den faste indre kerne (fig. 1) er den fjerneste og gådefulde del af vores planet, og ved siden af skorpen er den mindste “officielle” underafdeling af Jordens indre. Det blev opdaget i 1936 (1), og i 1972 blev det fastslået, at det var solidt, omend med en meget lille stivhed (2-4). I 1993 var det blevet fastslået, at det var krystallinsk (5)., Den indre kerne er isoleret fra resten af jorden ved lav viskositet væske ydre kerne, og det kan rotere, nikke, wobble, precess, oscillere, og selv flip over, bliver kun løst begrænset af de omgivende skaller. Dens eksistens, størrelse og egenskaber begrænser temperaturen og mineralogien nær Jordens centrum. Blandt sine unormale egenskaber er lav stivhed og viskositet (sammenlignet med andre faste stoffer), bulk dæmpning, ekstrem anisotropi, og superrotation (eller deformation; refs. 5–8)., Fra seismiske hastigheder og kosmiske overflod ved vi, at det hovedsageligt består af jern-nikkelkrystaller, og krystallerne skal udvise en stor grad af fælles orientering. Den indre kerne forventes at have meget høj termisk og elektrisk ledningsevne, en ikke-kugleformet form og frekvensafhængige egenskaber; det kan også være delvist smeltet. Det kan være vigtigt for eksistensen af magnetfeltet og for polaritetsomvendinger af dette felt (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price og M. Gillan, upubliceret arbejde)., Frysning af den indre kerne og udvisning af urenheder er sandsynligvis ansvarlig for at drive geodynamoen. Alligevel repræsenterer den indre kerne mindre end 1% af jordens volumen, og kun et par seismiske bølger når den nogensinde og vender tilbage til overfladen. Den indre kerne er et lille mål for seismologer, og seismiske bølger forvrænges ved at passere gennem hele Jorden, før de når den. Forholdene nær Jordens centrum er så ekstreme, at både teoretikere og eksperimenter har svært ved at duplikere sit miljø., Ikke desto mindre har der været en nylig byge af aktivitet om den indre kerne af seismologer, geokemikere, dynamikere, materialer forskere og geodynamo teoretikere. Næsten alt, hvad der er kendt eller udledt om den indre kerne fra seismologi eller fra indirekte indledning, er kontroversielt. I dette nummer af PNAS, Ishii og Dziewoński (8) tilføje yderligere intriger og komplikation til fænomener nær centrum af Jorden, og de foreslår en kompleks historie, for dette lille objekt.,

planeter differentierer som de accrete og få gravitationsenergi. Timingen af denne differentiering er et mangeårigt mål for Jordvidenskab (9-13). Density stratification forklarer placeringen af skorpe, kappe, og kerne., Den indre kerne er sandsynligvis også resultatet af kemisk stratificering, skønt virkningen af tryk på smeltepunktet ville generere en solid indre kerne, selvom den kemisk var identisk med den ydre kerne. Materialer med lav densitet er udelukket, når størkning er langsom, så den indre kerne kan være renere og tættere end den ydre kerne. Når den indre kerne krystalliserer, og den ydre kerne afkøles, materialet, der holdes i opløsning og suspension, vil plade ud, eller slå sig ned, ved kernekantgrænsen og kan inkorporeres i den nederste kappe., Mantlen behandles normalt som et kemisk homogent lag, men det er usandsynligt. Tættere silikater, muligvis silicium-og jern-rige, også gravitate mod de nedre dele af kappen. Skorpelige og lavvandede mantelmaterialer blev svedt ud af jorden, da det voksede op, og nogle var tilsyneladende aldrig i ligevægt med kernemateriale., Effekten af presset på de fysiske egenskaber indebærer, at den kappe og kerne sandsynligvis stratificeret uigenkaldeligt ved tilvækst, at kun de ydre skaller af kappen deltage i overfladen processer som vulkanisme og pladetektonik, og at kun de dybere lag i øjeblikket interagere med kernen.

skorpen, øvre kappe, nedre kappe, kerne og indre kerne er lærebogens underopdelinger af Jordens indre. Seismisk tomografi bruges til at kortlægge store laterale variationer i disse store underafdelinger., Seismiske teknikker med højere opløsning er blevet brugt til at opdage og kortlægge småskala funktioner øverst og nederst på kernen (14-16). De klassiske grænser inde i jorden (6) blev alle opdaget i begyndelsen af forrige århundrede. I 1960’erne, indre grænser til kappen blev opdaget på dybder på 400 og 650 km, og blev tilskrevet fast–fast fase ændringer (17), i modsætning til de andre, som er kemiske eller størkning grænser. For nylig blev der fundet en sandsynlig kemisk diskontinuitet dybt i mantlen (16), og en anden blev udledt nær 900 km (18)., Seismiske diskontinuiteter er traditionelt findes som refleksion og brydning af seismiske bølger, men for nylig faktorer, såsom anisotropi, dæmpning, spredning, spectral density, og statistiske decorrelations er blevet brugt til at finde de mere subtile egenskaber. Den nye region dybt i den indre kerne repræsenterer en ændring i karakter af anisotropimønsteret (8) og kan repræsentere et fundamentalt anderledes fænomen.

den mangeårige kontrovers om en trukket ud (100 millioner år) vs., en hurtig (≈1 million år) terrestrisk tilvækst synes at løse sig selv til fordel for de kortere tidsskalaer og en høj temperatur Oprindelse. Geofysiske data kræver hurtig tilvækst af jorden og tidlig dannelse af kernen (9). Indtil for nylig, hurtig tilvækst har været i strid med akkretionel teori og isotopiske data, men nu, disse discipliner favoriserer også en kontraheret tidsskala. En række isotoper har bekræftet korte tidsintervaller mellem dannelsen af solsystemet og planetariske differentieringsprocesser (10-13)., Dette fund har indflydelse på alderen på den indre kerne og dens kølehistorie.

Der er tre helt forskellige mekanismer til fremstilling af en planetarisk kerne. I den homogene tilvækst hypotese, det silikater og metaller, der vokser sammen, men, som Jorden varmet op, tungmetaller perkolat nedad, for til sidst at danne store tætte forekomster, der synker hurtigt mod midten, tager den siderophile elementer med dem., I den heterogene accretionshypotese begynder de ildfaste kondensater (inklusive jern og nikkel) fra en køletåge at danne kernen på en planet, før hovedparten af silicater og flygtige stoffer er tilgængelige. Den sene finer bidrager med kondensater og gasser med lav temperatur, inklusive vand, fra solsystemets fjerne rækkevidde. Endelig kan store sene påvirkninger effektivt og hurtigt injicere deres metalliske kerner til midten af den påvirkede planet og udløse yderligere adskillelse af jern fra mantelen. Månen er et biprodukt af en af disse sene virkninger., Materialet i kernen kan derfor have flere oprindelser og en kompleks historie. Andre spørgsmål vedrørende den indre kerne involverer dens alder, vækstrate, densitet, temperatur, tekstur og interne energikilder (refs. 8 og 19-21, Og D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, og M. Gillan, upubliceret arbejde).

den ydre kerne anses normalt for at være fuldstændigt smeltet på grund af dens lave viskositet og manglende evne til at transmittere forskydningsbølger. Det kan dog indeholde mere end 50% suspenderede krystaller og stadig opføre sig som en væske., Grænsen for den indre kerne kunne derefter repræsentere krydsning af geotermen med smeltekurven (den konventionelle forklaring) eller en komprimeringsgrænse, hvor partikeldensiteten af opslæmningen overstiger en tærskel. Det antages normalt, at den ydre kerne er homogen, helt flydende og konvekterer turbulent. Den indre kerne også kan indeholde en betydelig smelte brøkdel, især hvis der er et stort interval mellem solidus og liquidus. Det er også blevet foreslået, at den indre kerne er en viskøs væske eller et metallisk glas (19)., De nye resultater på anisotropi gør dette usandsynligt. Den indre kernes lave, udledte viskositet betyder, at den kan deformere og konvektere fra påvirkningen af tidevandsspændinger og rotationspændinger og ydre kernebevægelser såvel som fra internt genererede spændinger. Den indre kerne er et af de få steder i det indre, hvor man kunne forvente at se ændringer på en menneskelig tidsskala. Det kan udvise semirigid differentialrotation med hensyn til mantlen, men også, og mere sandsynligt, ikke-stiv eller plastisk deformation. Anisotropi er en indikator for sådan deformation eller konvektion.,

Krystaller er anisotrope, og har tendens til at være orienteret ved sedimentation, frysning, omkrystallisation, deformation, og flow. Derfor forventer vi, at de faste dele af jorden er anisotrope til udbredelse af seismiske bølger og andre materialeegenskaber. På trods af disse forventninger fortsatte seismologien og blomstrede med antagelsen om isotropi frem til 1960 ‘ erne. på dette tidspunkt blev teorien om seismisk anisotropi udarbejdet og observationer verificerede forventningerne (se referencer i ref. 6)., Ikke desto mindre ignorerede de fleste seismologer anisotropi indtil for nylig i løbet af seismologien. Ikke kun er anisotropi et nyttigt værktøj til bestemmelse af sammensætning, mineralogi og deformation fra seismologi, men Jordmodeller baseret på isotropi kan være helt forkerte. Anisotropi er ikke blot en lille forstyrrelse af en i det væsentlige isotropisk jord. Variationen af seismiske bølgehastigheder som funktion af retning kan være større end dem, der skyldes temperatur og sammensætning., I tilfælde af indre indre kerne (8), gennemtrængende seismiske bølger, der rejser næsten radialt, således at det er meget lidt information er opløselige, undtagen variationen af rejsetid med azimuth, fx, ækvatorial vs. polar stier, eller med bølger udbreder sig i forskellige retninger i de ækvatoriale plan. Størrelsen af Fresnel-zoneonen begrænser også den seismiske opløsning af den inderste kerne. Heldigvis har højtryks jernkrystaller en stor anisotropi (21, 22); ellers kunne der ikke siges lidt om heterogenitet eller rotation/deformation af den indre kerne.,den indre kernes form og stof påvirkes af gravitationskræfter fra kappen, elektromagnetiske og viskøse belastninger fra den ydre kerne og rotations-og tidevandsspændinger. Disse spændinger forårsage irreversibel plast Flo., krystal justering, og omkrystallisation. Seismisk anisotropi er et resultat.

den indre kerne udsættes for en række eksterne belastninger, der involverer variationer i orbital-og rotationsparametre, tidevand, gravitationsbuger fra mantlen, tyktflydende træk i den ydre kerne og elektromagnetiske kræfter., Det kan også generere interne understreger, termiske og kemiske variationer, anisotropi og køling, og reagere på disse ved porøse flow, differential rotation, konvektion, og deformation og skabelsen af materiale anisotropi. Anisotropi kan også dannes ved frysning af den indre kerne og sedimentering på dens overflade. Småskala heterogenitet kan for eksempel smelte kanaler eller e .solutionsstof og kan også generere tilsyneladende anisotropi.

den konventionelle forklaring af dannelsen af den faste indre kerne involverer langsom afkøling og krystallisation., Fordi smeltetemperaturen stiger med tryk, vil kernen størkne fra midten udad. Men denne effekt betyder også, at når trykket stiger på grund af tilvækst, kan kernen fryse, når jorden når en kritisk størrelse, medmindre der er en stor mængde overhedning. Selv om vi ved, at det magnetiske felt er gamle, og at en solid og voksende indre kerne kan være afgørende for dens eksistens, er det muligt, at katastrofale begivenheder, såsom Månen-danner indvirkning kan have forårsaget den indre kerne til at reformere en eller flere gange., Indledende overhedning og episodisk vækst vil muligvis løse nogle af de nuværende energiproblemer (ref . 20, og D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, og M. Gillan, ikke-offentliggjorte arbejde). En voksende indre kerne er nødvendig for at drive den aktuelle dynamo, men hurtig afkøling kan have drevet den gamle dynamo (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price og M. Gillan, upubliceret arbejde). Den indre kerne kan derfor være meget yngre end Jorden. Den indre kernes heterogenitet og anisotropi kan hjælpe med at begrænse dens tilsyneladende komplekse historie.,

den indre kerne har indflydelse på en lang række geofysiske, geokemiske (23), magnetfelt og planetariske problemer. Anisotropi er ikke kun en vigtig parameter, der har indflydelse på kernedynamikken, men det gør det også muligt at karakterisere og overvåge den indre kerne. Anisotropi er blevet et uundværligt redskab for seismologer, snarere end den ulejlighed, det engang blev overvejet. Og udsigten til at finde forskelle næste gang vi ser tilbyder en spænding usædvanligt i de fleste rutinemæssige kortlægning bestræbelser.