Lurraren kanpo-nukleo

Wikipedia, Entziklopedia askea
Lurraren ebaketa; 5: kanpo-nukleoa; B: Gutenberg etena; C : Lehmannen etena.

Lurraren kanpo-nukleoa, gehienbat, burdinaz eta nikelez osatutako geruza plasmatikoa da, mantuaren eta barne-nukleoaren artean kokatua. Bere goiko muga Gutenbergen etena da, 2.885 km-ko sakonera inguruan kokatua; bere beheko muga, berriz, Lehmannen etena da, 5.155 km inguruan kokatua. 2.270 km inguruko lodiera du[1]. Bere tenperatura 4.400 °C-tik —bere goiko eskualdean— 6.100 °C arte —bere beheko zonan— aldatzen da. Lurraren nukleoaren parte da.

Historia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

1904an, Ernest Rutherfordek desintegrazio erradioaktiboa proposatu zuen Lurraren bero-iturri gisa[2], hori ez zen 2010era arte frogatu[3]. 1906an, Richard Dixon Oldham geologo britainiarrak Lurrak nukleo bat duela kalkulatu zuen lurrikara batek eragindako P-uhinen eta S-uhinen bidaia-denboraren desberdintasunen ebaluazioetan oinarrituta, eta iritzi zuen nukleoaren arteko mugaren erradioa eta Lurraren mantuak 0,6 Lur-erradio zituela edo 2.500-2.600 km inguruko sakonera[4][5]. 1914an, Beno Gutenberg geofisikari alemaniarrak nukleoaren eta mantuaren arteko mugaren sakonera 2.900 km-tan kalkulatu zuen. Harold Jeffreys matematikari eta geofisikari britainiarrak 2.898±3 km-ko muga baieztatu zuen bere kalkuluetan 1939an. Gaur egun, nukleo-mantuaren muga desberdina dela uste da, eta, batez beste, 2900 km-ko sakoneran ezartzen da[4].

Inge Lehmann sismologo daniarrak barneko eta kanpo-nukleoaren arteko muga hedapen-abiaduraren eten bat zela aurkitu zuen jada 1936an. P-uhinen ereduak errefrakzio handia adierazten zuen interfaze horretan[6].

Ezaugarria[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo-nukleoa egoera likidoan dagoela suposatzen da, S-uhin sismikoak ez baitira bertatik pasatzen eta P-uhinek, bat-batean, abiadura gutxitzen dute. Nikelarekin eta beste elementu arinekin nahasitako burdinaz osatuta dago. Zientzialari gehienek kanpo-nukleoan dagoen konbekzioak, Lurraren errotazioarekin batera (Coriolis efektua), Lurraren eremu magnetikoa sortzen duela uste dute, dinamoaren hipotesiak azaldutako prozesu baten bidez.

Lurraren kanpo-nukleoa elektrizitatearen eroalea da, eta, bertan, konbekzio-korronteak sortzen dira. Geruza eroale horrek Lurraren errotazio-mugimenduarekin konbinatzen du, eta, aldi berean, Lurraren eremu magnetikoa sortzen duen korronte elektrikoen sistema mantentzen duen dinamo bat sortzen da. Kanpo-nukleoa ere Lurraren errotazioaren aldaketa sotilen erantzule da. Geruza hori ez da urtutako burdin hutsa bezain trinkoa, eta elementu arinagoak (He, Ni eta beste) presentzia adierazten du. Zientzialariek susmatzen dute geruzaren % 10 inguru oxigenoz eta/edo sufrez osatuta dagoela, elementu horiek ugariak direlako kosmosean eta erraz disolbatzen burdina urtuan.

Lurraren kanpo-nukleoko elementu argiak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Konposizioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Lurraren kanpo-nukleoa ezin da osorik burdinez edo burdin-nikel aleazioz egina egon, haien dentsitateak Lurraren kanpo-nukleoaren dentsitatearen neurketa geofisikoak baino handiagoak direlako[7][8][9][10]. Izan ere, Lurraren kanpo-nukleoa burdina baino ehuneko 5 eta % 10 arteko, gutxi gorabehera, dentsitate txikiagoa da Lurraren nukleo-tenperatura eta presioetan[10][11][12]. Horregatik, zenbaki atomiko baxua duten elementuek Lurraren kanpo-nukleoa osatzen dutela proposatu da, bere dentsitatea murrizteko bide bideragarri bakarra baita[9][10][11]. Lurraren kanpo-nukleoa, laginketa zuzena egiteko eskuraezina den arren[9][10][13], elementu arinen konposizioek presio handiko esperimentuek, neurketa sismikoetan oinarritutako kalkuluek, Lurraren akrezio-ereduek eta konparazioek duten konposizioa nabarmen mugatu dezakete karbonozko meteorito kondritikoak Lurraren silikatoekin (BSE)[7][9][10][11][14]. Azken kalkuluen arabera, Lurraren kanpo-nukleoa burdinaz osatuta dago, % 0 eta 0,26 arteko hidrogenoarekin, % 0,2ko karbonoarekin, % 0,8 eta 5,3 arteko oxigenoarekin, % 0 eta 4,0 arteko silizioarekin, % 1,7ko sufrearekin eta % 5eko nikelarekin, pisuan, eta nukleo-mantuaren muga eta barne-nukleoaren mugako tenperaturak 4.137 eta 4.300 K eta 5.400 K. eta 6.300 K bitartekoak dira, hurrenez hurren[9].

Murrizketak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Akrezioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]
Una ilustración artística de cómo podría haber sido la Tierra en sus inicios. En esta imagen, la Tierra parece fundida, con huecos rojos de lava que se separan con placas de material dentadas y aparentemente enfriadas.
Lurra, bere eraketaren hasieran, nolakoa izan zitekeenaren ilustrazio artistikoa

Lurraren kanpo-nukleoan dauden elementu arinen barietatea, neurri batean, Lurraren akrezioagatik mugatuta dago[11]. Hau da, edukitako elementu arinek ugariak izan behar izan dute Lurraren eraketan zehar; presio baxuetan burdina likidoan zatitu ahal izan behar izan dute, eta ez dute lurrundu eta ihes egin behar Lurraren akrezio-prozesuan[9][11].

CI Kondrita[aldatu | aldatu iturburu kodea]

CI meteoritoek Eguzki Sistemaren hasierako proportzio berean dituztela uste da[9]; beraz, CI meteoritoen eta hasierako mantuaren (BSE) arteko desberdintasunek Lurreko kanpo-nukleoaren elementu arinen konposizioari buruzko informazioa eman dezakete[15][9]. Esaterako, BSEn silizioa agortzeak CI-ekin alderatuta, silizioa Lurraren nukleoak xurgatu zuela adieraz dezake; hala ere, oraindik ere, silizio-kontzentrazio sorta zabala Lurraren kanpo-nukleoan eta barne-nukleoan izatea posible da[9][16][17].

Inplikazioak Lurraren nukleoaren akrezio eta eraketaren historian[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Lurraren kanpo-nukleoko elementu argien kontzentrazioen murrizketa zorrotzagoek Lurraren akrezioaren historia eta nukleoaren eraketa hobeto ulertzeko modua emango luke[9][18][19].

Lurraren akreziorako ondorioak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Lurraren akrezio-ereduak hobeto frogatu litezke Lurraren kanpo-nukleoan dauden elementu argien kontzentrazioen kalkulu hobeak izango bagenitu[9][19]. Esaterako, nukleoaren eta mantuaren arteko elementuen zatiketan oinarritutako akrezio-ereduek material murriztu, kondentsatu eta lurrunkorrik gabekoarekin eraikitako protolurrak onartzen dituzte[20][18][19], nahiz eta Eguzki-sistemaren kanpoko material oxidatua akretatua izan Lurraren bukaerara[9][18]. Lurraren kanpo-nukleoan hidrogeno, oxigeno eta silizio kontzentrazioa hobeto mugatu ahal izango bagenu, kontzentrazio horiekin bat datozen Lurraren akrezio-ereduek, seguru asko, hobeto mugatuko zuketen Lurraren eraketa[9].

Lurraren nukleoaren eraketarako ondorioak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Un diagrama de la diferenciación de la Tierra. El diagrama muestra las diferentes capas de la Tierra y cómo los materiales densos se mueven hacia el núcleo de la Tierra.
Lurraren bereizketaren eskema. Sufrea, silizioa, oxigenoa, karbonoa eta hidrogeno elementu arinak kanpo-nukleoaren zati bat izan daitezke, haien ugaritasunagatik eta baldintza jakin batzuetan burdin likidoan zatitzeko duten gaitasuna dela eta.

Lurraren mantuan elementu siderofiloen agortzea (burdinan disolbatzeko kidetasuna dutenak), meteorito kondritikoekin alderatuta, metal-silikato-erreakzioei dagokie Lurraren nukleoa eratzean[21]. Erreakzio horiek oxigenoaren, silizioaren eta sufrearen araberakoak dira[9][22][21]; beraz, Lurraren kanpo-nukleoan, elementu horien kontzentrazioa hobeto mugatzeak Lurraren nukleoa eratzeko baldintzak argitzen lagunduko du[9][19][22][21][23].

Beste adibide batean, Lurraren kanpo-nukleoan hidrogenoaren presentzia posibleak iradokitzen du uraren akreztapena[20][24][25] ez zela Lurraren akreztapenaren azken faseetara mugatu[19], eta litekeena da ura xurgatu izana, magma hidrikoko ozeano baten bidez, nukleoa osatzen zuten metaletan sartuz[20][26].

Lurraren eremu magnetikorako inplikazioak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Un diagrama del geodinamo y del campo magnético de la Tierra, que podría haber sido impulsado en la historia temprana de la Tierra por la cristalización de óxido de magnesio, dióxido de silicio y óxido de hierro(II). La convección del núcleo externo de la Tierra se muestra junto a las líneas del campo magnético.
Geodinamoaren eta Lurraren eremu magnetikoaren diagrama, Magnesio oxidoaren, silizio dioxidoaren eta burdina(II) oxidoaren kristalizazioaren ondorioz Lurraren historian elikatuta egon zitekeena.

Lurraren eremu magnetikoa konbekzio termikoaz bultzatuta dago, baita konbekzio kimikoaz ere, elementu arinak barne-nukleotik kanpo uzteak, zeinak gorantz flotatzen baitute fluidoaren kanpo-nukleoaren barruan elementu kimiko trinkoagoak hondoratzen diren bitartean[12][27]. Konbekzio kimiko horrek Lurraren eremu magnetikoa sortzen duen geodinamoa elikatzeko erabilgarri dagoen grabitazio-energia askatzen du[27]. Zalantza handiak dituen Carnot-en eraginkortasunak iradokitzen du konposizio-konbekzioa eta konbekzio termikoa, Lurraren geodinamoaren potentzian, ehuneko 80 eta ehuneko 20ko ekarpena egiten dutela, hurrenez hurren[27]. Lurraren barne-nukleoa eratu aurretik, tradizionalki uste zen Lurraren geodinamoa konbekzio termikoak bultzatuta zegoela, batez ere[27]. Hala ere, azken iritziek diote burdinaren eroankortasun termikoa nukleo-tenperaturan eta presioetan uste baino askoz ere handiagoa dela, eta esan nahi dute nukleoaren hoztea konbekzioz gertatu zela eta ez kondukzioz, eta, ondorioz, geodinamoa gidatzeko, konbekzio termikoaren ahalmena mugatzen du[9][12]. Asmakizun hori «nukleoaren paradoxa» berri gisa ezagutzen da[9][12]. Lurraren geodinamoari eutsi zezakeen prozesu alternatibo batek adierazten du Lurraren nukleoa, hasieran, nahikoa beroa izan zela oxigenoa, magnesioa, silizioa eta beste iturri arin batzuk disolbatzeko[12]. Lurraren nukleoa hozten hasi zen heinean, elementu arin horietan, gainasetua bihurtuko zen, eta, gero, beheko mantuan hauspeatuko zen oxidoak osatuz eta konbekzio kimikoaren aldaera ezberdin bat sortuz[9][12].

Barne-nukleoaren biraketa diferentziala[aldatu | aldatu iturburu kodea]

1996an, sismologoek bikoitz sismikoen P-uhinen egitura fina alderatu zuten. Horiek ia leku berean antzeko magnitudea duten lurrikara bikoteak dira. Egitura finaren aldaketa bi lurrikararen arteko denbora tartearen araberakoa zen. 1967tik 1995era bitarteko 38 bikoteren ebaluazioek errotazio diferentziala adierazi zuten, barruko nukleoa mantua baino apur bat azkarrago biratzen ari baitzen[28]. Mota horretako beste behaketa eta ebaluazio batzuek interpretazio hori berretsi zuten, baina balio kontrajarriak eman zituzten. Azken finean, 2007ra arteko datuak hamarkadetan zehar abiadura angeluar erlatiboa igo eta jaitsi egiten dela interpretatu liteke, urteko 0,4° inguru batez besteko balioarekin[29]. Epe luzera, atseden-posizio ia egonkor baten inguruan, oszilazio irregularra izango da: barne-nukleoaren ekialde-mendebaldeko egitura ezagunak —sakoneraren araberako erara neurtuta— mantuarekiko magnitude motelagoa duten sei ordena inguruko errotazio-abiadurak iradokitzen ditu, hau da, kontinenteen noraezaren parekoa[30].

Gorabeheren erantzulea da barruko nukleoaren akoplamendu mekanikoa kanpo-nukleo likidoaren barneko eskualdearekin, eta izaera magnetikoa du Lurraren mantuarena grabitatorioa den bitartean[31][32].

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. Tarbuck, E. J. & Lutgens, F. K. 2005. Ciencias de la Tierra, 8ª edición. Pearson Educación S. A., Madrid. ISBN 84-205-4400-0
  2. L. Darden. (1998). La naturaleza de la investigación científica. .
  3. https://www.scinexx.de/news/geowissen/radioaktivitaet-tatsaechlich-heizofen-des-erdinneren/
  4. a b Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 8., vollst. überarb. und aktualisierte Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-78200-1, S. 493,
  5. Oldham writes in 1906. Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences - University of Colorado at Boulder,
  6. Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens: Allgemeine Geologie. 9., aktualisierte Auflage. Pearson Studium, München [u. a.] 2009, ISBN 978-3-8273-7335-9, S. 398 (Kapitel 12.3.4 – Der Erdkern).
  7. a b Birch, Francis. (1952). «Elasticidad y constitución del interior de la Tierra» Journal of Geophysical Research 57 (2): 227-286. Bibcode1952JGR....57..227B..
  8. Birch, Francis. (1964-10-15). «Densidad y composición del manto y del núcleo» Journal of Geophysical Research 69 (20): 4377-4388. Bibcode69.4377B 1964JGR.... 69.4377B..
  9. a b c d e f g h i j k l m n o p q r Hirose, Kei; Wood, Bernard; Vočadlo, Lidunka. (2021). nature.com/articles/s43017-021-00203-6 «Light elements in the Earth's core» Nature Reviews Earth & Environment 2 (9): 645-658. ISSN 2662-138X..
  10. a b c d e Wood, Bernard J.; Walter, Michael J.; Wade, Jonathan. (2006). nature.com/articles/nature04763 «Acreción de la Tierra y segregación de su núcleo» Nature 441 (7095): 825-833. doi:10.1038/nature04763. ISSN 1476-4687. PMID 16778882. Bibcode..825W 2006Natur.441 ..825W..
  11. a b c d e Poirier, Jean-Paul. (1994-09-01). «Elementos ligeros en el núcleo externo de la Tierra: Una revisión crítica» Physics of the Earth and Planetary Interiors 85 (3): 319-337. doi:10.1016/0031-9201(94)90120-1. ISSN 0031-9201. Bibcode1994PEPI...85..319P..
  12. a b c d e f Mittal, Tushar; Knezek, Nicholas; Arveson, Sarah M.; McGuire, Chris P.; Williams, Curtis D.; Jones, Timothy D.; Li, Jie. (2020-02-15). «Precipitación de múltiples elementos ligeros para alimentar la dínamo temprana de la Tierra» Earth and Planetary Science Letters 532: 116030. ISSN 0012-821X. BibcodeM 2020E&PSL.53216030 M..
  13. Zhang, Youjun; Sekine, Toshimori; He, Hongliang; Yu, Yin; Liu, Fusheng; Zhang, Mingjian. (2016- 03-02). «Las limitaciones experimentales de los elementos ligeros en el núcleo externo de la Tierra» Scientific Reports 6 (1): 22473. doi:10.1038/srep22473. ISSN 2045-2322. OCLC .4773879 PMID 26932596. Bibcode622473Z 2016NatSR... 622473Z..
  14. Suer, Terry-Ann; Siebert, Julien; Remusat, Laurent; Menguy, Nicolas; Fiquet, Guillaume. (2017-07-01). sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17301954 «Un núcleo terrestre pobre en azufre inferido a partir de experimentos de partición metal-silicato» Earth and Planetary Science Letters 469: 84-97. doi:10.1016/j.epsl.2017.04.016. ISSN 0012-821X. Bibcode...84S 2017E&PSL.469 ...84S..
  15. Zhang, Youjun; Sekine, Toshimori; He, Hongliang; Yu, Yin; Liu, Fusheng; Zhang, Mingjian. (2014-07-15). «Compresión por choque del sistema Fe-Ni-Si a 280 GPa: Implicaciones para la composición del núcleo externo de la Tierra» Geophysical Research Letters 41 (13): 4554-4559. ISSN 0094-8276. Bibcode4554Z 2014GeoRL..41. 4554Z..
  16. Georg, R. Bastian; Halliday, Alex N.; Schauble, Edwin A.. (2007). «El silicio en el núcleo de la Tierra» Nature 447 (7148): 1102-1106. doi:10.1038/nature05927. ISSN 1476-4687. PMID 17597757. Bibcode. 1102G 2007Natur.447 . 1102G..
  17. Dauphas, Nicolas; Poitrasson, Franck; Burkhardt, Christoph; Kobayashi, Hiroshi; Kurosawa, Kosuke. (2015- 10-01). sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X15004355 «Variaciones planetarias y meteóricas de Mg/Si y δ30Si heredadas de la química de la nebulosa solar» Earth and Planetary Science Letters 427: 236-248. ISSN 0012-821X. Bibcode2015E&PSL.427..236D..
  18. a b c Zhang, Youjun; Sekine, Toshimori; He, Hongliang; Yu, Yin; Liu, Fusheng; Zhang, Mingjian (2016-03-02). "Experimental constraints on light elements in the Earth's outer core". Scientific Reports. 6 (1): 22473.
  19. a b c d e «Acreción y diferenciación de los planetas terrestres con implicaciones para las composiciones de los cuerpos del Sistema Solar formados tempranamente y la acreción de agua» Icarus 248: 89-108. 2015-03-01 doi:10.1016/j.icarus.2014.10.015. ISSN 0019-1035. Bibcode2015Icar..248...89R..
  20. a b c Hirose, Kei; Wood, Bernard; Vočadlo, Lidunka (2021). "Light elements in the Earth's core". Nature Reviews Earth & Environment. 2 (9): 645–658.
  21. a b c Badro, James; Brodholt, John P.; Piet, Hélène; Siebert, Julien; Ryerson, Frederick J.. (2015-10-06). «Formación del núcleo y composición del núcleo a partir de restricciones geoquímicas y geofísicas acopladas» Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (40): 12310-12314. ISSN 0027-8424. OCLC .4603515 PMID 26392555. Bibcode2015PNAS..11212310B..
  22. a b Fischer, Rebecca A.; Nakajima, Yoichi; Campbell, Andrew J.; Frost, Daniel J.; Harries, Dennis; Langenhorst, Falko; Miyajima, Nobuyoshi; Pollok, Kilian et al.. (2015-10-15). sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703715004093 «Partición metal-silicato a alta presión de Ni, Co, V, Cr, Si y O» Geochimica et Cosmochimica Acta 167: 177-194. ISSN 0016-7037. Bibcode..177F 2015GeCoA.167 ..177F..
  23. Wade, J.; Wood, B. J.. (2005-07-30). «La formación del núcleo y el estado de oxidación de la Tierra» Earth and Planetary Science Letters 236 (1): 78-95. ISSN 0012-821X. Bibcode2005E&PSL.236...78W..
  24. Sato, Takao; Okuzumi, Satoshi; Ida, Shigeru. (2016-05-01). aanda.org/articles/aa/abs/2016/05/aa27069-15/aa27069-15.html «Sobre la entrega de agua a embriones terrestres por acreción de guijarros de hielo» Astronomy & Astrophysics 589: A15. ISSN 0004-6361. Bibcode2016A&A...589A..15S..
  25. Raymond, Sean N.; Quinn, Thomas; Lunine, Jonathan I.. (2007-02-01). «Simulaciones de alta resolución del ensamblaje final de planetas similares a la Tierra. 2. Water Delivery And Planetary Habitability» Astrobiology 7 (1): 66-84. ISSN 1531-1074. PMID 17407404. Bibcode66R 2007AsBio...7.. 66R..
  26. Tagawa, Shoh; Sakamoto, Naoya; Hirose, Kei; Yokoo, Shunpei; Hernlund, John; Ohishi, Yasuo; Yurimoto, Hisayoshi. (2021- 05-11). «Pruebas experimentales de la incorporación de hidrógeno en el núcleo de la Tierra» Nature Communications 12 (1): 2588. ISSN 2041-1723. OCLC .8113257 PMID 33976113. Bibcode2021NatCo..12.2588T..
  27. a b c d Buffett, Bruce A.. (2000-06-16). «El núcleo de la Tierra y el geodinamo» Science 288 (5473): 2007-2012. PMID 10856207. Bibcode2000Sci...288.2007B..
  28. X. Song, P. G. Richards: Seismological evidence for differential rotation of the Earth's inner core. Nature 382, 1996, pp. 221-224, doi:10.1038/382221a0.
  29. Hrvoje Tkalčić et al.: The shuffling rotation of the Earth's inner core revealed by earthquake doublets. Nature Geoscience 6, 2013, pp. 497-502, doi:10.1038/ngeo1813.
  30. Lauren Waszek et al.: Reconciling the hemispherical structure of Earth's inner core with its super-rotation. Nature Geoscience 4, 2011, pp. 264-267 doi:10.1038/ngeo1083.
  31. Mathieu Dumberry, Jon Mound: Inner core–mantle gravitational locking and the super-rotation of the inner core. In: Geophysical Journal International 181. 2010, S. 806–817
  32. J. M. Aurnou: Mechanics of inner core super-rotation. In: Geophysical Research Letters. Band 23, 1996, S. 3401–3404

Bibliografia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  • Heinrich Bahlburg, Christoph Breitkreuz: Grundlagen der Geologie. Elsevier, 2004, ISBN 3-8274-1394-X .
  • Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens: Allgemeine Geologie. Deutsche Ausgabe bearbeitet und ergänzt von Bernd Lammerer. 9., Auflage eguneratua. Pearson Studium, München [ua] 2009, ISBN 978-3-8273-7335-9 (ingelesez: Earth: An Introduction to Physical Geology. Übersetzt von Tatjana D. Logan).
  • Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogia: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. Teil III. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-78200-1, 27. kapitulua. Aufbau des Erdinnern.
  • Hidenori Terasaki, et al.: Deep Earth - beheko mantuaren eta nukleoaren fisika eta kimika. John Wiley & Sons, New York 2016, ISBN 978-1-118-99247-0 .

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]