我们如何确定地球内核的大小和组成?

Question

从维基百科：
地球的内核是地球最里面的部分，是一个半径约1220公里(760英里)的实心球体。(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:我们是怎么想到铁镍是地核的组成成分的?

Answer 1

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

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

正如你所看到的，地震产生了许多射线路径，其中一些穿过地球的所有层。从Huygen的原则我们知道有无限多条射线路径，也就是说有一条射线路径，取决于位置

1. 只穿过地壳
2. 穿过地壳和地幔
3. 穿过地壳+地幔+外核
4. 穿过地壳+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，光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好的答案。此外，我们将此地震数据与其他数据类型一起使用，以限制其大小。

我们可以用重力数据来了解地球的质量。如何做到这一点，请看下面这个问题: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转换。

我们也知道地球和太阳是由相同的物质组成的，通过光谱检查它的成分。

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，以获得对地震速度重要的特性，如体积模量。

由于磁场的作用，我们知道地心是金属的。首先提出这一点的是Trela模型。我们知道外核是液体，因为横波不能穿过液体，因此，在我们的定向地震仪上，我们只能看到到达的纵波(或者纵波转化为横波，这有点复杂)。

把所有这些加起来，我们就可以相当确定地球内核和外核的组成和大小，以及地球其他层的组成和大小。事实上，我们已经很好地拍摄了地球内部的图像，就大边界而言。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，绘制出地球内核的大致大小。

人们猜测构成地核的物质是什么，因为地核曾经是液态的，所以铁和镍等较重的元素能够下沉到地核中心。它甚至可能有大量最重的元素，比如金、铂和铀。

参考:地球的内核

Answer 3

1906年，理查德·d·奥尔德姆(Richard D. Oldham)发现，随着地球内部深度的增加，地震波的速度只在地表以下2890公里处有效。在更深的地方，机械波(声音)传播得更慢，表明岩石的性质不同。因为这种独特的物质没有传播剪切地震波很明显，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，记录到的地震波就传播得越深:因为声波的速度随着深度的增加而增加射线是折射的，它们向表面弯曲。由于速度-深度关系在地核-地幔边界处突然中断，这在地震仪上可以清楚地探测到。我把这个链接起来如何使用地震折射来确定核心的大小的例子．

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的，因为她在新西兰用高灵敏度的地震仪探测到穿过地核的弱横波。这被称为核心．

引用:

b[2]:雷曼，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

之前的答案是正确的，因为地球物理和地壳-地幔样本是整理地核组成的主要工具。

此外，不要忘记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”，但也有一些是杂岩(混合岩铁)，或“铁”，其成分基本上是铁，含较小比例的合金镍和其他一些重金属。即使考虑到陨石的平均成分并不一定能产生“地球的平均”成分这一事实，陨石中如此多的镍-铁的存在也有力地指向了地球可能的核心成分，并且与地球物理学的线索完全一致。