Nucli extern
capa líquida composta de ferro i níquel situada entre el nucli intern sòlid i a sota del mantell From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
El nucli extern de la Terra és una capa líquida d'uns 2.266 quilòmetres d'ample composta de ferro i níquel que es troba damunt del nucli intern sòlid i a sota del mantell.[1][2][3] El seu límit exterior es troba a 2.890 quilòmetres de profunditat. La transició entre el nucli intern i extern es troba a aproximadament 5.150 km de profunditat.[4]
La temperatura del nucli extern varia entre 4.400 °C a les regions exteriors i 6.100 °C a prop del nucli intern. A causa d'aquesta temperatura tan alta, s'ha demostrat que el nucli extern és un fluid amb poca viscositat (unes deu vegades la viscositat dels metalls líquids a la superfície) que converteix turbulentament.[5] El nucli extern no es troba a prou pressió per ser sòlid, per tant és líquid tot i que té una composició similar a la del nucli intern. El sofre i l'oxigen també podrien ser presents al nucli extern.
Sense el nucli extern, la vida a la Terra seria molt diferent. La convecció de metalls líquids al nucli extern crea el camp magnètic de la Terra.[6][7] Aquest camp magnètic s'estén cap enfora de la Terra durant uns quants milers de quilòmetres, i crea una bombolla protectora al voltant de la Terra que deflecteix el vent solar del Sol. Sense aquest camp, el vent solar xocaria directament amb l'atmosfera de la Terra. Potencialment hauria eliminat l'atmosfera, deixant la Terra sense vida.[8]
Remove ads
Història
En 1904, Ernest Rutherford va proposar la descomposició radioactiva com a font de calor de la Terra,[9] això no es va demostrar fins a 2010.[10] Ja en 1906, el geòleg britànic Richard Dixon Oldham basant-se en les seves avaluacions de les diferències de temps de viatge de les Ones P i de les Ones S provocades per un terratrèmol, que la Terra té un nucli, i va estimar que el radi del límit entre el nucli i el mantell terrestre era de 0,6 radis terrestres, o d'uns 2.500-2.600 km de profunditat.[11][12] En 1914, el geofísic alemany Beno Gutenberg va calcular la profunditat del límit entre el nucli i el mantell en 2.900 km. El matemàtic i geofísic britànic Harold Jeffreys va confirmar el límit en 2.898±3 km en els seus càlculs en 1939. En l'actualitat, es creu que el límit entre el nucli i el mantell difereix i se situa en mitjana a 2.900 km de profunditat.[11]
La sismòloga danesa Inge Lehmann va descobrir que el límit entre el nucli intern i l'extern era una discontinuïtat en la velocitat de propagació ja en 1936 —el patró de les ones P indicava una forta refracció en aquesta interfície.[13]
Remove ads
Característiques
Se suposa que el nucli extern es troba en estat líquid, perquè les ones sísmiques S no ho travessen i les P disminueixen bruscament la seva velocitat. Està compost de ferro barrejat amb níquel i altres elements més lleugers. La majoria dels científics creuen que la convecció en el nucli extern, combinada amb la rotació de la Terra (efecte de Coriolis), origina el camp magnètic terrestre a través d'un procés explicat per la hipòtesi de la dinamo.
El nucli extern de la Terra és conductor de l'electricitat, i en ell es produeixen corrents de convecció. Aquesta capa conductiva es combina amb el moviment de rotació de la Terra per a crear una dinamo que manté un sistema de corrents elèctrics que, al seu torn, generen el camp magnètic terrestre. El nucli extern és també responsable de subtils alteracions de la rotació de la Terra. Aquesta capa no és tan densa com el ferro pur fos, la qual cosa indica la presència d'elements més lleugers (He, Ni i altres). Els científics sospiten que aproximadament un 10% de la capa està composta per oxigen i/o sofre perquè aquests elements són abundants en el cosmos i es dissolen amb facilitat en el ferro fos.
Remove ads
Elements lleugers del nucli extern de la Terra
Composició
El nucli extern de la Terra no pot estar constituït íntegrament per ferro o un aliatge de ferro-níquel perquè els seus densitats són majors que els mesuraments geofísics de la densitat del nucli extern de la Terra.[14][15][16][17] De fet, el nucli extern de la Terra té aproximadament entre un 5 i un 10 per cent menys de densitat que el ferro a les temperatures i pressions en el nucli de la Terra.[17][18][19] D'aquí ve que s'hagi proposat que els elements amb baix nombre atòmic formin part del nucli exterior de la Terra, com a única forma factible de disminuir la seva densitat.[16][17][18] Encara que el nucli extern de la Terra és inaccessible per al mostreig directe,[16][17][20] la composició dels elements lleugers pot limitar-se de manera significativa mitjançant experiments d'alta pressió, càlculs basats en mesuraments sísmics, models d'acreció de la Terra, i comparacions de meteorits condrítics carbònics amb els silicats de la Terra (BSE).[14][16][17][18][21] Segons estimacions recents, el nucli extern de la Terra està compost de ferro juntament amb un 0 a 0,26 per cent de hidrogen, un 0,2 per cent de carboni, un 0,8 a 5,3 per cent d'oxigen, un 0 a 4,0 % de silici, un 1,7 % de sofre, i 5 % de níquel en pes, i la temperatura del límit nucli-mantell i del límit nucli intern oscil·len entre 4.137 i 4.300 K i entre 5.400 i 6.300 K respectivament.[16]
Restriccions
Acreció
La varietat d'elements lleugers presents en el nucli extern de la Terra està limitada en part per l'acreció de la Terra.[18] És a dir, els elements lleugers continguts han d'haver estat abundants durant la formació de la Terra, han de ser capaces de dividir-se en ferro líquid a baixes pressionis, i no ha de volatilitzar-se i escapar durant el procés d'acreció de la Terra.[16][18]
Condrites CI
Es creu que els meteorits CI contenen els mateixos elements en les mateixes proporcionis que en el Sistema Solar primitiu,[16] per la qual cosa les diferències entre els meteorits CI i el mantell primitiu (BSE) poden proporcionar informació sobre la composició d'elements lleugers del nucli extern de la Terra.[22][16] Per exemple, l'esgotament del silici en el BSE en comparació amb els CI pot indicar que el silici va ser absorbit pel nucli de la Terra; no obstant això, un ampli rang de concentracions de silici en el nucli extern de la Terra i nucli intern continua sent possible.[16][23][24]
Implicacions per a la història d'acreció i formació del nucli de la Terra
Unes restriccions més estrictes sobre les concentracions d'elements lleugers en el nucli extern de la Terra proporcionarien una millor comprensió de la història d'acreció de la Terra i formació del nucli.[16][25][26]
Conseqüències per a l'acreció de la Terra
Els models d'acreció de la Terra podrien provar-se millor si tinguéssim millors estimacions de rangs existents sobre les concentracions d'elements lleugers en el nucli extern de la Terra.[16][26] Per exemple, els models d'acreció basats en la partició d'elements entre el nucli i el mantell tendeixen a fer costat a les proto-Terres construïdes amb material reduït, condensat i sense volàtils,[27][25][26] malgrat la possibilitat que el material oxidat del Sistema Solar exterior fos acretat cap a la conclusió de la Terra.[16][25] Si poguéssim restringir millor lesconcentracions d'hidrogen, oxigen i silici en el nucli extern de la Terra, els models d'acreció de la Terra que coincideixen amb aquestes concentracions presumiblement restringirien millor la formació de la Terra.[16]
Conseqüències per a la formació del nucli de la Terra
L'esgotament d'elements sideròfils (amb afinitat a dissoldre's en el ferro) en el mantell terrestre en comparació amb els meteorits condríticos s'atribueix a les reaccions metall-silicat durant la formació del nucli terrestre.[28] Aquestes reaccions depenen de l'oxigen, el silici i el sofre,[16][29][28] pel que una millor limitació de les concentracions d'aquests elements en el nucli extern de la Terra ajudarà a dilucidar les condicions de formació del nucli de la Terra.[16][26][29][28][30]
En un altre exemple, la possible presència d'hidrogen en el nucli extern de la Terra suggereix que l'acreció de l'aigua[27][31][32] no es va limitar a les etapes finals de l'acreció de la Terra[26] i que l'aigua podia haver estat absorbida en els metalls que formaven el nucli a través d'un oceà de magma hídric.[27][33] no es va limitar a les etapes finals de l'acreció de la Terra[26] i que l'aigua podia haver estat absorbida en els metalls que formaven el nucli a través d'un oceà de magma hídric.
El camp magnètic de la Terra és impulsat per la convecció tèrmica i també per la convecció química, l'exclusió dels elements lleugers del nucli intern, que suren cap amunt dins del nucli extern fluid mentre que els elements químics més densos elements s'enfonsen.[19][34] Aquesta convecció química allibera energia gravitacional que està disponible per a alimentar el geodinamo que produeix el camp magnètic de la Terra.[34] Les eficiències de Carnot amb grans incerteses suggereixen que la convecció composicional i la convecció tèrmica contribueixen a la potència del geodinamo de la Terra en un 80 % i un 20 % respectivament.[34] Tradicionalment es pensava que abans de la formació del nucli intern de la Terra el geodinamo de la Terra era impulsat principalment per convecció tèrmica.[34] No obstant això, les recents afirmacions que la conductivitat tèrmica del ferro en el nucli temperatures i pressions és molt major del qual es pensava, impliquen que el refredament del nucli es va produir en gran manera per conducció i no per convecció, la qual cosa limita la capacitat de la convecció tèrmica per a impulsar el geodinamo.[16][19] Aquest enigma es coneix com la nova "paradoxa del nucli. "[16][19] Un procés alternatiu que podria haver sostingut el geodinamo de la Terra requereix que el nucli de la Terra hagi estat inicialment prou calenta per a dissoldre l'oxigen, el magnesi, el silici i altres lleugers.[19] A mesura que el nucli de la Terra va començar a refredar-se, es tornaria sobresaturat en aquests elements lleugers que després precipitaria en el mantell inferior formant òxids donant lloc a una variant diferent de convecció química.[16][19]
Remove ads
Rotació diferencial del nucli intern
En 1996, els sismòlegs van comparar l'estructura fina de les ones P dels doblets sísmics. Es tracta de parells de terratrèmols de magnitud similar en gairebé el mateix lloc. El canvi en l'estructura fina depenia de l'interval de temps entre els dos terratrèmols. L'avaluació de 38 doblets dels anys 1967 a 1995 va indicar una rotació diferencial: el nucli intern girava lleugerament més ràpid que el mantell.[35] Altres observacions i avaluacions d'aquest tipus van confirmar aquesta interpretació, però van llançar valors contradictoris. Les dades fins a 2007 podrien interpretar-se finalment com una mostra de la velocitat angular relativa que augmenta i disminueix al llarg de les dècades, amb un valor mitjà d'uns 0,4° per any.[36] A llarg termini, serà una oscil·lació irregular al voltant d'una posició de repòs gairebé estable: La coneguda estructura aquest-oest del nucli intern -mesura de manera dependent de la profunditat- suggereix taxes de rotació relatives al mantell que són d'uns sis ordres de magnitud més lents, és a dir, comparables a la deriva continental.[37]
L'acoblament mecànic del nucli intern amb la regió interna del nucli extern líquid és responsable de les fluctuacions i és de naturalesa magnètica, mentre que el del mantell terrestre és gravitacional.[38][39]
Remove ads
Referències
Vegeu també
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads