地球’核心:在中心谎言,我们如何知道?

我们生活在密集,岩石的球的表面上,但科学使我们能够在其核心内部对同行。

当开创性的科幻作家Jules Verne写道时 到地球的中心 1864年,他可能知道他的情节是纯粹的幻想。 Verne的角色只使它成为几英里下降,但任何人甚至在维多利亚时代都被解雇了任何人甚至考虑到地球核心的想法。

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事实上,即使是今天, 最远的是我们钻进了地球 大约12公里,距离中心的距离超过500倍,在6,370公里处。

那么我们如何知道下面的东西?弄清楚我们的星球的核心是一个壮观的科学难题。

我们如何知道地球是圆的?

思想 地球 拥有一个有意义的中心与之携手共进 行星被形状像球,我们已经知道我们不长时间生活在光盘上。

这是一个神话中世纪民歌的神话 地球 was flat - 这实际上来自维多利亚时代的反宗教宣传,以及对该期间风格化地图的误解。

它在200多年前,希腊Polymath Eratosthenes首次测量地球领域周围的距离,从而从此必须有一个中心。

来自中世纪时期的误解地图导致了人们曾经认为地球的神话是平的©Getty Images
来自中世纪时期的误解地图导致了人们曾经认为地球的神话是平的©Getty Images

然而,这并不意味着,早期的哲学家在今天做的那样想到地球。

古希腊物理学称,世界由一系列同心球体的四个基本要素:地球,水,空气,最后,火。

在这个最古老的科学画面中,地球的中心必须坚实,因为空气不能在地球球体内。

显然,地球球体没有完全被水包围或没有干燥的土地,所以想到了一点地球伸出来 - 意思是只有一个大陆。

因此,美洲的发现实际上是第一个实验科学结果之一,使一个大陆的想法讨论,并在超越古希腊科学思维的方式上标志着重要的一步。

Eratosthenes对太阳的了解和地球上的位置帮助他计算地球的围绕©Getty Images
Eratosthenes对太阳的了解和地球上的位置帮助他计算地球的围绕©Getty Images

地球的想法是完全凹陷的,或者与verne书中的广阔洞穴到达中心,自古以来一直受到小说和神话中的流行,也以伪科学为特色 阴谋论.

然而,目前尚不清楚任何科学家都与天文学家分开 edmond哈利谁提出了一个空心地球,在1692年解释了一些不寻常的指南针读数,有史以来一直在认真对待这个想法。

在1798年,英国科学家和古怪将最后的钉子放在“空心地球”假设的棺材中。前进的亨利试图,用实验来准确称重行星。

地球的重量是多少?

Cavendish是一个奇怪的人,他只能通过笔记与他的仆人沟通,以避免面对面会面。

尽管他的贵族背景,卡文迪什致力于科学的生命,在化学和物理学中工作,最着名设计了计算地球密度的实验。

英国天然哲学家亨利洞穴(1731-1810)建立了扭转平衡,以测量两个大群众之间的引力力,因此他可以首次计算地球质量©Getty Images
英国天然哲学家亨利洞穴(1731-1810)建立了扭转平衡,以测量两个大肿块之间的重力,以便他可以首次计算地球的质量©Getty Images

使用简单的扭转平衡,该扭转平衡测量了由较小对的两个大球的重力拉动引起的扭曲力,所以试验机能够计算两对球之间的微弱引力吸引力。

通过将此与地球自身的引力拉动进行比较,他可以耗尽地球的密度(而且,随着地球的尺寸已经知道,它也是它的质量。

但密度图表明我们的星球必须大多是坚固的,除非在深度的某个地方有极其密集的未知材料。

我们如何知道地球核心是什么?

今天,我们将地球内部分成三个部分:外壳,即外层,厚度为5km和75公里,地幔,延伸到深度约为2,900km,核心厚度 - 钻头在这里感兴趣 - 从地球中心延伸大约3,500公里,有两个不同的细分。

在核心的心脏是一个极热但仍然的镍铁球,半径约为1,200km。在大约5,400°C下,该内核在温度下与表面相似 太阳。其余的是地球的液体外核,由大多数镍铁制成,具有类似的温度,朝向中心变热。

但是,我们如何了解有关一个如此无法访问的位置的详细信息?

鉴于近乎不可能在千公里的核心内获得,我们所有的知识都是间接的,取决于地震学 - 科学 地震.

地球核心结构。美国国家航空航天局装备的这个3D图像的元素
地球的核心与太阳表面相似的温度

在颤动之后,地震波穿过地球,根据他们通过的材料改变它们的形式和方向。地球物理学家利用这些信息来推断出地球核心所在的东西。

他们的地震仪,用于测量这种波的装置是相当的 望远镜 探索地球的内部。

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到20世纪初,随着我们挖掘到地球的越来越多的温度,与地震学家对地球波的分析相结合,建议我们的星球内部至少部分地熔化热量,使岩石和金属变成液体。

关键的发现是由两个科学家们所做的,他们甚至没有被提名为诺贝尔奖:英国地质学家理查德奥德姆和丹麦地震学家 inge lehmann..

什么可以挥动告诉我们地球的结构?

想想一个波浪,你可能会想到一个表面波,就像你在海上看到的那样。但是许多波浪 - 声音,例如 - 穿过材料的身体。

虽然导致地震损坏的地震波是那些在表面上行驶的波浪,但也有两种类型的“体波”,可以穿过地球。 p波('p'代表'主要')是纵向波,就像声音一样。

它们在运动方向上振动,导致地球在穿过时挤压并膨胀。

P-Waves在岩石等岩石中迅速迅速 - 每秒5km,在花岗岩的岩石中,每秒高达14km,在地幔的密度部分。

第二种类型的体波,S波('secondio')是较慢的,横波,从侧向侧移动。与p波不同,他们不能穿过液体,这就是为什么这两种类型的波被证明是帮助我们理解地球的核心。

想象一下有巨大的地震。波浪开始穿过地球。

1906年San Fransisco地震的后果©Getty Images
1906年San Fransisco地震的后果©Getty Images

P-Waves射击前方,而S波在速度左右后面落后。震动计将检测到两种类型的波,其用于测量地面上的地面中的振动。

但是在波浪通过核心到达远距离测量站的情况下,有一个所谓的阴影区域。从地震震中的地球周边周围旅行约104°,海浪消失了。但从140°开始,P波重新出现,没有伴随的S波。

早在1906年,Richard Oldham就实现了这个奇怪的阴影的含义。 Oldham在他的大部分职业生涯中与印度的地质调查一起,经常在喜马拉雅山工作。

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当他于1903年退出英国时,他利用了在过去几年中积累的数据来探测地球内部。他意识到,如果地球的中心是液体,则可以解释观察到的P波和S波行为。

在这种情况下,当其从水移动到空气时,P波将被液体折射,弯曲为光线,留下独特的阴影。相比之下,S波将完全由液体核心停止。

Oldham的突破导致了广泛接受的熔融核心的图片,但30年后,Inge Lehmann意识到奥尔罕默德的想法太简单了。

由地球中心的致密液体的p波的折射应产生完全阴影。

事实上,利用Lehmann的时间提供的更敏感的地震仪的测量表明,淡淡的P波仍然抵达阴影区。

丹麦地震学家Inge Lehmann,于1932年©皇家图书馆,丹麦国家图书馆,哥本哈根大学图书馆
丹麦地震学家Inge Lehmann,于1932年©皇家图书馆,丹麦国家图书馆,哥本哈根大学图书馆

通过从1929年的新西兰地区研究通过地球的数据,提出了这些波被反射了内固芯和外液体之间的边界。

她于1936年出版的结果两年后由Beno Gutenberg和Charles Richter确认,他准确地建立了固体核心的影响。

这些反射地震波的直接测量终于发生了1970年。

地球的核心是什么?

进一步的研究拾取了更微妙的波,从延迟到达时,必须从延迟到达,必须将液体外芯作为p波在内芯中转换成横向S芯,然后返回到p波上出路。

这次发现只在2005年确认,还有实体核心的另一种证明。

即便如此,内核的确切性质也受重大辩论。例如,温度只能从材料熔化和固化在压力下的实验研究中制定。

查尔斯里希特证实了Inge Lehmann的理论,即地球有一个坚实的核心;他还创造了Richter规模来定义地震的幅度©Getty Images
查尔斯里希特证实了Inge Lehmann的理论,即地球有一个坚实的核心;他还创造了Richter规模来定义地震的幅度©Getty Images

事实上,核心主要由铁和镍组成的假设来自频率的组合,其中不同元素在我们的局部地区发生了不同的元素,以及我们对我们的行星所形成的方式的理解。

在地球中心的巨大压力下 - 超过三百万次大气压 - 材料可以与正常情况相同。

虽然内芯的最明显的竞争者是固体镍 - 铁合金,但是可以极致密的等离子体 - 在恒星中发现的物质状态是有可能的。这里的困难之一是了解材料在这种极端环境中的行为方式。

进入钻石砧座。

在这种显着的装置中,两个钻石的点,仅在一起的一毫米的一小部分。

将力量施加到一个小区域产生的压力比将其施加到宽阔的地方 - 这就是为什么由高跟鞋的磨损而比平底鞋更痛苦。

金刚石砧型造成压力最多两倍的地球核心,并使用激光施加加热。

当金属样品被压碎并加热到核心状的条件时,结果表明了地球中心的结晶固体。

实际上,我们永远不会在地球核心附近的任何地方。

热量,压力和放射性的水平(内部加热的主要来源)如此之高,即使我们可以通过超过6,000公里的岩石和金属钻孔,探头将无法生存。

与到达核心相比,飞向太阳系的外部到来是微不足道的。

但是我们的星球自己的振动,由地震产生并被科学家解释为Inge Lehmann的巧妙,为我们提供了我们永远不会亲自访问的思想探索的手段。

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关键术语

纵波 - 这些波由一系列的一系列压缩和行进方向的放松组成,如沿其长度推动的稠度弹簧。示例包括声音和p波。

折射 - 当波浪撞击两种材料之间的边界时,以一定角度行进,它会改变方向。例如,当在水和空气之间通过时,光波被折射,使直角看起来弯曲。

地震学 - 地震研究。分析通过地球的不同类型的地震波线如何允许我们将我们的星球内部结构拼凑在一起。

扭转平衡 - 该设备由杆组成,通过曲线纤维悬挂在框架中。当杆侧向移动时,它将力施加到纤维上 - 进一步的曲折,力越大。

横波 - 这些波由一系列侧面振动组成,就像通过向上和向下移动一个端子送绳索的波。示例包括光和S波。