지구 외핵

지구의 바깥쪽 핵은 두께가 약 2,260 km (1,400 mi)인 유체층으로, 대부분 철과 니켈로 구성되어 있으며, 이는 지구의 단단한 안쪽 핵 위와 맨틀 아래에 놓여 있습니다.^[1][2][3] 바깥쪽 중심핵은 중심핵과 맨틀 경계에서 지구 표면 아래 약 2,889 km (1,795 mi)에서 시작하여 안쪽 중심핵 경계에서 지구 표면 아래 약 5,150 km (3,200 mi)^[4]에서 끝납니다.

특성.

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지구의 고체, 내부 핵과는 달리, 외부 핵은 액체입니다.^[5] 유체 외핵에 대한 증거로는 지진파가 외핵을 통해 전달되지 않는다는 것을 보여주는 지진학이 있습니다.^[6] 지구의 고체 내부 핵과 비슷한 구성을 가지고 있지만, 외부 핵은 고체 상태를 유지하기에 충분한 압력이 없기 때문에 액체 상태로 남아 있습니다.

체파와 정상 모드의 지진 반전은 외부 코어의 반경을 3483km로 제한하고 불확실성은 5km인 반면 내부 코어의 반경은 1220±10km입니다.^{[7]: 94}

외핵의 온도는 약 3,000~4,500 K (2,700~4,200 °C, 4,900~7,600 °F), 내핵 근처의 4,000~8,000 K (3,700~7,700 °C, 6,700~14,000 °F)입니다.^[8] 모델링 결과, 외부 코어는 높은 온도 때문에 난류로 대류하는 낮은 점도의 유체인 것으로 나타났습니다.^[8] 다이너모 이론은 외핵의 니켈 철 유체에 있는 와류를 지구 자기장의 주요 원천으로 보고 있습니다. 지구 외핵의 평균 자기장 세기는 표면의 자기장보다 50배나 강한 2.5밀리티슬라로 추정됩니다.^[9][10]

지구의 중심핵이 식으면서 내부 중심핵 경계에 있는 액체가 얼면서 고체 내부 중심핵이 외부 중심핵을 희생시키면서 매년 1mm씩 성장하는 것으로 추정됩니다. 이는 초당 약 80,000톤의 철입니다.^[11]

지구 외핵의 가벼운 원소

구성.

지구 외핵의 밀도가 지구 외핵의 밀도를 측정하는 지구물리학적 측정보다 높기 때문에 지구 외핵이 철 또는 철-니켈 합금으로 완전히 구성될 수는 없습니다.^{[12][13][14][15]} 사실, 지구의 외핵은 지구의 외핵 온도와 압력에서 철보다 밀도가 약 5~10 퍼센트 낮습니다.^[15][16][17] 따라서 원자 번호가 낮은 가벼운 원소는 밀도를 낮추는 유일한 실현 가능한 방법으로 지구 외핵의 일부를 구성한다고 제안되었습니다.^[14][15][16] Although Earth's outer core is inaccessible to direct sampling,^[14][15][18] the composition of light elements can be meaningfully constrained by high-pressure experiments, calculations based on seismic measurements, models of Earth's accretion, and carbonaceous chondrite meteorite comparisons with bulk silicate Earth (BSE).^{[12][14][15][16][18][19]} 최근의 추정에 따르면 지구의 외핵은 무게 기준으로 수소 0~0.26%, 탄소 0.2%, 산소 0.8~5.3%, 실리콘 0~4.0%, 황 1.7%, 니켈 5%와 함께 철로 구성되어 있으며, 외핵과 외핵의 경계와 내핵의 온도는 4,137~4,300K이고,각각 400~6,300K.^[14]

제약

강착

지구 외핵에 존재하는 다양한 빛의 원소들은 부분적으로 지구의 강착에 의해 제한됩니다.^[16] 즉, 함유된 가벼운 원소는 지구가 형성되는 동안 풍부했을 것이고, 낮은 압력에서 액체 철로 분할될 수 있어야 하며, 지구가 변화하는 과정에서 휘발되어 빠져나가지 않아야 합니다.^[14][16]

CI 콘드라이트

CI 콘드릭 운석은 초기 태양계와 같은 비율로 행성을 형성하는 요소를 포함하고 있는 것으로 믿어지고 ^[14]있으므로 CI 운석과 BSE 간의 차이는 지구 외핵의 빛 요소 구성에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.^[20][14] 예를 들어, CI 운석에 비해 BSE의 실리콘이 고갈되었다는 것은 지구의 중심부에 실리콘이 흡수되었다는 것을 의미할 수 있지만, 지구의 바깥쪽과 안쪽의 중심부에 광범위한 실리콘 농도가 여전히 존재합니다.^[14][21][22]

지구의 강착과 중심핵 형성 역사에 대한 시사점

지구 외핵에 있는 가벼운 원소의 농도에 대한 더 엄격한 제약은 지구의 강착과 핵 형성 역사를 더 잘 이해할 수 있게 해줄 것입니다.^[14][19][23]

지구 강착의 결과

지구 외핵의 빛 원소 농도에 대한 더 나은 제약이 있다면 지구 강착 모델은 더 잘 테스트될 수 있을 것입니다.^[14][23] 예를 들어, 코어-맨틀 요소 분할을 기반으로 한 재량적 모델은 태양계 외부의 산화된 물질이 지구 강착의 결론으로 가속되었을 가능성에도 불구하고,^[14][19][23] 환원되고 응축되며 휘발성이 없는 물질로 구성된 원시 지구를 지지하는 경향이 있습니다.^[14][19] 만약 우리가 지구 외핵의 수소, 산소, 규소의 농도를 더 잘 제한할 수 있다면, 이러한 농도와 일치하는 지구 강착 모델은 아마도 지구의 형성을 더 잘 제한할 것입니다.^[14]

지구핵 형성에 미치는 영향

콘드릭 운석에 비해 지구 맨틀의 사이드로필레 원소가 고갈된 것은 지구 핵이 형성되는 동안 금속-실리케이트 반응 때문입니다.^[24] 이러한 반응은 산소, 실리콘, 황에 의존하기 ^[14][25][24]때문에 지구 외핵에 있는 이러한 원소들의 농도를 더 잘 제한하면 지구 핵의 형성 조건을 설명하는 데 도움이 될 것입니다.^{[14][23][25][24][26]}

또 다른 예로, 지구 외핵에 수소가 존재할 수 있다는 것은 지구 물의^[14][27][28] 강착이 지구 강착의^[23] 마지막 단계에만 국한된 것이 아니며 물이 함수 마그마 바다를 통해 핵을 형성하는 금속으로 흡수되었을 수 있다는 것을 암시합니다.^[14][29]

지구 자기장에 대한 함의

지구의 자기장은 열 대류에 의해 그리고 또한 화학 대류에 의해 구동되며, 내부 코어에서 가벼운 원소를 제외하고는 유체 외부 코어 내에서 위로 떠다니며 밀도가 높은 원소는 가라앉습니다.^[17][30] 이 화학 대류는 중력 에너지를 방출하고, 그러면 지구 자기장을 생성하는 지역학적 에너지를 공급할 수 있습니다.^[30] 불확실성이 큰 카르노 효율은 구성 대류와 열 대류가 지구의 지역학적 힘에 각각 약 80%와 20% 기여한다는 것을 암시합니다.^[30] 전통적으로 지구의 내부 핵이 형성되기 전에 지구의 지역학은 주로 열 대류에 의해 구동된다고 생각되었습니다.^[30] 그러나 최근의 주장은 코어 온도와 압력에서 철의 열전도율이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 높다는 것을 의미하며, 코어 냉각은 주로 대류가 아닌 전도에 의해 이루어졌다는 것을 의미하며, 열 대류가 지역학적으로 구동되는 능력을 제한합니다.^[14][17] 이 난제는 새로운 "핵심 역설"로 알려져 있습니다.^[14][17] 지구의 지역학적 상태를 유지할 수 있는 대안적인 과정은 지구의 중심부가 처음에는 산소, 마그네슘, 실리콘, 그리고 다른 가벼운 원소들을 녹일 수 있을 정도로 충분히 뜨거웠어야 합니다.^[17] 지구의 중심핵이 식기 시작하면서, 지구는 이러한 가벼운 원소들에서 과포화되어 산화물을 형성하는 하부 맨틀로 침전되어 다른 형태의 화학적 대류로 이어집니다.^[14][17]

참고문헌

외부 링크