Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Жидкий слой, состоящий в основном из железа и никеля, расположенный между твердым внутренним ядром Земли и её мантией.
Fluid layer composed of mostly iron and nickel between Earth's solid inner core and its mantle
Внешнее ядро Земли — это жидкий слой толщиной около …, состоящий в основном из железа и никеля, который находится над твердым внутренним ядром Земли и под её мантией. Внешнее ядро начинается примерно на глубине … под поверхностью Земли, на границе ядро-мантия, и заканчивается на глубине … под поверхностью Земли, на границе внутреннего ядра.
Earth's outer core is a fluid layer about thick, composed of mostly iron and nickel that lies above Earth's solid inner core and below its mantle. The outer core begins approximately beneath Earth's surface at the core mantle boundary and ends beneath Earth's surface at the inner core boundary.
Свойства
Внешнее ядро Земли жидкое, в отличие от внутреннего, которое твердое. Свидетельства наличия жидкого внешнего ядра включают сейсмологические данные, показывающие, что поперечные сейсмические волны не проходят сквозь внешнее ядро. Несмотря на сходный с твердым внутренним ядром Земли состав, внешнее ядро остается жидким из-за недостаточного давления для поддержания твердого состояния. Сейсмическое инвертирование данных по объемным волнам и нормальным модам ограничивает радиус внешнего ядра значением 3483 км с погрешностью 5 км, а радиус внутреннего ядра – 1220 ± 10 км. Оценки температуры внешнего ядра составляют около в его внешней области и вблизи внутреннего ядра. Моделирование показывает, что внешнее ядро, благодаря высокой температуре, представляет собой жидкость с низкой вязкостью, подверженную турбулентной конвекции. По мере остывания ядра Земли жидкость на границе внутреннего ядра замерзает, что приводит к росту твердого внутреннего ядра за счет внешнего, со скоростью около 1 мм в год. Это соответствует примерно 80 000 тонн железа в секунду.
The outer core of Earth is liquid, unlike its inner core, which is solid. Evidence for a fluid outer core includes seismology which shows that seismic shear waves are not transmitted through the outer core. Although having a composition similar to Earth's solid inner core, the outer core remains liquid as there is not enough pressure to keep it in a solid state. Seismic inversions of body waves and normal modes constrain the radius of the outer core to be 3483 km with an uncertainty of 5 km, while that of the inner core is 1220±10 km. Estimates for the temperature of the outer core are about in its outer region and near the inner core. Modeling has shown that the outer core, because of its high temperature, is a low viscosity fluid that convects turbulently. As Earth's core cools, the liquid at the inner core boundary freezes, causing the solid inner core to grow at the expense of the outer core, at an estimated rate of 1 mm per year. This is approximately 80,000 tonnes of iron per second.
Состав
Внешнее ядро Земли не может состоять исключительно из железа или сплава железо-никель, поскольку их плотность превышает значения, полученные в результате геофизических измерений плотности внешнего ядра Земли. Фактически, плотность внешнего ядра Земли примерно на 5–10 % ниже, чем у железа при температуре и давлении, существующих в ядре Земли. В связи с этим было предложено, что часть внешнего ядра Земли состоит из легких элементов с низкими атомными номерами, как единственного осуществимого способа снижения его плотности. Состав этих легких элементов можно существенно ограничить с помощью экспериментов при высоких давлениях, расчетов на основе сейсмических измерений, моделей аккреции Земли и сравнения углеродистых хондритных метеоритов с объёмной силикатной Землёй (BSE). Согласно последним оценкам, внешнее ядро Земли состоит из железа, а также 0–0,26 % водорода, 0,2 % углерода, 0,8–5,3 % кислорода, 0–4,0 % кремния, 1,7 % серы и 5 % никеля по массе. Температура границы ядро-мантия и границы внутреннего ядра составляет от 4137 до 4300 К и от 5400 до 6300 К соответственно.
Earth's outer core cannot be entirely constituted of iron or iron nickel alloy because their densities are higher than geophysical measurements of the density of Earth's outer core. In fact, Earth's outer core is approximately 5 to 10 percent lower density than iron at Earth's core temperatures and pressures. Hence it has been proposed that light elements with low atomic numbers compose part of Earth's outer core, as the only feasible way to lower its density. the composition of light elements can be meaningfully constrained by high pressure experiments, calculations based on seismic measurements, models of Earth's accretion, and carbonaceous chondrite meteorite comparisons with bulk silicate Earth (BSE). Recent estimates are that Earth's outer core is composed of iron along with 0 to 0.26 percent hydrogen, 0.2 percent carbon, 0.8 to 5.3 percent oxygen, 0 to 4.0 percent silicon, 1.7 percent sulfur, and 5 percent nickel by weight, and the temperature of the core mantle boundary and the inner core boundary ranges from 4,137 to 4,300 K and from 5,400 to 6,300 K respectively.
Последствия для аккреции Земли и истории образования ядра
Более строгие ограничения на концентрации легких элементов во внешнем ядре Земли позволят лучше понять историю аккреции Земли и формирования ядра.
Tighter constraints on the concentrations of light elements in Earth's outer core would provide a better understanding of Earth's accretion and core formation history.
Влияние магнитного поля Земли
Магнитное поле Земли обусловлено тепловой и химической конвекцией, а также исключением легких элементов из внутреннего ядра, которые всплывают вверх во внешнем ядре, в то время как более плотные элементы опускаются вниз. Эта химическая конвекция высвобождает гравитационную энергию, которая затем используется для питания геодинамо, генерирующего магнитное поле Земли. Оценки эффективности Карно с большой погрешностью указывают на то, что вклад композиционной и тепловой конвекции в мощность геодинамо Земли составляет примерно 80 и 20 процентов соответственно. Традиционно считалось, что до формирования внутреннего ядра геодинамо Земли в основном поддерживалось тепловой конвекцией. Однако недавние данные о значительно более высокой, чем предполагалось ранее, теплопроводности железа при температуре и давлении в ядре указывают на то, что охлаждение ядра происходило преимущественно за счет теплопроводности, а не конвекции, что ограничивало способность тепловой конвекции поддерживать геодинамо. Эта проблема известна как новый "парадокс ядра". Альтернативный механизм, способный поддерживать геодинамо Земли, предполагает, что ядро Земли изначально было достаточно горячим для растворения кислорода, магния, кремния и других легких элементов. По мере охлаждения ядра оно становилось бы пересыщенным этими легкими элементами, которые затем осаждались бы в нижней мантии в виде оксидов, вызывая иной тип химической конвекции.
Earth's magnetic field is driven by thermal convection and also by chemical convection, the exclusion of light elements from the inner core, which float upward within the fluid outer core while denser elements sink. This chemical convection releases gravitational energy that is then available to power the geodynamo that produces Earth's magnetic field. Carnot efficiencies with large uncertainties suggest that compositional and thermal convection contribute about 80 percent and 20 percent respectively to the power of Earth's geodynamo. Traditionally it was thought that prior to the formation of Earth's inner core, Earth's geodynamo was mainly driven by thermal convection. However, recent claims that the thermal conductivity of iron at core temperatures and pressures is much higher than previously thought imply that core cooling was largely by conduction not convection, limiting the ability of thermal convection to drive the geodynamo. This conundrum is known as the new "core paradox." An alternative process that could have sustained Earth's geodynamo requires Earth's core to have initially been hot enough to dissolve oxygen, magnesium, silicon, and other light elements. As the Earth's core began to cool, it would become supersaturated in these light elements that would then precipitate into the lower mantle forming oxides leading to a different variant of chemical convection.