지구의 단단한 금속 구체는 '질감이 있다'

지구 중심에는 일종의 “행성 안의 행성”인 단단한 금속 공이 있으며, 그 존재는 적어도 우리가 알고 있는 것처럼 표면의 생명체를 가능하게 합니다.

시간이 지남에 따라 지구의 내부 핵이 어떻게 형성되고 성장하고 진화했는지는 미스테리로 남아 있으며, 유타 대학이 이끄는 연구팀이 자연적으로 발생하는 지진의 지진파의 도움을 받아 조사하려고 합니다. 직경 2,442km의 이 구는 지구 전체 부피의 1% 미만을 차지하지만, 그 존재는 행성의 자기장에 대한 책임이 있으며, 이것이 없다면 지구는 훨씬 다른 곳이 될 것입니다.

그러나 내부 코어는 한때 과학자들이 가정했던 균질한 질량이 아니라 오히려 다른 “직물”의 태피스트리에 가깝다고 미국 지질 및 지구 물리학과의 전 박사 과정 학생인 Guanning Pang은 말합니다.

Pang은 “이런 종류의 비균질성이 내핵 내부 어디에나 있다는 것을 처음으로 확인했다”고 말했다. 현재 Cornell University의 박사후 연구원인 Pang은 7월 5일에 발표된 새로운 연구의 주 저자입니다. 자연 그것은 지구의 가장 깊은 곳으로 통하는 창을 여는 것입니다. 그는 유타에서 박사 학위 논문의 일부로 연구를 수행했습니다.

다른 최후의 국경

이 연구를 감독한 U 지진학자 키스 코퍼(Keith Koper)는 “우리 연구의 목적은 내부 코어 내부를 들여다보는 것이었습니다.”라고 말했습니다. “프론티어 영역과 같습니다. 무언가의 내부를 이미지하고 싶을 때마다 얕은 효과를 제거해야 합니다. 그래서 이미지를 만들기 가장 어려운 곳, 가장 깊은 부분, 아직 알려지지 않은 부분이 있습니다. “

이 연구는 핵폭발을 감지하도록 설정된 지진 배열의 글로벌 네트워크에서 생성된 특수 데이터 세트를 활용했습니다. 1996년 유엔은 포괄적 핵실험 금지조약기구(CTBTO)를 위한 준비 위원회를 설립하여 그러한 폭발을 금지하는 국제 조약을 준수하도록 했습니다.

그 핵심은 전 세계에 배치된 고급 감지 장비를 사용하여 폭발을 감지하는 4개의 시스템을 특징으로 하는 국제 모니터링 시스템(IMS)입니다. 그들의 목적은 핵폭발에 대한 국제적 금지를 시행하는 것이지만, 그들은 데이터 과학자들이 지구 내부, 해양 및 대기에서 일어나는 일에 대해 새로운 빛을 비추는 데 사용할 수 있는 보물을 제공했습니다.

이 데이터는 유성 폭발을 밝히고, 피그미 대왕고래 군집을 식별하고, 날씨 예측을 발전시키고, 빙산이 어떻게 형성되는지에 대한 통찰력을 제공하는 연구를 촉진했습니다.

지구 표면은 철저히 지도화되고 특성화되었지만 내부는 직접 접근할 수 없기 때문에 연구하기가 훨씬 더 어렵습니다. 이 숨겨진 영역을 감지하는 가장 좋은 도구는 행성의 얇은 지각에서 전파되고 암석 맨틀과 금속 코어를 통해 진동하는 지진의 지진파입니다.

“일종의 축적된 소행성으로 형성된 행성 [in space]. 그들은 서로 부딪치고 있고 당신은 많은 에너지를 생성합니다. 따라서 지구 전체가 형성될 때 녹고 있습니다.”라고 Koper는 말했습니다. 금속은 중앙으로 가라앉고 액체 암석은 외부에 있으며 시간이 지남에 따라 본질적으로 동결됩니다. 모든 금속이 아래에 있는 이유는 그것들이 바위보다 무겁기 때문입니다.”

행성 안의 행성

지난 몇 년 동안 Koper의 연구실은 내핵에 민감한 지진 데이터를 분석해 왔습니다. Pang이 이끄는 이전 연구에서는 2001년에서 2003년 사이에 하루의 길이 변화를 촉발했을 수 있는 지구의 회전과 내부 핵 사이의 변화를 확인했습니다.

지름이 약 4,300마일인 지구의 핵은 대부분 철과 약간의 니켈 및 몇 가지 다른 원소로 구성되어 있습니다. 외핵은 액체 상태로 남아 고체 내핵을 감싸고 있습니다.

UUSS(U of U Seismograph Stations)를 지휘하는 지질학 교수인 코퍼(Koper)는 “그것은 자체 회전을 하는 행성 안의 행성과 같으며 이 큰 용융 철의 바다에 의해 분리됩니다.”라고 말했습니다.

지구를 둘러싼 자기 에너지의 보호 필드는 고체 코어 위로 2,260km(1,795마일)까지 확장되는 액체 외부 코어 내에서 발생하는 대류에 의해 생성된다고 그는 말했습니다. 녹은 금속은 단단한 내핵 위로 상승하고 지구의 암석 맨틀에 접근하면서 냉각되고 가라앉습니다. 이 순환은 행성을 감싸는 전자 띠를 생성합니다. 지구의 견고한 내부 핵이 없다면 이 자기장은 훨씬 더 약해질 것이고 행성 표면은 대기를 제거하고 표면을 사람이 살 수 없게 만드는 복사와 태양풍의 폭격을 받을 것입니다.

새로운 연구를 위해 U 팀은 남극 대륙에 2개를 포함하여 전 세계에 배치된 20개의 지진계 어레이에 의해 기록된 지진 데이터를 조사했습니다. 유타에서 가장 가까운 곳은 와이오밍주 파인데일 외곽에 있습니다. 이 장비는 화강암 층에 최대 10미터까지 뚫은 시추공에 삽입되고 파라볼라 안테나가 작동하는 방식과 유사하게 수신 신호를 집중시키는 패턴으로 배열됩니다.

Pang은 모두 진도 5.7을 초과하거나 솔트레이크시티를 뒤흔든 2020년 지진의 강도에 해당하는 2,455건의 지진에서 발생하는 지진파를 분석했습니다. 이 파동이 내부 코어에서 반사되는 방식은 내부 구조를 매핑하는 데 도움이 됩니다.

더 작은 지진은 연구에 유용할 만큼 강한 파도를 생성하지 않습니다.

“내부 코어에서 되돌아오는 이 신호는 정말 작습니다. 크기는 대략 나노미터 수준입니다.”라고 Koper는 말했습니다. “우리가 하는 일은 건초 더미에서 바늘을 찾는 것입니다. 그래서 이 아기 메아리와 반사는 보기가 매우 어렵습니다.”

핵심이 바뀌고 있다

과학자들은 1936년에 내핵이 고체임을 확인하기 위해 처음으로 지진파를 사용했습니다. 덴마크 지진학자 Inge Lehmann이 발견하기 전에는 전체 핵이 매우 뜨거워 화씨 10,000도에 육박하기 때문에 전체 핵이 액체라고 가정했습니다. 표면.

지구 역사의 어느 시점에서 내핵은 행성 중심에 존재하는 강력한 압력 하에서 “핵 형성” 또는 응고를 시작했습니다. 그 과정이 언제 시작되었는지는 알 수 없지만 U 팀은 지진 데이터에서 중요한 단서를 수집했으며, 이는 코어 내부로 침투한 파도와 관련된 산란 효과를 드러냈습니다.

“우리의 가장 큰 발견은 불균질성이 더 깊어질수록 더 강해지는 경향이 있다는 것입니다. 지구 중심으로 갈수록 더 강해지는 경향이 있습니다.”라고 Pang은 말했습니다.

“우리는 이 직물이 내부 코어가 얼마나 빨리 성장하는지와 관련이 있다고 생각합니다. 오래 전에 내부 코어는 정말 빠르게 성장했습니다. 평형에 도달한 다음 훨씬 더 느리게 성장하기 시작했습니다.”라고 Koper는 말했습니다. “모든 철이 고체가 된 것은 아니므로 일부 액체 상태의 철이 내부에 갇힐 수 있습니다.”

미국 국립과학재단(National Science Foundation)이 자금을 지원한 이번 연구에는 서던캘리포니아대학, 프랑스 낭트대학, 로스앨러모스 국립연구소 연구원들이 참여했다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230705115131.htm