地球的内部结构
除了地球,我们的知识内部结构的硅酸盐岩石行星相当有限。我们的地球知识结构更加完整,由于这项研究地震(见下文)。然而,即使没有这样的信息,有一些证据表明硅酸盐行星主要应具备一个铁芯。
首先,太阳系的原料成分,可能是类似于太阳和一类常见的陨石,球粒陨石。这些材料的铁硅比大约是1:1
按体积(Lodders和费格雷(1998));因为无论是元素尤其不稳定,地球,和其他类似的机构,应该保留他们的全部。虽然一些铁可能是绑定的硅酸盐矿物,在没有任何其他证据的一个期望的类地行星由一种和含铁丰富的区域。的多个碰撞了类地行星将会导致热,并可能熔化,起始条件(唐克斯和Melosh (1993));在这种情况下,密集的富含铁的材料将会迁移到中心,形成一个铁芯(史蒂文森(1990))。
支持这种理论观点观察。例如,地球近地表由硅酸盐地幔的密度大约3300公斤米~ 3。这个密度明显小于地球的平均密度(5500公斤m3)。尽管地幔密度随深度增加,由于岩石的压缩性,可能不足以解释观察到的密度增加。因此,地下的存在,高密度区域是必需的,和上面列出的成分参数暗示密集的材料主要是铁。
进一步的证据来自地球的转动惯量,从测量准确已知的卫星轨道和旋进的速度转动轴,并限制了地球内部的质量分布。一个统一的球体的正常化惯性矩0.4;地球的值为0.3307时表示质量是集中向地球的中心。一个简单的两层(核心+地幔)星球,核心半径可以确定的密度两层是已知的。表1给出了几个硅酸体的密度和转动惯量;这些数据和上述参数强烈表明,铁核是一种常见的行星特性。
也许令人惊讶的是,我们还可以区分液体和固体核心。固体地球变形在太阳和月亮的引力,也就是说,潮汐。这些潮汐小得多比潮汐振幅(通常为0.2米)与海洋有关,但仍可衡量的。变形的刚度取决于内部(Murray和Dermott (1999)]。预测潮汐振幅,假设一个统一的(地震推断)地幔刚度太小了;一个解决问题的办法是假定核心刚度可以忽略不计,也就是说,它是流体(杰弗里斯(1929))。
类似的参数可以应用于地球以外的身体。例如,潮汐形变的研究表明,火星的核心(尤德et al。(2003)],月亮[威廉姆斯et al . (2001)], [Konopliv和金星
表1硅酸盐行星地球物理参数。数据来自Lodders和费格雷[1998],否则除表示。钢筋混凝土是核心半径,C是极惯性矩。m是身体的磁偶极矩,特斯拉R3测量,表明磁场的强度在地球表面(aKhan et al。(2004);bSchubert et al。(1988);cKonopliv和尤达(1996);dYoder et al。(2003);e安德森et al。(1996)]。
表1硅酸盐行星地球物理参数。数据来自Lodders和费格雷[1998],否则除表示。钢筋混凝土是核心半径,C是极惯性矩。m是身体的磁偶极矩,特斯拉R3测量,表明磁场的强度在地球表面(aKhan et al。(2004);bSchubert et al。(1988);cKonopliv和尤达(1996);dYoder et al。(2003);e安德森et al。(1996)]。
地球 |
月亮 |
汞 |
金星 |
火星 |
伽倪墨得斯 |
|
半径R(公里) |
6371年 |
1737年 |
2438年 |
6052年 |
3390年 |
2634年 |
质量 |
5.97 |
0.07 |
0.33 |
4.87 |
0.64 |
0.15 |
(1024公斤) |
||||||
体积密度 |
5515年 |
3344年 |
5430年 |
5243年 |
3934年 |
1940年 |
(公斤米~ 3) |
||||||
表面重力 |
9.8 |
1.6 |
3.7 |
8.9 |
3.7 |
1.4 |
g (m s 2) |
||||||
C / MR2 |
0.3307 |
0.394 |
- - - - - - |
- - - - - - |
0.366 |
0.31 |
Rc / R |
0.55 |
0.2 |
0.75 b |
0.5摄氏度 |
0.45 - -0.55 d |
0.15 - -0.5 e |
米(xlO-4TR3) |
0.61 |
- - - - - - |
0.003 |
- - - - - - |
- - - - - - |
0.008 |
尤达(1996)]和水星(玛戈特et al .(2004))至少部分液体。我们将返回到其他行星的核心在本文的后面部分,但现在我们将关注地球,因为我们更详细地了解它。
图1 (a)展示了一个地球的横截面示意图。外行星由硅酸盐地幔的一半。近地表的刚性板块大约100公里厚,横向移动,最终回收的地幔俯冲带。在地幔深度2890公里了液态的外核;这个接口被称为地幔边界(招商银行)。液态的外核反过来让位于一个固体内核的深度5150公里,核心边界(ICB)。外核可能是混合和相对同质的;然而,核心和横向地幔可能是异构的。一个特别复杂的地区是地幔的基础,形成的热边界层对流羽流上升。
卓越的细节中,地球的内部结构是几乎完全要感谢地震学地震的研究(见斯坦和Wysession(2000)一个全面的概述)。地震发生因为地球的不同板块的相对运动,并生成波传播到地球。一场地震引起的断层滑动约1米或更多很容易检测到与现代地震仪在地球的另一边;每年大约50个这样的地震发生。地震检波器将检测在不同的位置
图1 (a)地球的横截面示意图。边界层厚度是规模。(b)在纵波(Vp)和S -变异
(Vs)速度和
图1 (a)地球的横截面示意图。边界层厚度是规模。(b)在纵波(Vp)和S -变异
(Vs)速度和密度与深度。从Dziewonski和安德森[1981]。(c)的变化温度和熔化曲线(固相)与深度。地幔熔融曲线从Boehler [2000];其他曲线从尼姆et al。[2004]。
地震波的路径采样地球内部的不同部分;自从地震速度随深度、相对波到达时间在不同的地震检波器可以用来推断出地球的速度结构。最外层的核心,有一个较慢的速度比上覆地幔,折射波,留下“阴影区”的人数很少。这个阴影区是第一个地震的存在证据的核心;后来发现移民在这个区确认内部核心的存在。
因为大部分的地球内部是固体,横向(S)和纵向(P)波传播。传播速度,这取决于当地的密度和弹性常数,是不同的。特别是,通过液体横波不传播。这个事实允许识别的外核流体:S波通过外核不能直接传播,因此几乎没有特点的角距离范围地震源。一旦P和S速度被称为径向距离的函数,然后迭代可以推断密度和重力随深度的变化。
整个地球的最大地震振动几十分钟或更少的时间。不同的振荡的振幅和周期取决于地球的速度和密度结构短波长浅结构振动更敏感,反之亦然。给予足够的振荡,密度和速度结构可以反向,从而提供一个独立的检查结果从地震波到达时间。
通过结合这两种方法的结果如图1所示(b)。速度随深度的增加主要是由于降低压缩性和越来越大的压力。S波速度下降为零外核的,因为它是一种液体。密度随深度增加,如预期。事实证明,外核的密度小于预期纯铁,暗示一种污染物的存在(见3.4秒。)。在ICB密度的增加,相反,大于一个希望一个简单的相变,这表明污染物没有被纳入固体核心。这驱逐一个光组成的核心凝固提供能量来驱动发电机的主要来源(见5.1秒。)。
建立了地球radially-averaged结构,它就变成了可以寻找地震速度的横向变化,这一过程称为地震断层。现在经常检测这两个层析图像俯冲板块和上升流羽毛[Montelli et al . (2004)]。一些速度异常推断,尤其是附近的招商银行,太大只要温度变化引起的,并可能涉及成分或相位变化[Oganov和小野(2004);村上et al。(2004);土屋et al。(2004)]或融化(威廉姆斯和Garnero (1996)]。也许更令人惊讶的是,内核也包含结构:最外层的变厚度的各向同性,但部分,在内部有一个织物(歌(2003);Souriau和Poupinet (2003)]。这个面料是观察的关键核心旋转(见秒。4)。
继续阅读:Sturzstroms的威胁
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