den fasta inre kärnan (Fig. 1) är den mest avlägsna och gåtfulla delen av vår planet, och bredvid skorpan är den minsta ”officiella” underavdelningen av jordens inre. Det upptäcktes 1936 (1), och 1972 konstaterades att det var fast, om än med en mycket liten styvhet (2-4). År 1993 hade det fastställts att det var kristallint (5)., Den inre kärnan isoleras från resten av jorden av den yttre kärnan med lågviskositet, och den kan rotera, nicka, wobble, precess, oscillera och till och med vända över, som endast är löst begränsad av de omgivande skalen. Dess existens, storlek och egenskaper begränsar temperaturen och mineralogin nära jordens centrum. Bland dess avvikande egenskaper är låg styvhet och viskositet (jämfört med andra fasta ämnen), bulkdämpning, extrem anisotropi och superrotation (eller deformation; refs. 5–8)., Från seismiska hastigheter och kosmiska överflöd vet vi att det huvudsakligen består av järn-nickelkristaller, och kristallerna måste uppvisa en stor grad av gemensam orientering. Den inre kärnan förutspås ha mycket hög värme-och elektrisk ledningsförmåga, en icke-sfärisk form och frekvensberoende egenskaper; det kan också vara delvis smält. Det kan vara viktigt för förekomsten av magnetfältet och för polaritetsomvandlingar av detta fält (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price och M. Gillan, opublicerat arbete)., Frysning av den inre kärnan och utvisning av föroreningar är sannolikt ansvarig för att driva geodynamo. Ändå representerar den inre kärnan mindre än 1% av jordens volym, och endast några seismiska vågor når någonsin den och återvänder till ytan. Den inre kärnan är ett litet mål för seismologer, och seismiska vågor förvrängs genom att passera genom hela jorden innan de når den. Förhållanden nära jordens centrum är så extrema att både teoretiker och experimenter har svårt att duplicera sin miljö., Ändå har det varit en ny aktivitet om den inre kärnan av seismologer, geokemister, dynamicister, materialforskare och geodynamo-teoretiker. Nästan allt som är känt eller dragit slutsatsen om den inre kärnan från seismologi eller från indirekt inferens är kontroversiellt. I denna fråga av PNAS, Ishii och Dziewoński (8) lägger till ytterligare intriger och komplikationer till fenomen nära jordens centrum, och de föreslår en komplex historia för detta lilla objekt.,

planeter skiljer sig åt när de accrete och får gravitationsenergi. Timing av denna differentiering är ett långvarigt mål för Jordvetenskap (9-13). Densitet stratifiering förklarar placeringen av skorpan, manteln och kärnan., Den inre kärnan är sannolikt också resultatet av kemisk stratifiering, även om effekten av tryck på smältpunkten skulle generera en fast inre kärna även om den var kemiskt identisk med den yttre kärnan. Material med låg densitet utesluts när stelning är långsam, så den inre kärnan kan vara renare och tätare än den yttre kärnan. När den inre kärnan kristalliserar och den yttre kärnan kyler, kommer materialet som hålls i lösning och upphängning att platta ut eller lösa sig vid kärnmantelgränsen och kan införlivas i den nedersta manteln., Manteln behandlas vanligtvis som ett kemiskt homogent skikt, men det är osannolikt. Tätare silikater, eventuellt kisel – och järnrika, graviterar också mot mantelens nedre delar. Skorpor och grunda Mantelmaterial svettades ut ur jorden som det accreted, och vissa var tydligen aldrig i jämvikt med kärnmaterial., Effekten av tryck på fysikaliska egenskaper innebär att manteln och kärnan troligen stratifieras irreversibelt vid anhopning, att endast mantelens yttre skal deltar i ytprocesser som vulkanism och platttektonik, och att endast de djupare skikten för närvarande interagerar med kärnan.

skorpan, övre manteln, nedre manteln, kärnan och inre kärnan är lärobokens underavdelningar av jordens inre. Seismisk tomografi används för att kartlägga storskaliga laterala variationer i dessa stora underavdelningar., Seismiska tekniker med högre upplösning har använts för att upptäcka och kartlägga småskaliga funktioner högst upp och längst ner i kärnan (14-16). De klassiska gränserna inuti jorden (6) upptäcktes alla i början av förra seklet. På 1960-talet upptäcktes gränser internt för manteln på djup av 400 och 650 km och tillskrevs fasta fasförändringar (17), i motsats till de andra som är kemiska eller stelningsgränser. Mer nyligen hittades en sannolik kemisk diskontinuitet djupt i manteln (16), och en annan utlästes nära 900 km (18)., Seismiska diskontinuiteter finns konventionellt av reflektion och brytning av seismiska vågor, men nyligen har faktorer som anisotropi, dämpning, spridning, spektraldensitet och statistiska inredningar använts för att hitta de mer subtila funktionerna. Den nya regionen djupt i den inre kärnan representerar en förändring i karaktär anisotropi mönster (8) och kan representera en fundamentalt annorlunda fenomen.

den långvariga kontroversen om en utdragen (100 miljoner år) vs., en snabb (1 miljon år) terrestrial accretion verkar lösa sig till förmån för de kortare tidsskalorna och ett högtemperaturursprung. Geofysiska data kräver snabb anhopning av jorden och tidig bildning av kärnan (9). Fram till nyligen har snabb anhopning varit i strid med accretional teori och isotopdata, men nu är dessa discipliner också gynnar en kontrakterad tidsskala. En mängd olika isotoper har bekräftat korta tidsintervall mellan bildandet av solsystemet och planetariska differentieringsprocesser (10-13)., Detta fynd har betydelse för den inre kärnans ålder och dess kylhistorik.

det finns tre helt olika mekanismer för att göra en planetkärna. I den homogena ackretionshypotesen accreterar silikaterna och metallerna tillsammans, men när jorden värms upp sjunker tungmetallerna nedåt och bildar så småningom stora täta ackumulationer som sjunker snabbt mot mitten och tar siderofilerna med dem., I den heterogena ackretionshypotesen börjar de eldfasta kondensaterna (inklusive järn och nickel) från en kylnebulosa att bilda kärnan på en planet innan huvuddelen av silikaterna och flyktiga ämnen finns tillgängliga. Den sena faner bidrar låg temperatur kondensat och gaser, inklusive vatten, från de avlägsna delarna av solsystemet. Slutligen kan stora sena effekter effektivt och snabbt injicera sina metallkärnor till mitten av den påverkade planeten och utlösa ytterligare separation av järn från manteln. Månen är en biprodukt av en av dessa sena effekter., Materialet i kärnan kan därför ha flera ursprung och en komplex historia. Andra frågor om den inre kärnan involverar dess ålder, tillväxthastighet, densitet, temperatur, textur och interna energikällor (refs. 8 och 19-21, Och D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price och M. Gillan, opublicerat arbete).

den yttre kärnan anses vanligtvis vara helt smält på grund av dess låga viskositet och oförmåga att överföra skjuvvågor. Det kan dock innehålla mer än 50% suspenderade kristaller och fortfarande uppträda som en vätska., Gränsen för den inre kärnan kan då representera korsningen av geothermen med smältkurvan (den konventionella förklaringen) eller en komprimeringsgräns där uppslamningens partikeldensitet överstiger ett tröskelvärde. Det antas vanligtvis att den yttre kärnan är homogen, helt flytande och transporterar turbulent. Den inre kärnan kan också innehålla en väsentlig smältfraktion, särskilt om det finns ett stort intervall mellan solidus och liquidus. Det har också föreslagits att den inre kärnan är en viskös vätska eller ett metallglas (19)., De nya resultaten på anisotropi gör detta osannolikt. Den inre kärnans låga, härledda viskositet innebär att den kan deformeras och konvehera från påverkan av tidvatten – och rotationsspänningar och yttre kärnrörelser samt från internt genererade påfrestningar. Den inre kärnan är en av de få platser i det inre där man kan förvänta sig att se förändringar på en mänsklig tidsplan. Det kan uppvisa semirigid differentialrotation med avseende på manteln men också, och mer sannolikt, nonrigid eller plast deformation. Anisotropi är en indikator på sådan deformation eller konvektion.,

kristaller är anisotropa och tenderar att orienteras genom sedimentering, frysning, omkristallisering, deformation och flöde. Därför förväntar vi oss att de fasta delarna av jorden är anisotropa för förökning av seismiska vågor och andra materialegenskaper. Trots dessa förväntningar fortsatte seismologin och blomstrade med antagandet om isotropi fram till 1960-talet. vid denna tidpunkt utarbetades teorin om seismisk anisotropi och observationer verifierade förväntningarna (se referenser i ref. 6)., Ändå ignorerade de flesta seismologer anisotropi tills ganska nyligen i utvecklingen av seismologi. Anisotropi är inte bara ett användbart verktyg för att bestämma komposition, mineralogi och deformation från seismologi, men Jordmodeller baserade på isotropi kan vara helt fel. Anisotropi är inte bara en liten störning till en väsentligen isotropisk jord. Variationen av seismiska våghastigheter som en funktion av riktning kan vara större än de som orsakas av temperatur och komposition., När det gäller den inre inre kärnan (8) färdas de genomträngande seismiska vågorna nästan radiellt, så mycket liten information är utvinningsbar, förutom variationen av restid med azimut, t.ex. ekvatoriella vs polära vägar, eller med vågor som sprids i olika riktningar i ekvatorialplanet. Storleken på Fresnelzonen begränsar också den seismiska upplösningen av den innersta kärnan. Lyckligtvis har högtrycksjärnkristaller en stor anisotropi (21, 22); annars kunde lite sägas om heterogenitet eller rotation/deformation av den inre kärnan.,

den inre kärnans form och tyg påverkas av gravitationskrafter från manteln, elektromagnetiska och viskösa påkänningar från den yttre kärnan och rotations-och tidvattenspänningar. Dessa påfrestningar orsakar irreversibelt plastflöde, kristallinriktning och omkristallisering. Seismiska anisotropi är ett resultat.

den inre kärnan utsätts för en mängd olika yttre påfrestningar som involverar variationer i orbital-och rotationsparametrar, tidvatten, gravitationella bogserbåtar från manteln, viskös drag av den yttre kärnan och elektromagnetiska krafter., Det kan också generera inre spänningar genom termiska och kemiska variationer, anisotropi och kylning, och svara på dessa genom poröst flöde, differentialrotation, konvektion, och deformation och skapande av material anisotropi. Anisotropi kan också bildas genom frysning av den inre kärnan och sedimentering på dess yta. Småskalig heterogenitet, till exempel, kan smälta kanaler eller exsolution tyg och kan också generera uppenbara anisotropi.

den konventionella förklaringen av bildandet av den fasta inre kärnan innebär långsam kylning och kristallisering., Eftersom smälttemperaturen ökar med tryck, kommer kärnan att stelna från mitten utåt. Men denna effekt innebär också att när trycket ökar på grund av anhopning, kärnan kan tryckfrysa när jorden når en kritisk storlek, om det inte finns en stor mängd överhettning. Även om vi vet att magnetfältet är gammalt och att en fast och växande inre kärna kan vara avgörande för dess existens, är det möjligt att katastrofala händelser som Månbildande påverkan kan ha orsakat den inre kärnan att reformera en eller flera gånger., Initial överhettning och episodisk tillväxt kommer eventuellt att lösa några av de nuvarande energiproblemen (ref. 20, och D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price och M. Gillan, opublicerat arbete). En växande inre kärna behövs för att driva den nuvarande dynamo, men snabb kylning kan ha drivit den gamla dynamo (D. Gubbin, D. Alfe, G. Masters, D. Price och M. Gillan, opublicerat arbete). Den inre kärnan kan därför vara mycket yngre än jorden. Heterogeniteten och anisotropi av den inre kärnan kan hjälpa till att begränsa sin uppenbarligen komplexa historia.,

den inre kärnan har en mängd geofysiska, geokemiska (23), magnetfält och planetariska problem. Anisotropi är inte bara en viktig parameter som bär på kärndynamiken, men det gör det också möjligt att karakterisera och övervaka den inre kärnan. Anisotropi har blivit ett oumbärligt verktyg för seismologer, snarare än den stör det en gång övervägdes. Och utsikterna att hitta skillnader nästa gång vi tittar erbjuder en spänning ovanlig i de flesta rutin kartläggning strävanden.