En rejse til jordens centrum, til et sted længere end universet

Billedkreditter: Tohoku University

“Solens overfladetemperatur er omkring 5778 Kelvin”

Glem spekulationerne fra Edge of the Universe. Har du nogensinde undret dig over, hvad der ligger i centrum af planeten, du har brugt hele dit liv? Hvis du er en som Scott Kelly, der tænker: "Nå, jeg har ikke teknisk set brugt al min tid her", så er her et hurtigt spørgsmål: hvilket er vanskeligere? Gå til det ydre rum eller nå centrum af Jorden? Hvor meget ved vi faktisk om det sted, vi kalder hjem, det eneste kendte observatorium for vores univers?

Filmplakat: Rejse til jordens centrum

Læren og myterne om Jordens centrum har været et diskussionsemne inden for fiktion, videnskab og videre siden umidelig tid. Lad os vende tilbage til 1692 e.Kr. Det var kun 10 år efter, at en mystisk uidentificeret komet blinkede over nattehimlen. Astronom Edmond Halley har endnu ikke identificeret mønstre relateret til denne komet. Meget før dette foreslog han, at "Jorden er hul!" Der har faktisk været mange i årenes løb, der troede på en hul jord, ligesom flade øreringe. Et sådant koncept er blevet undersøgt inden for science fiction, ligesom romanen fra 1864 skrevet af Jules Verne, hvis titel du sandsynligvis har hørt om. (Klikker du ikke på dette på grund af det?) Overraskende nok er der endda et websted dedikeret til denne påstand, https://www.ourhollowearth.com/

I dag ved vi med sikkerhed, at Jorden ikke er hul. Der er noget indeni, et sted, hvor ingen mand nogensinde har nået endnu. Lad os gøre en dybgraving for at finde ud af, hvad det er.

Teknisk set skal vi ikke gøre det, som Elon Musk gjorde, men lad os grave dybt ned i de oplysninger, vi har indtil videre. Lad mig give dig et "interessant firma" i stedet, hvis du læser dette, der sidder fast i et trafikproblem eller venter på noget eller nogen.

Ind i dybden

Placering af Challenger Deep

Lad os starte vores rejse på det dybeste sted på jordoverfladen, Mariana-grøften i Stillehavet. Det er forbløffende, at selv i denne grøft er menneskeheden nået det dybeste punkt, kaldet 'Challenger Deep', som ligger i en dybde på omkring 10900 meter under overfladen. Med et tryk på ca. 1100 gange mere end ved havoverfladen, på et mørkt sted, hvor selv sollys ikke kan nå, har videnskabsfolk overraskende identificeret livet i bunden af ​​verdenshavene.

Men jeg bliver nødt til at omformulere min tidligere sætning. 'Challenger Deep' er ikke det dybeste punkt på Jorden, som mange måske havde troet.

Dette bringer os til et hul, der er boret af mennesker i Rusland, hvilket går endnu dybere. Aldrig hørt om det? Det går under navnet 'Kola Super Deep Borehole'. Folk har bogstaveligt talt gravet det over en periode på 19 år helt ned til 12262 meters dybde, hvilket gør det til det dybeste punkt på Jorden indtil dato. De kunne ikke grave videre, simpelthen fordi forholdene bare var for hårde, idet temperaturen i bunden nåede omkring 180 grader Celsius! Det er super hot. En ting er sikkert, når vi går dybere, stiger temperaturen.

Så på billedet til venstre kan du se en lille forseglet cirkel. Ville du tro mig, hvis jeg fortalte, at det åbnes i et hul på 12+ kilometer ned i jorden? Hvad du ser på er faktisk Kola Super Deep Borehole, som er blevet forseglet i august 2012. Hvis du overvejer, hvor dybt det er, er det kun ca. 0,192% af afstanden til centrum! Det er det maksimale, han, som erobrede Månen, kunne nå her på Jorden. Alt under dette niveau forklares kun gennem forskellige teorier og hypoteser baseret på videnskabelige data, der er tilgængelige for os.

Nå det underjordiske hav

Havde vi fortsat graven, ville vi teknisk ende i et enormt underjordisk hav, der har vand op til 3 gange mere end alt vandet i alle havene på overfladen kombineret sammen! Tro mig, dette er ikke hentet fra nogen science fiction-roman.

Hvordan ved vi det? Før jeg afslører svaret, et spørgsmål. Hvor tror du, alt vandet på vores planet kom fra?

Forskningen udført af Northwestern University og University of Mexico viser stærkt bevis for en underjordisk vandkilde helt ned i 660 km. Denne smukke infografik af Cath Levett illustrerer det samme.

Eksistensen af ​​Ringwoodite er nøglen til dette puslespil. Dette materiale dannes kun under højt tryk og barske forhold dybt nede og gæt hvad, det har vand i det, som hydroxylioner!

Vi ligger 660 km under havoverfladen og har stadig 5711 km at rejse. Tilbage i skolen ville vi have lært, at Jorden har en skorpe, kappe og kerne; men det er ikke alt, hvad der er der. Hvis du ikke havde indset det endnu, er vi allerede dybt inde i mantlen efter at have overgået Mohorovičić-diskontinuiteten. (Forkortet som Moho (i det mindste nu kan jeg stave ordet), dette markerer overgangen fra skorpen til mantelen og findes på ca. 7–35 km dybde)

Mantel: Et sted, der udgør 84% af Jordens volumen

Mantel er opdelt i 4 forskellige lag;

  1. Øvre mantel, der inkluderer litosfæren og asthenosfæren
  2. Overgangsområdet (660 km-mærket, hvor de underjordiske vandreserver forventes at eksistere)
  3. Lower Mantle (op til 2891 km i dybde)
  4. The Mysterious Core-Mantle Boundary

Mod slutningen af ​​den nedre mantel støder vi på noget ganske foruroligende. Før vi går fremad, et par ting at fortælle:

Du har muligvis hørt om en Xenomorph før, men har du nogensinde stødt på en Xenolith? Enkelt sagt er det en anden type rock inden for en anden klippe. Disse specielle klipper giver os indsigt i mantelens struktur. Mere end ofte stammer disse tilgængelige xenolitter, der findes i klipper, dybt inde i Jorden og har gjort det til overfladen. Ved at analysere deres sammensætning kan vi forstå de forhold, der findes dybt nedenfor.

Nogle seismiske analyser

I bunden af ​​den nedre mantel når vi kerne-mantelgrænsen (ved 2981 km). Det, der gør denne specielle, er, at den fungerer som en grænse mellem den faste mantel og en flydende ydre kerne. Jeg gentager, den ydre kerne er flydende!

Når vi dykker ned i den flydende metalliske ydre kerne, ca. 2100 km, når vi et punkt kaldet Gutenberg-diskontinuitet. Det er tid til at tænde Scientist Mode! For at forstå betydningen af ​​dette, skal vi først vide om de seismiske bølger, kroppens bølger for at være specifikke.

Seismiske bølger er bare bølger af 'energi' og kan bredt klassificeres i overfladebølger (dem, der rejser på jordoverfladen) og kropsbølger (dem, der rejser gennem jordoverfladen).

Kropsbølger klassificeres yderligere i Primære bølger (eller P-bølger) og Sekundære bølger (eller S-bølger). Et seismometer er et specielt følsomt instrument, der kan registrere og registrere disse seismiske bølger. Ved hjælp af disse instrumenter kan flere ting analyseres. Bølger genereres på grund af vibrationer, rykk eller nogle forstyrrelser inden for jordoverfladen. Vi ved nu, at P-bølger har langsgående karakter, hvilket betyder, at udbredelsen af ​​bølgen er i samme retning som forskydningen (eller vibrationen) af det medium, gennem hvilket den bevæger sig. S-bølger viser sig at være tværgående i naturen, hvilket betyder, at bølgenes udbredelse er vinkelret på mediets forskydningsretning. Tværgående bølger kan derfor kun forplantes gennem et stift medium, der kan modstå de vinkelrette forskydninger.

Langsgående bølgerTværgående bølger (billede høflighed: acs.psu.edu)

Så konklusionen til hele denne analyse? Tværgående bølger (aka S-bølger) kan ikke bevæge sig gennem væsker. Men vent, nævnte jeg bare, at vores ydre kerne er flydende i naturen? Videnskabsmænd fik straks fat i dette argument og ved blot at analysere de seismiske bølger, regnede de ud af betydningen af ​​Gutenberg-diskontinuiteten. Det markerer i det væsentlige grænsen, hvor S-bølgerne helt forsvinder (da de ikke kan bevæge sig ud over det), hvilket indikerer væskeformigt smeltet natur af den ydre kerne, og viser os også, at P-bølgerne falder i hastighed. Det var sådan, vi var i stand til at kortlægge den indre struktur af Jorden på så store dybder.

At nå den endelige grænse: den indre kerne

Når vi går videre ind i den ydre kerne, når vi et sted kaldet Bullen diskontinuitet, hvor vi igen mødes med en bemærkelsesværdig skelnen, den faste indre kerne. Yep! lige midt på Jorden ligger en solid metallisk indre kerne med en diameter på ca. 1220 km. På denne dybde er trykket så stort, at det jern og nikkel, der findes i kernen, kan eksistere i fast tilstand på trods af den høje temperatur. Hvor høj er temperaturen forresten på dette tidspunkt?

Det er - vent på det - en kæmpe 5700 Kelvin! Den allerførste linje i denne artikel, som du måske troede var tilfældig, begynder nu at give mening (rulle op og kontrollere, om du har gået glip af den!). Dybt under dine fødder ligger en varm, grusom metallisk kugle, der konkurrerer med Solens! Hvor skræmmende er det ikke! Disse observationer hjælper os også med at forstå den proces, hvorpå planeter dannes.

Men vent, vores rejse er ikke lige forbi endnu. Vi har nu en god idé om alt hvad der findes op til jordens centrum, men noget er galt. Ingen diskussioner om kernen er afsluttet uden at nævne Jordens magnetfelt. Før vi gør det, her er et par spørgsmål, der skal overvejes.

Spørgsmål om, hvad der kan synes at være en meget triviel observation, kan undertiden føre til revolutionære opdagelser.

Har du nogensinde undret dig over, hvorfor Jorden roterer rundt om sin akse? Hvorfor roterer planeter? Et mere interessant spørgsmål ville være, hvorfor roterer alle planeter fra vest til øst med hensyn til deres akse, men Venus og Uranus roterer øst til vest?

Når jeg talte om rotation, nævnte jeg, at vores indre kerne faktisk også roterer i retning øst til vest, også med en hastighed, der er hurtigere end Jordens rotation? Den ydre flydende kerne roterer også i den modsatte retning (fra vest til øst). Bare tag et øjeblik til at forestille dig disse rotationer, og hvor kompliceret hele systemet er. Disse rotationer tilskrives det magnetiske felt på Jorden.

Hvor kommer dette magnetfelt fra? Vores bedste teori er fra kernen, men der er en misforståelse her. Ekstrem opvarmning af et materiale kan have nogle interessante effekter på det. Det er tid til at introducere noget kaldet Curie Point, som i det væsentlige er den maksimale temperatur, op til hvilket et bestemt materiale kan bevare dets permanente magnetiske egenskaber. Over Curie-punktet ville materialet miste al sin magnetisme. Curie-punktet af jern er omkring 1043 Kelvin. Er temperaturen i kernen ikke meget meget højere end det?

Det er klart, at den faste indre jernkerne ikke er årsagen til magnetfeltet. Oprindelsen af ​​magnetfeltet forklares ved hjælp af en mere kompliceret dynamo-teori. Hvad der bogstaveligt talt sker, er konvektion efterfulgt af Ampere's lov i handling i den ydre flydende kerne. Hvis du har glemt fysik i gymnasiet, er her en hurtig sammenfattning: en strømsløjfe kan generere et magnetfelt, og et magnetfelt, der skifter, kan generere en elektrisk strøm til gengæld. Disse felter udøver en Lorentz-kraft på de ladede partikler. Lad mig afslutte denne tekniske jibber-jabber og komme lige til det punkt.

En computersimulering af Jordens magnetfelt (se bare, hvor kompliceret det er)

Hvis du tænker på, at vi har fundet det godt ud, tager du helt forkert. Jeg har lige ridset overfladen på toppen af ​​et isbjerge. Vi ved bogstaveligt talt intet men lader som om vi gør! Jeg vil nu bare bombardere dig med nogle spændende spørgsmål. Vidste du, at vores magnetfelt vender retning mod hvert hundrede tusind år? Mars har ikke engang et magnetfelt (så vidt vi ved). Hvad med det? Kender du til T Tauri-fasen af ​​solen, der kunne have haft stærk indflydelse på at generere jordens magnetfelt? Der er for meget at diskutere, og hvis jeg fortsætter, bliver denne artikel bogstaveligt talt en lærebog!

Et par afsnit tidligere, da jeg nævnte, at vores rejse ikke er slut endnu, henviste jeg faktisk til noget andet, noget mere bizart.

Lad os komme ind i den indre indre kerne:

En relativt nylig undersøgelse viser, at den indre kerne i sig selv har et andet lag, der kaldes den indre indre kerne! Det ser ud til, at forskerne er trætte af at navngive alle disse lag til sidst.

CORE INCEPTION: Jernet i den inderste del af Jordens indre kerne (rød) er orienteret i en helt anden vinkel (blå linjer) sammenlignet med resten af ​​den indre kerne (orange). Ny forskning antyder, at den inderste indre kerne faktisk dannede milliarder af år tidligere end tidligere antaget, kort efter planetens dannelse. (FOTOUDVALG: LACHINA OFFENTLIGE TJENESTER)

Det overraskende ved denne region er, at jernkrystallerne her er i den øst-vestlige akse, i modsætning til de andre dele, hvor de er orienteret i den nord-sydlige akse, og vi ved simpelthen ikke hvorfor.

Måske kan vi endelig konkludere, at vi praktisk talt har nået det rigtige centrum af Jorden.

En ting, vi kan være sikre på, er, at i centrum ligger det eldste punkt på vores planet, et sted, der symboliserer hjertet af en levende planet. Måske når vi det aldrig. Det kan endda være bedre, hvis vi ikke prøver. At udforske noget uden at have en klar idé om konsekvenserne er en risiko. Men vil vi stoppe vores forfølgelse, før det er for sent?

Måske. Måske ikke.

Her er nogle links til at fortsætte din udforskning yderligere;

  1. The Dynamo Theory: Origins of a Planet's Magnetic Field
  2. Hvorfor roterer Venus og Uranus i den forkerte retning?
  3. Hvor er Mars Magnetfelt?
  4. Hvad er en T-Tauri-stjerne?
  5. En interessant artikel om geomagnetisk vending

Trivia bag titlen på artiklen: For dem, der endnu ikke er klar over det, er titlen afledt af en kombination af en berømt roman af Jules Verne (En rejse til jordens centrum) og en mindre kendt japansk serie af navn, "Et sted længere end universet", der følger historien om en gruppe unge mennesker, der går på en ekspedition til Antarktis. Man kan undre sig over, hvordan titlen kan være vildledende, men fra min synsvinkel betyder det som en helhed, at vi måske vil udforske stjernerne og ud over en dag, men ironisk nok kan vi aldrig nå Jordens centrum. Det er faktisk som et sted længere end selve universet. Hvis vi når det, er det sandsynligvis slutningen på menneskeheden.