我们如何确定地球内核的大小和组成呢?

Question

从维基百科：
地核是地球最内部的部分，主要是一个实心球体，半径约为1220公里(760英里)。(这大约是月球半径的70%。)据信它主要由铁镍合金组成，温度与太阳表面大致相同:大约5700 K(5430°C)。

我们怎么知道内核的大小呢?

附加提示:我们是如何得出铁镍是核心的可信成分的呢?

Answer 1

我们通过地震学知道了内核的大小。从我对这个问题的回答来看:在没有地下传感器的情况下，如何确定地下波速?，我们可以确定地球不同层的速度。下图是1994年南加州北岭地震时穿过地球的光线路径图:

(图片来自http://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/geophysics/seismic11/overview.html）

正如你所看到的，地震引起了许多射线路径，其中一些贯穿了地球的所有层。从Huygen的原则我们知道有无限条射线路径，也就是说有一条射线路径，取决于位置

1. 只穿过地壳
2. 穿过地壳+地幔
3. 穿过地壳+地幔+外核
4. 经过地壳+地幔+外核+内核

到达同一个地震仪(测量振动的探针，在这里是地震波)。根据这些层的组成，射线路径将有不同的到达时间。这些到达时间之间的差异很重要，我们称之为滞后时间，地震学家可以用它来代替距离。我上面提到的第3和第4射线路径之间的滞后时间可以用作内核半径的代理，但我们可能不会从中得到一个很好的答案。此外，我们使用地震数据和其他数据类型来限制其大小。

我们可以利用重力数据来了解地球的质量。请看下面的问题，了解如何实现这一目标:地球的质量是如何确定的?

利用地球的质量，它的大小，并假设密度随着深度的增加而增加，我们可以形成一个地震波模型(在我链接的第一个问题中)，这将给我们一个更准确的滞后时间到距离的转换。

我们还知道地球是由与太阳相同的物质组成的，通过光谱来检查地球的组成。

我们还知道地壳和地幔的组成，因为我们有它们的样本，因此可以进行实验室实验，以获得对地震速度很重要的性质，如体积模量。

由于磁场的作用，我们知道地球的中心是金属的。特里拉模型首先提出了这一点。我们知道外核是液体，因为横波不能穿过液体，因此，在定向地震仪上，我们只能看到纵波到达(或纵波转化为横波，这有点复杂)。

把所有这些都加起来，我们就可以相当肯定地知道地球内核和外核以及地球其他各层的组成和大小。实际上，我们已经很好地描绘出了地球内部的巨大边界。最终，我们将需要建立更密集的地震阵列，以获得更好的分辨率，毫无疑问，地震学家正在为此努力。

Answer 2

科学家们利用地震从地核反弹产生的地震波来绘制出地球内核的大致大小。

构成地核的物质是这样猜测的:因为它曾经是液态的，铁和镍等较重的元素能够下沉到中心。它甚至可能含有大量最重的元素，比如金、铂和铀。

参考:地球内核

Answer 3

1906年，理查德·d·奥尔德姆(Richard D. Oldham)发现，地震波的速度随着地球内部深度的增加而增加，这种速度只会持续到地表以下2890公里。在更深的地方，机械波(声音)传播得慢得多，这表明岩石的性质不同。因为这种独特的物质不传输剪切地震波很明显，这个地核是液态的。这就是我们所说的地球的核心．它的大小是已知的，因为你的地震仪离震源越远，记录的地震波传播得越深:因为声速随着深入到核心的深度而增加，地震射线被折射，然后向表面弯曲。由于速度-深度关系在地核-地幔边界处突然断裂，这在地震仪中可以清楚地探测到。我把这个链接起来如何使用地震折射来确定核心大小的例子．

1936年，英奇·莱曼(Inge Lehmann)使用同样的技术，发现地核的中心确实几乎是固体，因为她在新西兰使用高灵敏度的地震仪检测到微弱的横波穿过它。这被称为核心．

引用:

[2]:莱曼，我，P'。出版。Int。大地测量学。地球物理学。联盟,协会。Seismol。,爵士。Trav。科学。，1936, 14, 87-115.

Answer 4

上述答案是正确的，因为地球物理和壳幔样品是对地核组成进行分类的主要工具。

此外，别忘了陨石是行星形成的固体“残留物”，我们有成千上万的陨石分析。大多数是“岩石”，但有些是玄武岩(混合岩石-铁)，或“铁”，其成分基本上是铁，少量合金镍和其他一些重金属。即使考虑到平均陨石成分并不一定产生“平均地球”成分这一事实，在陨石中存在如此多的镍-铁是地球核心成分可能的一个强有力的指针，并且与地球物理学的线索完全一致。