de vaste binnenkern (Fig. 1) is het meest afgelegen en raadselachtige deel van onze planeet, en, naast de korst, is de kleinste “officiële” onderverdeling van het binnenste van de aarde. Het werd ontdekt in 1936 (1), en in 1972 werd vastgesteld dat het solide was, zij het met een zeer kleine stijfheid (2-4). In 1993 was vastgesteld dat het kristallijn was (5)., De binnenste kern is geïsoleerd van de rest van de aarde door de lage viscositeit vloeistof buitenste kern, en het kan draaien, knikken, wiebelen, precess, oscilleren, en zelfs omdraaien, wordt slechts losjes beperkt door de omringende schelpen. Zijn bestaan, grootte en eigenschappen beperken de temperatuur en mineralogie in de buurt van het centrum van de aarde. Onder de afwijkende kenmerken zijn lage stijfheid en viscositeit (vergeleken met andere vaste stoffen), bulk demping, extreme anisotropie, en superrotatie (of vervorming; refs. 5–8)., Uit de seismische snelheden en kosmische abundanties weten we dat het voornamelijk bestaat uit ijzer-nikkel kristallen, en de kristallen moeten een grote mate van gemeenschappelijke oriëntatie vertonen. De binnenkern is naar verwachting zeer hoge thermische en elektrische geleidbaarheid, een niet-spherische vorm en frequentieafhankelijke eigenschappen hebben; ook kan het gedeeltelijk gesmolten zijn. Het kan essentieel zijn voor het bestaan van het magnetische veld en voor polariteit omkeringen van dit veld (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, en M. Gillan, ongepubliceerd werk)., Het invriezen van de binnenste kern en het uitstoten van onzuiverheden is waarschijnlijk verantwoordelijk voor het voeden van de geodynamo. Toch vertegenwoordigt de binnenste kern minder dan 1% van het volume van de aarde, en slechts een paar seismische golven bereiken het ooit en keren terug naar het oppervlak. De binnenste kern is een klein doelwit voor seismologen, en seismische golven worden vervormd door het passeren van de hele Aarde voordat het te bereiken. De omstandigheden in de buurt van het centrum van de aarde zijn zo extreem dat zowel theoretici als onderzoekers moeite hebben om de omgeving te dupliceren., Niettemin is er een recente vlaag van activiteit geweest over de binnenkern door seismologen, geochemisten, dynamici, materiaalwetenschappers en geodynamo theoretici. Bijna alles wat bekend of afgeleid is over de binnenste kern van Seismologie of van indirecte gevolgtrekking is controversieel. In dit nummer van PNAS voegen Ishii en Dziewoński (8) verdere intriges en complicaties toe aan fenomenen in de buurt van het centrum van de aarde, en suggereren ze een complexe geschiedenis voor dit kleine object.,

planeten differentiëren als ze accreteneren en gravitatieenergie verkrijgen. Timing van deze differentiatie is een al lang bestaand doel van de aardwetenschappen (9-13). Dichtheidsstratificatie verklaart de locaties van de korst, mantel en kern., De binnenkern is waarschijnlijk ook het resultaat van chemische stratificatie, hoewel het effect van druk op het smeltpunt een vaste binnenkern zou genereren, zelfs als deze chemisch identiek was aan de buitenkern. Materialen met een lage dichtheid worden uitgesloten wanneer de stolling traag is, zodat de binnenste kern zuiverder en dichter kan zijn dan de buitenste kern. Als de binnenkern kristalliseert en de buitenkern afkoelt, zal het materiaal dat in oplossing en suspensie wordt gehouden, aan de rand van de kernmantel uitkomen of bezinken en kan het in de onderste mantel worden opgenomen., De mantel wordt meestal behandeld als een chemisch homogene laag, maar dit is onwaarschijnlijk. Dichtere silicaten, mogelijk silicium – en ijzerrijk, trekken ook naar de onderste delen van de mantel. Korst-en ondiepe mantelmaterialen werden uit de aarde gezweet toen ze aangroeiden, en sommige waren blijkbaar nooit in evenwicht met kernmateriaal., Het effect van druk op fysische eigenschappen houdt in dat de mantel en de kern waarschijnlijk irreversibel gestratificeerd zijn bij accretie, dat alleen de buitenste schillen van de mantel deelnemen aan oppervlaktetechnieken zoals vulkanisme en platentektoniek, en dat alleen de diepere lagen momenteel interageren met de kern.

de korst, bovenmantel, ondermantel, kern en binnenkern zijn de schoolboekonderverdelingen van het binnenste van de aarde. Seismische tomografie wordt gebruikt om grootschalige laterale variaties in deze belangrijke onderverdelingen in kaart te brengen., Seismische technieken met hogere resolutie zijn gebruikt om kleinschalige kenmerken aan de boven-en onderkant van de kern te ontdekken en in kaart te brengen (14-16). De klassieke grenzen binnen de aarde (6) werden allemaal ontdekt in het begin van de vorige eeuw. In de jaren zestig werden interne grenzen van de mantel ontdekt op een diepte van 400 en 650 km en werden toegeschreven aan vaste–vaste faseveranderingen (17), in tegenstelling tot de andere grenzen die chemische of stollingsgrenzen zijn. Meer recent werd een waarschijnlijke chemische discontinuïteit gevonden diep in de mantel (16), en een andere werd afgeleid in de buurt van 900 km (18)., Seismische discontinuïteiten worden conventioneel gevonden door de reflectie en breking van seismische golven, maar onlangs zijn factoren zoals anisotropie, Demping, Het verspreiden, spectrale dichtheid, en statistische decorrelaties gebruikt om de meer subtiele eigenschappen te vinden. Het nieuwe gebied diep in de binnenste kern vertegenwoordigt een verandering in karakter van het anisotropiepatroon (8) en kan een fundamenteel ander fenomeen vertegenwoordigen.

De langdurige controverse over een langdurige (100 miljoen jaar) vs., een snelle (≈1 miljoen jaar) aardse accretie lijkt zich op te lossen in het voordeel van de kortere tijdschalen en een hoge temperatuur oorsprong. Geofysische gegevens vereisen snelle aanwas van de aarde en vroege vorming van de kern (9). Tot voor kort was snelle accretie in strijd met accretionele theorie en isotopische data, maar nu, deze disciplines zijn ook de voorkeur aan een gecontracteerde tijdschaal. Een verscheidenheid van isotopen hebben bevestigd korte tijdsintervallen tussen de vorming van het zonnestelsel en planetaire differentiatie processen (10-13)., Deze bevinding heeft invloed op de leeftijd van de binnenste kern en zijn koelgeschiedenis.

Er zijn drie heel verschillende mechanismen voor het maken van een planetaire kern. In de homogene accretiehypothese, de silicaten en de metalen accreteren samen, maar, als de aarde opwarmt, de zware metalen sijpelen naar beneden, uiteindelijk vormen grote dichte accumulaties die snel zinken naar het centrum, het nemen van de siderofiele elementen met hen., In de heterogene accretiehypothese beginnen de vuurvaste condensaten (met inbegrip van ijzer en nikkel) uit een koelnevel de kern van een planeet te vormen voordat het grootste deel van de silicaten en vluchtige stoffen beschikbaar zijn. Het late fineer draagt bij aan lage temperatuur condensaten en gassen, waaronder water, uit de verre uithoeken van het zonnestelsel. Ten slotte kunnen grote late inslagen efficiënt en snel hun metalen kernen injecteren in het centrum van de getroffen planeet en extra scheiding van ijzer uit de mantel veroorzaken. De maan is een bijproduct van een van deze late inslagen., Het materiaal in de kern kan daarom meerdere oorsprong en een complexe geschiedenis hebben. Andere kwesties met betrekking tot de innerlijke kern betreffen de leeftijd, groeisnelheid, dichtheid, temperatuur, textuur, en interne energiebronnen (refs. 8 en 19-21, en D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, en M. Gillan, ongepubliceerd werk).

de buitenste kern wordt gewoonlijk als volledig gesmolten beschouwd vanwege de lage viscositeit en het onvermogen om afschuifgolven over te brengen. Het kan echter meer dan 50% zwevende kristallen bevatten en zich nog steeds als vloeistof gedragen., De grens van de binnenkern zou dan de kruising van de geotherm met de smeltkromme (de conventionele verklaring) of een verdichtingsgrens kunnen voorstellen waar de deeltjesdichtheid van de drijfmest een drempelwaarde overschrijdt. Meestal wordt aangenomen dat de buitenkern homogeen is, volledig vloeibaar en turbulent convecteert. De binnenkern kan ook een aanzienlijke smeltfractie bevatten, vooral als er een groot interval is tussen de solidus en de liquidus. Er is ook voorgesteld dat de binnenkern een viskeuze vloeistof of een metallisch glas is (19)., De nieuwe resultaten op anisotropie maken dit onwaarschijnlijk. De lage, afgeleide viscositeit van de binnenkern betekent dat het kan vervormen en convecteren van de invloed van getijde-en rotatiespanningen en buitenste kernbewegingen, evenals van intern gegenereerde spanningen. De binnenste kern is een van de weinige plaatsen in het interieur waar men kan verwachten veranderingen te zien op een menselijke tijdschaal. Het kan semirigide differentiële rotatie ten opzichte van de mantel vertonen, maar ook, en waarschijnlijker, niet-rigide of plastische vervorming. Anisotropie is een indicator van een dergelijke vervorming of convectie.,

kristallen zijn anisotroop en zijn meestal georiënteerd door sedimentatie, bevriezing, herkristallisatie, vervorming en stroming. Daarom verwachten we dat de vaste delen van de aarde anisotroop zijn voor de voortplanting van seismische golven en andere materiële eigenschappen. Ondanks deze verwachtingen ging de seismologie voort en bloeide met de aanname van isotropie tot de jaren 1960. op dit punt werd de theorie van seismische anisotropie uitgewerkt en observaties verifieerden de verwachtingen (zie referenties in ref. 6)., Toch negeerden de meeste seismologen anisotropie tot voor kort in de voortgang van de seismologie. Niet alleen is anisotropie een nuttig hulpmiddel voor het bepalen van de samenstelling, mineralogie en vervorming van Seismologie, maar Aardmodellen op basis van isotropie kunnen volledig verkeerd zijn. Anisotropie is niet alleen een kleine verstoring van een in wezen isotrope aarde. De variatie van seismische golfsnelheden als functie van richting kan groter zijn dan die veroorzaakt door temperatuur en samenstelling., In het geval van de binnenste kern (8) reizen de penetrerende seismische golven bijna radiaal, dus zeer weinig informatie is extraheerbaar, behalve de variatie van de reistijd met AZIMUT, bijvoorbeeld equatoriale Versus poolpaden, of met golven die zich in verschillende richtingen in het equatoriale vlak verspreiden. De grootte van de Fresnelzone beperkt ook de seismische resolutie van de binnenste kern. Gelukkig hebben hogedruk-ijzerkristallen een grote anisotropie (21, 22); anders kan weinig worden gezegd over heterogeniteit of rotatie/vervorming van de binnenste kern.,

de vorm en het weefsel van de binnenkern worden beïnvloed door gravitatiekrachten van de mantel, elektromagnetische en viskeuze spanningen van de buitenkern en rotatie-en getijdenspanningen. Deze spanningen veroorzaken onomkeerbare kunststof stroom, kristal uitlijning, en herkristallisatie. Seismische anisotropie is een resultaat.

de binnenste kern wordt blootgesteld aan een verscheidenheid aan externe spanningen, waaronder variaties in baan-en rotatieparameters, getijden, zwaartekrachttrekkers uit de mantel, viskeuze weerstand van de buitenste kern en elektromagnetische krachten., Het kan ook interne spanningen door thermische en chemische variaties, anisotropie en het koelen veroorzaken, en aan deze door poreuze stroom, differentiële omwenteling, convectie, en misvorming en verwezenlijking van materiële anisotropie reageren. Anisotropie kan zich ook vormen door het bevriezen van de binnenkern en sedimentatie op zijn oppervlak. Kleinschalige heterogeniteit, bijvoorbeeld, kan kanalen of exsolution Weefsel smelten en kan ook schijnbare anisotropie genereren.

de conventionele verklaring voor de vorming van de vaste binnenkern impliceert langzame afkoeling en kristallisatie., Omdat de smelttemperatuur met de druk toeneemt, zal de kern vanuit het centrum naar buiten stollen. Maar dit effect betekent ook dat als de druk toeneemt als gevolg van accretie, de kern druk kan bevriezen als de aarde een kritieke grootte bereikt, tenzij er een grote hoeveelheid oververhitting is. Hoewel we weten dat het magnetisch veld oud is en dat een vaste en groeiende binnenste kern essentieel kan zijn voor zijn bestaan, is het mogelijk dat catastrofale gebeurtenissen zoals de maanvormende inslag de innerlijke kern een of meerdere keren hebben hervormd., Initiële oververhitting en episodische groei zullen mogelijk enkele van de huidige energieproblemen oplossen (ref. 20, en D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price, en M. Gillan, ongepubliceerd werk). Een groeiende binnenkern is nodig om de huidige dynamo aan te drijven, maar snelle koeling kan de oude dynamo hebben aangedreven (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price en M. Gillan, ongepubliceerd werk). De binnenste kern kan daarom veel jonger zijn dan de aarde. De heterogeniteit en anisotropie van de binnenkern kan helpen om zijn schijnbaar complexe geschiedenis te beperken.,

de binnenkern heeft invloed op een breed scala van geofysische, geochemische (23), magnetische veld, en planetaire problemen. Anisotropie is niet alleen een belangrijke parameter die van invloed is op de dynamiek van de kern, maar het maakt het ook mogelijk om de binnenste kern te karakteriseren en te controleren. Anisotropie is een onmisbaar hulpmiddel voor seismologen geworden, eerder dan de moeite die het ooit werd overwogen. En het vooruitzicht van het vinden van verschillen de volgende keer dat we kijken biedt een opwinding ongewoon in de meeste routine kartering inspanningen.