Vă mulțumim că v-ați înscris la EOS Buzz.,

Emergente de cercetare de înaltă presiune și temperatură înaltă experimente sugerează că Pământul e miez interior ar putea fi un „planetare babe” doar sub un miliard de ani mai tânără decât Pământul, oceanele, atmosfera, și de locuitori.,aceste descoperiri reprezintă o schimbare drastică de la modul în care oamenii de știință au crezut că nucleul interior al Pământului a progresat de la începuturile sale topite până astăzi—și o sursă de dezbatere controversată între geoscientiști.incertitudinea constă în măsurători contradictorii ale proprietăților fundamentale ale metalului. Nu este clar cât de eficient fierul și aliajele de fier conduc căldura în miez, ceea ce face dificil pentru cercetători să descrie modul în care miezul s-a răcit în timp. Fizicienii minerali, geofizicienii, fizicienii în materie condensată și dinamicii încearcă să găsească un răspuns.,”este un moment foarte provocator în acest moment, aș spune, în ceea ce privește studiile de bază”, a spus Quentin Williams, profesor de științe ale Pământului și planetare la Universitatea din California, Santa Cruz.în ultimul deceniu, oamenii de știință au inventat noi modalități de a stoarce probe de metal la presiuni extreme în timp ce fotografiază lasere pentru a încălzi probele la temperaturi la fel de fierbinți ca suprafața Soarelui. Experimentele sunt complicate, cu toate acestea, și un consens este evaziv., În același număr al revistei Nature, iunie 2016, două echipe de cercetare au publicat rezultatele experimentelor separate de înaltă presiune, la temperaturi ridicate-cu rezultate drastic diferite.

„este un subiect foarte important, deoarece este practic condiția limită pentru istoria termică a Pământului”, a declarat Ronald Cohen, cercetător la Carnegie Institution for Science din Washington, DC., Răspunsul ar putea rescrie înțelegerea noastră a istoriei Pământului, deschizând calea pentru descoperiri în dinamica Pământului la suprafață, cum ar fi vulcanismul și tectonica plăcilor, și ajutând la elucidarea lumilor îndepărtate.”cred că toată lumea este de acord că atât mantaua, cât și miezul se răcesc”, a spus Peter Olson, profesor adjunct de științe ale Pământului și planetare la Universitatea din New Mexico. „Ceea ce am dori să știm mai bine este cât de repede.,”

miezul Pământului este format în mare parte din fier și este împărțit în două părți: o minge mică, cristalizată de fier întărit în centrul Pământului, numită miezul interior și un miez exterior lichid care înconjoară miezul interior cu o „masă de metal topit”, a spus Williams. Oamenii de știință au emis ipoteza despre miezurile de fier interioare și exterioare încă din secolul al XIX-lea pe baza compoziției meteoriților.putem mulțumi nucleului pentru viața înfloritoare de pe Pământ., Convecția în miezul exterior susține câmpul magnetic care ne protejează de radiațiile solare dure și ne menține atmosfera intactă. Pe măsură ce fierul lichid curge printr-un câmp magnetic slab, creează un curent electric în interiorul planetei. La rândul său, acest curent induce un câmp magnetic secundar, care induce în continuare un curent în interiorul miezului. Această buclă creează un generator electric de dimensiuni planetare în inima planetei noastre numit geodinamo.,

Cercetătorii au presupus că interiorul trebuie să fie foarte vechi, deoarece de cercetare de zeci de ani a fost găsit amprentele de geodynamo în Pământ este mai vechi roci, datând de aproape 4 miliarde de ani.și într-adevăr, ideea unui nucleu interior vechi „a sunat rezonabil”, a spus Kei Hirose, profesor de geofizică la Universitatea din Tokyo și director al Institutului de științe ale vieții Pământului la Institutul de Tehnologie din Tokyo. A bifat caseta importantă: un nucleu interior vechi a alimentat geodinamul timp de miliarde de ani, conducând convecția termică în miezul exterior.,dar Hirose a observat că puțini oameni au măsurat conductivitatea termică a fierului în condiții extreme, iar puținele studii care au fost finalizate, folosind experimente cu unde de șoc, aveau incertitudini mari și nu erau ușor de reprodus. Conductivitatea termică ar putea fi o valoare crucială pentru fixarea dinamicii miezului: miezul se răcește atât prin convecție, cât și prin conducere, iar cât de repede conduce căldura controlează cantitatea de căldură rămasă pentru a conduce convecția.,literatura științifică a enumerat valori pentru conductivitate, dar valorile au fost „foarte speculative”, a spus Hirose. Deci, în schimb, echipa a apelat la cercetare dintr-un domeniu diferit de o știință bazată pe civilizații antice: metalurgia. Metalurgia este studiul metalelor, iar începuturile sale se întorc în așezările umane timpurii, când forjarea metalelor era biletul pentru armatele fortificatoare. Metalurgia trăiește astăzi ca o ramură a științei materialelor însărcinată cu prelucrarea mineralelor și a metalelor.”o astfel de literatură nu era cunoscută în comunitatea geoscience”, a spus Hirose., Pieptănare prin metalurgie lucrări și desfășurarea de înaltă temperatură experimente în laborator, Hirose echipa a concluzionat că presupune relații între rezistivitatea electrică și fier s-a stricat la temperaturi ridicate, sugerând că conductivitatea termică de fier a fost de fapt destul de mare. Dacă descoperirile lor erau corecte, miezul se răcea foarte, foarte repede.

constatarea” a rupt toate modelele”, a spus John Hernlund, profesor și director adjunct al Institutului de științe ale vieții Pământului., Hernlund, Hirose și alții au scris concluziile într-o lucrare bombă din 2013 care „a creat un cutremur virtual în comunitatea geofizică”, a spus Hernlund.într-o perspectivă publicată în revista Science mai târziu în acel an, Olson a numit numărul „new core paradox.”Dacă miezul se răcește mult mai repede decât am crezut,” cea mai bună cale în jurul acestui paradox este să gândim dincolo de modelul standard al evoluției nucleului”, a scris Olson. Dacă nucleul interior era, de fapt, foarte tânăr, cercetătorii trebuiau să explice mai bine modul în care este condus geodinamul.,

lucrări de laborator îmbrăcate cu diamante

lucrarea științifică a stârnit o serie de noi experimente și investigații în teorie.cele două lucrări publicate în același număr al revistei Nature în 2016 au arătat abordări experimentale privind fixarea comportamentului termic al miezului.

autorii ambele documente utilizate diamant nicovală celule, o presiune mare laborator de dispozitiv. Celulele conțin două diamante, lustruite perfect în conuri cu vârfurile lor ras. Oamenii de știință plasează o felie subțire de fier—nu mai groasă decât un fir de păr uman—între vârfurile diamantelor.de zeci de ani, oamenii de știință au profitat de cel mai greu mineral al Pământului, diamantul, pentru experimente de laborator., Niciun alt mineral nu îl poate zgâria, iar când două diamante opuse sunt perfect aliniate, ele pot prinde o felie de fier la presiuni mult mai mari decât cele ale miezului Pământului.Hirose, care a folosit frecvent celule de nicovală cu diamante în laborator, a spus că, deși diamantele sunt puternice, cea mai mică variație a formei le poate determina să se crape sub presiuni mari. Lustruitorii experți netezesc laturile diamantelor până la 1 micrometru, lățimea unei mici bacterii. Hirose a numit un tehnician deosebit de priceput „comoara noastră”, deoarece puțini pot obține o astfel de precizie.,

diamantele au și un alt plus: cercetătorii pot trage lasere prin laturile lor translucide pentru a trimite un impuls de căldură în eșantion. Ambele studii au folosit lasere pentru a-și încălzi probele la mii de kelvini.într-unul dintre experimentele cu nicovală cu diamante, o echipă din Washington, DC, a măsurat conductivitatea termică a fierului folosind două lasere pentru a încălzi rapid proba și a măsura schimbarea temperaturii deduse.,în celălalt experiment, o altă echipă de cercetare cu sediul în Tokyo a măsurat conductivitatea electrică a fierului, o proprietate strâns legată de conductivitatea termică și apoi a folosit o relație empirică pentru a calcula conductivitatea termică.lucrările au găsit rezultate contradictorii, iar discrepanțele lor dezvăluie cât de dificile pot fi experimentele de înaltă presiune. Grupul Tokyo a propus o valoare de conductivitate termică de 88 (+29/-13) wați pe metru kelvin la limita miezului mantalei, în timp ce grupul Washington, DC, a propus 25 (±7) wați pe metru kelvin., Disparitatea valorilor poate părea mică, dar ar putea însemna diferența dintre un nucleu interior vechi de miliarde de ani și un nou venit relativ la structura internă a Pământului.diferențele experimentale „pot avea legătură cu orientarea preferată a cristalului în eșantioane”, a declarat Stewart McWilliams, cercetător la Universitatea din Edinburgh și coautor al studiului realizat de echipa din Washington, DC.,Hirose, care a condus echipa în Japonia, a fost de acord că presiunea utilizată pentru a comprima probele ar afecta orientarea granulelor de cristal în fier, iar cele două echipe au luat într-adevăr măsurători perpendiculare între ele.Stewart a spus că el și alții se concentrează acum pe modelarea erorilor sistematice în experimentele care ar putea măsura măsurătorile. Aceste erori „merg puțin” în explicarea discrepanțelor,” dar nu suficiente”, a spus el.

timpul va spune dacă un teren de mijloc este răspunsul., Quentin Williams, care nu a fost implicat în nici unul dintre studii și a publicat o revizuire de conductivitate termică de cercetare în jurnalul Anual Recenzii de Științe Planetare și Pământ, a scris că „cu toate acestea, recunoscând în același timp că intermediare afirmații sunt extrem de periculoase…nu ar fi de mirare (pentru acest autor) dacă conductivitate termică valori, cu îmbunătățirea teoretice și experimentale îmbunătățiri, în cele din urmă ajunge la valori într-o gamă largă de 35 la 80 de wați pe metru kelvin la condițiile de top din nucleul exterior.,”

un compromis compozițional

când pământul s-a coagulat dintr-o grămadă omogenă de moloz în starea sa diferențiată, stratificată, materialul său separat prin densitate. Materialul plutitor, cum ar fi apa, aerul și silicații, a rămas deasupra și în mijloc, iar materialul dens, cum ar fi fierul, sa scufundat în centru.dar, conform cercetărilor seismice care datează de la mijlocul secolului 20, miezul Pământului nu este fier pur., Măsurătorile seismice arată că este cu aproximativ 10% mai puțin dens decât fierul pur și este compus din aliaje care includ probabil nichel și o rețetă specială de elemente mai ușoare, probabil siliciu, oxigen, magneziu și carbon.acest lucru ar putea fi o veste bună pentru paradoxul de bază, cu toate acestea. Prezența elementelor mai ușoare poate propulsa convecția în miez, oferind geodinamului o sursă de convecție, chiar dacă convecția termică este prea slabă. Dacă elementele mai ușoare provoacă convecție, această sursă de flotabilitate oferă o lucrare în jurul paradoxului de bază.,Cohen, Hirose și mulți alții investighează efectul elementelor mai ușoare asupra transportului de căldură în miez. „Este o întrebare total, total deschisă”, a spus Hirose.

noi studii de follow-up sunt marind ante, de asemenea. Kenji Ohta, profesor asociat în științele pământului și planetare la Institutul de Tehnologie din Tokyo, a spus că laboratorul său explorează o modalitate de a topi probe la temperaturi și presiuni ridicate, ceea ce aduce oamenii de știință cu un pas mai aproape de imitarea miezului exterior lichid al Pământului. Studiile anterioare au fost efectuate, în cea mai mare parte, pe probe solide.,

„aceasta este o chestie interesantă”, a spus Williams despre cursa pentru a găsi un răspuns. Problema evoluției de bază și termică a Pământului ” va reprezenta o provocare pentru următorii 15 ani pentru comunitate.”

„este problema esențială în evoluția Pământului și evoluția câmpului nostru magnetic”, a adăugat Williams. „Este ceva care în cele din urmă trebuie doar să fie dat seama. Și astfel, atunci când provocări ca aceasta sunt puse pentru comunitate, uneori li se răspunde încet, deoarece obținerea unui răspuns bun este dificil. Dar, în cele din urmă, li se va răspunde. Sunt foarte optimist în privința asta.,”

—Jenessa Duncombe (@jrdscience), Scriitor

Aprecieri

Eos multumesc știința noastră consilier Sébastien Merkel, Minerale și roci Fizica, pentru a ajuta la dezvoltarea noastră iulie Subiect Special privind de Înaltă Presiune, de Înaltă Temperatură de Experimente, care include acest articol.