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地球の内側の内核

固体の内核(Fig. 1)は、私たちの惑星の中で最も遠隔で謎めいた部分であり、地殻の隣には、地球の内部の最小の”公式”細分です。 それは1936年に発見されました(1)、そして1972年までにそれは非常に小さな剛性(2-4)ではあるが、固体であることが確立されました。 1993年(平成5年)までに廃止されている。, 内側のコアは、低粘度の流体の外側のコアによって地球の残りの部分から隔離されており、回転、うなずき、ぐらつき、歳差運動、振動、さらには裏返しさえすることができ、周囲の殻によってゆるく拘束されているだけである。 その存在、大きさ、および特性は、地球の中心付近の温度および鉱物学を制約する。 その異常特性の中には、低剛性および粘度(他の固体と比較して)、バルク減衰、極端な異方性、および超回転(または変形;refs)があります。 5–8)., 地震速度と宇宙の存在量から、それは主に鉄-ニッケル結晶で構成されており、結晶は大きな共通の向きを示さなければならないことがわかってい 内部コアは、非常に高い熱および電気伝導率、非球状形状、および周波数依存性を有することが予測され、また、部分的に溶融している可能性がある。 磁場の存在とこの磁場の極性逆転には不可欠である可能性があります(D.Gubbin、D.Alfe、G.Masters、D.Price、およびM.Gillan、未発表の作品)。, 内部コアの凍結と不純物の排除は、ジオダイナモに電力を供給する原因となる可能性があります。 しかし、内核は地球の体積の1%未満を表し、わずかな地震波がそれに到達して表面に戻るだけです。 内核は地震学者にとって小さな標的であり、地震波は地球に到達する前に地球全体を通過することによって歪んでいます。 地球の中心付近の条件は非常に極端であり、理論家と実験者の両方がその環境を複製することが困難である。, それにもかかわらず、地震学者、地球化学者、動力学者、材料科学者、およびジオダイナモ理論家による内部コアについての最近の活動の突風があった。 地震学または間接推論から内核について知られているか推測されているほとんどすべてが議論の余地があります。 PNASのこの問題では、石井とDziewoński(8)は、地球の中心付近の現象にさらなる陰謀と複雑さを加え、この小さな物体の複雑な歴史を示唆しています。,

地震学または間接推論から、内核について知られているか推測されているほとんどすべてが議論の余地があります。

iv xmlns:xhtml=”http://www.w3.org/1999/xhtml”>図1.

地球の内部のビュー。 地球全体に対するコアの様々な領域の体積の関係が示されています:外核(淡い青色)は15%を占め、内核(ピンク)は1%未満を占め、最も内側の内核(赤)は地球の体積の0.01%しか占めていません。, 地球の核は厚さ3,000kmの不均一なマントルの下にあり(平均地震速度以上の異常は青で、平均速度より低い異常は赤で示されている)、核の特性の調

惑星は重力エネルギーを受け取るにつれて区別されます。 この分化のタイミングは、地球科学の長年の目標です(9-13)。 密度成層は、地殻、マントル、およびコアの位置を説明します。, 内部コアは化学成層の結果でもある可能性が高いが、融点に対する圧力の影響は、たとえそれが外側コアと化学的に同一であっても固体の内部コアを生成するであろう。 低密度材料は、凝固が遅い場合には除外されるため、内部コアは外部コアよりも純粋で密度が高くなる可能性があります。 内側のコアが結晶化し、外側のコアが冷却されると、溶液及び懸濁液中に保持された材料は、コアマントル境界でプレート化されるか、又は沈降し、最も低いマントル内に組み込まれ得る。, マントルは通常、化学的に均質な層として扱われるが、これはありそうもない。 シリコンや鉄が豊富なケイ酸塩もマントル下部に引き寄せられる。 地殻および浅いマントル物質は、降着したときに地球から汗をかき、いくつかは明らかにコア物質と平衡になっていなかった。, 圧力が物理的性質に及ぼす影響は、マントルとコアが降着時に不可逆的に成層した可能性があり、マントルの外殻のみが火山活動やプレートテクトニクスのような表面過程に関与し、より深い層のみが現在コアと相互作用していることを意味する。

地殻、上部マントル、下部マントル、コア、および内部コアは、地球の内部の教科書の細分化です。 地震断層撮影は、これらの主要な下位区分の大規模な横方向の変化をマッピングするために使用されます。, より高い解像度の地震技術は、コア(14-16)の上部と下部に小規模特徴を発見し、マッピングするために使用されています。 地球内部の古典的な境界(6)は、すべて前世紀の初期に発見されました。 1960年代には、マントル内部の境界が400kmと650kmの深さで発見され、化学境界または凝固境界である他の境界とは対照的に、固体–固体相変化(17)に起因するものと考えられていた。 さらに最近では、マントル(16)の深いところで化学的不連続性が見つかり、別のものが900km(18)の近くで推測されました。, 従来は地震波の反射と屈折によって地震不連続性が見つかっていましたが,最近では異方性,減衰,散乱,スペクトル密度,統計的非相関などの要因がより微妙な特徴を見つけるために用いられています。 内側コアの深い新しい領域は、異方性パターン(8)の特性の変化を表し、根本的に異なる現象を表すことができます。

引き出された(100万年)対に関する長年の論争, 急速な(約1万年)地上の降着は、より短い時間スケールと高温起源に有利に解決されているようです。 地球物理学的データは、地球の急速な降着とコアの早期形成を必要とする(9)。 最近まで、急速な降着は降着理論や同位体データと対立してきましたが、今ではこれらの分野も収縮した時間スケールを支持しています。 さまざまな同位体が太陽系の形成と惑星の分化プロセス(10-13)の間の短い時間間隔を確認しています。, この発見は、内核の年齢とその冷却履歴に関係しています。

惑星コアを作るための三つの全く異なるメカニズムがあります。 均質な降着仮説では、ケイ酸塩と金属は一緒に降着するが、地球が加熱するにつれて、重金属は下方に浸透し、最終的に中心に向かって急速に沈む大きな密な蓄積を形成し、それらと共にsiderophile要素を取る。, 不均質降着仮説では、冷却星雲からの耐火凝縮物(鉄およびニッケルを含む)は、ケイ酸塩および揮発性物質のバルクが利用可能になる前に惑星の核を形成し始める。 後期のベニヤは、太陽系の遠い範囲から水を含む低温の凝縮物およびガスを寄与する。 最後に、大きな後期衝撃は、衝突した惑星の中心に金属コアを効率的かつ迅速に注入し、マントルから鉄のさらなる分離を引き起こすことができる。 月は、これらの後期衝突の副産物です。, したがって、コア内の材料は、複数の起源と複雑な歴史を持つことができます。 インナーコアに関する他の問題は、その年齢、成長率、密度、温度、テクスチャ、および内部エネルギー源(refs。 8および19-21、およびD.Gubbin、D.Alfe、G.Masters、D.Price、およびM.Gillan、未発表の作品)。

外コアは、その低粘度およびせん断波を伝達できないため、通常、完全に溶融していると考えられる。 しかし、それは50%以上の懸濁結晶を含み、依然として流体として振る舞うことができる。, 内部コアの境界は、溶融曲線(従来の説明)またはスラリーの粒子密度がしきい値を超える圧縮境界とのジオテルムの交差を表すことができる。 通常、外側のコアは均質で、完全に流体であり、乱れて対流すると仮定される。 内部コアはまた、特に固相相と液相相との間に大きな間隔がある場合には、実質的な溶融分率を含むことができる。 また、内部コアが粘性流体または金属ガラスであることが提案されている(19)。, 新規の結果に異方性はこの考えにくい。 内部コアの推定粘度が低いことは、内部で発生した応力だけでなく、潮汐応力および回転応力および外コアの動きの影響から変形および対流することができることを意味する。 インナーコアは、人間の時間スケールで変化を見ることが期待されるかもしれない内部の数少ない場所の一つです。 それは、マントルに対して半剛性の微分回転を示すが、より可能性が高い、非剛性または塑性変形を示すことがある。 異方性は、このような変形または対流の指標の一つです。,

結晶は異方性であり、沈降、凍結、再結晶、変形、および流れによって配向する傾向がある。 したがって、地球の固体部分は、地震波の伝播および他の材料特性に対して異方性であることが期待される。 これらの期待にもかかわらず、地震学は1960年代まで等方性を前提として発展し、繁栄しました。この時点で、地震異方性の理論が考案され、観測によって期待が検証されました(参考文献を参照)。 6)., それにもかかわらず、ほとんどの地震学者は地震学の進歩においてかなり最近まで異方性を無視した。 異方性は、組成、鉱物学、および地震学からの変形を決定するための有用なツールであるだけでなく、等方性に基づく地球モデルは完全に間違っている可 異方性は、本質的に等方性の地球に対する単なる小さな摂動ではありません。 方向の関数としての地震波速度の変化は、温度および組成によって引き起こされるものよりも大きくなる可能性がある。, 内側の内核(8)の場合、貫通地震はほぼ放射状に移動するので、赤道対極経路などの方位角による移動時間の変化、または赤道平面内で異なる方向に伝播する波を除いて、ほとんど情報が抽出できない。 フレネルゾーンの大きさはまた、最も内側のコアの地震分解能を制限する。 幸いなことに、高圧鉄結晶は大きな異方性(21、22)を有し、そうでなければ、ほとんどの不均一性や内核の回転/変形について言うことができませんでした。,

内核の形状および生地は、マントルからの重力、外核からの電磁および粘性応力、および回転および潮汐応力の影響を受ける。 これらの応力は不可逆的な塑性流れ,結晶配向および再結晶を引き起こす。 地震異方性が一つの結果である。

内核は、軌道および回転パラメータの変化、潮汐、マントルからの重力タグボート、外核の粘性抗力、および電磁力を含む様々な外部応力を受ける。, それはまた熱および化学変化、異方性および冷却によって内部応力を発生させ、多孔質流れ、差動回転、対流および変形および材料異方性の作成によってこれらに応答するかもしれない。 異方性は、内核の凍結およびその表面上の沈降によっても形成され得る。 例えば、小規模不均一性は、チャネルまたは脱溶解布を溶融させることができ、見かけの異方性を生成することもできる。

固体内核の形成に関する従来の説明は、ゆっくりとした冷却および結晶化を伴う。, 溶融温度は圧力とともに上昇するため、コアは中心から外側に凝固します。 しかし、この効果はまた、降着のために圧力が増加するにつれて、大量の過熱がない限り、地球が臨界サイズに達すると、コアは圧力凍結することができることを意味します。 私たちは、磁場が古代であり、固体と成長している内核がその存在に不可欠であるかもしれないことを知っているが、そのような月形成衝突などの破, 初期の過熱と一時的な成長は、おそらく現在のエネルギー問題のいくつかを解決するでしょう(ref. 20、およびD.Gubbin、D.Alfe、G.Masters、D.Price、およびM.Gillan、未発表の作品)。 現在のダイナモに電力を供給するためには成長する内部コアが必要であるが、急速な冷却が古代のダイナモに電力を供給した可能性がある(D.Gubbin、D.Alfe、G.Masters、D.Price、およびM.Gillan、未発表の作品)。 したがって、内核は地球よりもはるかに若いかもしれません。 内部コアの不均一性と異方性は、その明らかに複雑な歴史を制約するのに役立つかもしれない。,

内核は、地球物理学、地球化学(23)、磁場、および惑星問題の多種多様に関係しています。 異方性は、コアダイナミクスに関係する重要なパラメータであるだけでなく、内部コアの特性評価とモニタリングを可能にします。 そのため、かつてはこのような考え方ではなく、地震学者にとって欠かせない道具となっていた。 そして私達が見る時次の相違を見つけることの見通しはほとんどの定期的な地図を描く努力で珍しい興奮を提供する。

脚注

  • *メールアドレス:dla{at}gps.caltech.edu—–,

  • 14026ページのコンパニオン記事を参照してください。