehty pääosin kiinteistä näytteistä.,

”This is exciting stuff”, Williams sanoi kisasta löytääkseen vastauksen. Kysymys maapallon ydin – ja lämpökehityksestä ” on haaste yhteisölle seuraavat 15 vuotta.”

” se on keskeinen kysymys maapallon evoluutiossa ja magneettikenttämme evoluutiossa”, Williams lisäsi. ”Se on jotain, joka lopulta täytyy vain selvittää. Ja kun tämänkaltaiset haasteet asetetaan yhteisölle, joskus niihin vastataan hitaasti, koska hyvän vastauksen saaminen on vaikeaa. Mutta lopulta niihin vastataan. Olen todella optimistinen sen suhteen.,”

—Jenessa Duncombe (@jrdscience), Henkilöstökirjailija

kuittaukset

Eos kiittää tiedeneuvonantajaamme Sébastien Merkeliä, mineraali-ja Kivifysiikkaa, heinäkuun erikoisaiheen kehittämisestä korkeapaineisissa, korkean lämpötilan kokeissa, joihin tämä artikkeli kuuluu.