แกนโลกชั้นนอก
| ส่วนหนึ่งของชุดบทความ |
| ธรณีฟิสิกส์ |
|---|
 |
แกนโลกชั้นนอกเป็นชั้นของเหลวที่มีความหนาประมาณ2,260 กิโลเมตร (1,400 ไมล์)ประกอบด้วย เหล็กและนิกเกล เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งอยู่เหนือ แกนโลกชั้นในที่เป็นของแข็งและอยู่ใต้เนื้อ โลก [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]แกนโลกชั้นนอกเริ่มต้นที่ระดับความลึกประมาณ2,889 กิโลเมตร(1,795 ไมล์)ใต้พื้นผิวโลก ณขอบเขตแกนโลก-เนื้อโลกและสิ้นสุด ที่ระดับความลึก 5,150 กิโลเมตร (3,200 ไมล์)ใต้พื้นผิวโลก ณ ขอบเขตแกนโลกชั้นใน[ 4 ]
คุณสมบัติ
แกนโลกชั้นนอกเป็นของเหลว ซึ่งแตกต่างจากแกนโลกชั้นในที่เป็นของแข็ง[ 5 ]หลักฐานที่แสดงว่าแกนโลกชั้นนอกเป็นของเหลว ได้แก่แผ่นดินไหววิทยาซึ่งแสดงให้เห็นว่าคลื่นเฉือนแผ่นดินไหว ไม่ถูกส่งผ่านแกนโลกชั้นนอก[ 6 ]แม้ว่าจะมีองค์ประกอบคล้ายกับแกนโลกชั้นในที่เป็นของแข็ง แต่แกนโลกชั้นนอกยังคงเป็นของเหลว เนื่องจากไม่มีแรงดันเพียงพอที่จะรักษาสภาพให้เป็นของแข็งได้
การผกผันคลื่นแผ่นดินไหวของคลื่นตัวกลางและโหมดปกติจำกัดรัศมีของแกนโลกชั้นนอกไว้ที่ 3483 กม. โดยมีความคลาดเคลื่อน 5 กม. ในขณะที่แกนโลกชั้นในมีรัศมี 1220±10 กม. [ 7 ] : 94
ประมาณการอุณหภูมิของแกนโลกชั้นนอกอยู่ที่ประมาณ3,000–4,500 K (2,700–4,200 °C; 4,900–7,600 °F)ในบริเวณด้านนอก และ4,000–8,000 K (3,700–7,700 °C; 6,700–14,000 °F)ใกล้กับแกนโลกชั้นใน[ 8 ] การสร้างแบบจำลองแสดงให้เห็นว่าแกนโลกชั้นนอก เนื่องจากมีอุณหภูมิสูง จึงเป็นของเหลวที่มีความหนืด ต่ำและมีการไหลเวียน แบบปั่นป่วน[ 8 ]ทฤษฎีไดนาโมมองว่ากระแสน้ำวนในของเหลวนิกเกล-เหล็กของแกนโลกชั้นนอกเป็นแหล่งกำเนิดหลักของสนามแม่เหล็กโลก ความแรง ของสนามแม่เหล็กเฉลี่ยในแกนโลกชั้นนอกคาดว่าจะอยู่ที่ 2.5 มิลลิเทสลาซึ่งแรงกว่าสนามแม่เหล็กที่พื้นผิวถึง 50 เท่า[ 9 ] [ 10 ]
เมื่อแกนโลกเย็นลง ของเหลวที่ขอบแกนในจะแข็งตัว ทำให้แกนในที่เป็นของแข็งเติบโตขึ้นโดยแลกกับแกนนอก ในอัตราประมาณ 1 มิลลิเมตรต่อปี ซึ่งคิดเป็นเหล็กประมาณ 80,000 ตันต่อวินาที[ 11 ]
องค์ประกอบแสง
องค์ประกอบ
แกนโลกชั้นนอกไม่สามารถประกอบด้วยเหล็กหรือโลหะผสม เหล็ก-นิกเกิลทั้งหมดได้ เนื่องจากความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้สูงกว่าค่าที่วัดได้ทางธรณีฟิสิกส์ของความหนาแน่นของแกนโลกชั้นนอก[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]แกนโลกชั้นนอกมีความหนาแน่นต่ำกว่าเหล็ก ประมาณ 5 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ ที่อุณหภูมิและความดันของแกนโลก[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]ดังนั้นจึงมีการเสนอว่าธาตุเบา ที่มี เลขอะตอมต่ำควรประกอบเป็นส่วนหนึ่งของแกนโลกชั้นนอก เนื่องจากเป็นวิธีเดียวที่เป็นไปได้ในการลดความหนาแน่น[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
แม้ว่าแกนโลกชั้นนอกจะไม่สามารถเข้าถึงได้โดยตรงด้วยการสุ่มตัวอย่าง[ 14 ] [ 15 ] [ 18 ] แต่ องค์ประกอบของธาตุเบาสามารถจำกัดได้อย่างมีความหมายโดย การทดลองภายใต้ ความดัน สูง การคำนวณโดยอิงจาก การวัด แผ่นดินไหวแบบจำลองการก่อตัวของโลกและ การเปรียบเทียบ อุกกาบาตคาร์บอนเนเชียสคอนไดรต์กับ โลกซิลิเกต โดยรวม (BSE) [ 12 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 18 ] [ 19 ]ณ ปี 2023จากการประมาณการ แกนโลกชั้นนอกประกอบด้วยเหล็ก พร้อมด้วย ไฮโดรเจน 0 ถึง 0.26 เปอร์เซ็นต์คาร์บอน 0.2 เปอร์เซ็นต์ออกซิเจน 0.8 ถึง 5.3 เปอร์เซ็นต์ซิลิคอน 0 ถึง 4.0 เปอร์เซ็นต์กำมะถัน 1.7 เปอร์เซ็นต์และนิกเกล 5 เปอร์เซ็นต์ โดยน้ำหนัก และอุณหภูมิของขอบเขตแกนโลก-เนื้อโลกและขอบเขตแกนโลกชั้นในอยู่ในช่วง 4,137 ถึง 4,300 Kและ 5,400 ถึง 6,300 Kตามลำดับ[ 14 ]
ข้อจำกัด
การสะสม
ความหลากหลายของธาตุเบาที่มีอยู่ในแกนโลกชั้นนอกนั้นถูกจำกัดไว้บางส่วนโดย การก่อ ตัวของโลก[ 16 ]กล่าวคือ ธาตุเบาที่มีอยู่จะต้องมีอยู่มากมายในระหว่างการก่อตัวของโลก จะต้องสามารถแยกตัวออกเป็นเหล็กเหลวได้ ที่ ความดัน ต่ำ และจะต้องไม่ระเหยและหลุดออกไปในระหว่างกระบวนการก่อตัวของโลก[ 14 ] [ 16 ]
คอนไดรต์ CI
เชื่อกันว่า อุกกาบาตคอนไดรต์ CIประกอบด้วยธาตุที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ในสัดส่วนเดียวกันกับในระบบสุริยะยุคแรก [ 14 ]ดังนั้นความแตกต่างระหว่างอุกกาบาต CI และBSEจึงสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับองค์ประกอบของธาตุเบาในแกนโลกชั้นนอกได้[ 20 ] [ 14 ]ตัวอย่างเช่น การลดลงของซิลิคอนในเนื้อโลกดั้งเดิมเมื่อเทียบกับอุกกาบาต CI อาจบ่งชี้ว่าซิลิคอนถูกดูดซับเข้าไปในแกนโลก อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของซิลิคอนในแกนโลกชั้นนอกและชั้นในยังคงเป็นไปได้ ในระดับที่หลากหลาย [ 14 ] [ 21 ] [ 22 ]
นัยสำคัญต่อประวัติการก่อตัวของโลกและแกนกลาง
ข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับความเข้มข้นของธาตุเบาในแกนโลกชั้นนอกจะทำให้เข้าใจประวัติการก่อตัวของโลกและการก่อตัวของแกน โลกได้ดียิ่งขึ้น [ 14 ] [ 19 ] [ 23 ]
ผลที่ตามมาต่อการก่อตัวของโลก
แบบจำลองการก่อตัวของโลกอาจได้รับการทดสอบได้ดียิ่งขึ้นหากเรามีข้อจำกัดที่ดีกว่าเกี่ยวกับความเข้มข้น ของธาตุเบา ในแกนโลกชั้นนอก[ 14 ] [ 23 ]ตัวอย่างเช่น แบบจำลองการก่อตัวของโลกโดยอาศัยการแบ่งส่วนของธาตุแกนโลกและเนื้อโลกมักจะสนับสนุนโลกยุคแรกที่สร้างขึ้นจากวัสดุที่ลดลง ควบแน่น และปราศจากสารระเหย[ 14 ] [ 19 ] [ 23 ]แม้ว่าจะมีความเป็นไปได้ที่ วัสดุ ออกซิไดซ์จากระบบสุริยะชั้น นอก จะถูกสะสมเข้ามาในช่วงท้ายของ การก่อ ตัวของโลก[ 14 ] [ 19 ]หากเราสามารถจำกัดความเข้มข้นของไฮโดรเจนออกซิเจนและซิลิคอนในแกนโลกชั้นนอกได้ดียิ่งขึ้น แบบจำลองการก่อตัวของโลกที่ตรงกับความเข้มข้นเหล่านี้ก็จะสามารถจำกัดการก่อตัวของโลกได้ดียิ่งขึ้น[ 14 ]
ผลที่ตามมาต่อการก่อตัวของแกนโลก
การลดลงของธาตุไซเดอโรไฟล์ในเนื้อโลกเมื่อเทียบกับอุกกาบาตคอนไดรต์นั้นเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับซิลิเกตในระหว่างการก่อตัวของแกนโลก[ 24 ] ปฏิกิริยาเหล่านี้ขึ้นอยู่กับออกซิเจน ซิลิคอนและกำมะถัน[ 14 ] [ 25 ] [ 24 ] ดังนั้นข้อจำกัดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความเข้มข้นของธาตุเหล่านี้ในแกนโลกชั้นนอกจะช่วยให้เข้าใจเงื่อนไขการก่อตัวของแกนโลก ได้ ดียิ่ง ขึ้น [ 14 ] [ 23 ] [ 25 ] [ 24 ] [ 26 ]
ในอีกตัวอย่างหนึ่ง การมีอยู่ของไฮโดรเจนในแกนโลกชั้นนอกอาจบ่งชี้ว่าการสะสมตัวของน้ำ ในโลก [ 14 ] [ 27 ] [ 28 ]ไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะในขั้นตอนสุดท้ายของการก่อตัวของโลก[ 23 ]และน้ำอาจถูกดูดซับเข้าไปในโลหะที่ก่อตัวเป็นแกนโลกผ่านมหาสมุทรแมกมาที่ มีน้ำ [ 14 ] [ 29 ]
ผลกระทบต่อสนามแม่เหล็กโลก
สนามแม่เหล็กโลกถูกขับเคลื่อนด้วยการพาความร้อนและการพาความร้อนทางเคมี ซึ่งเป็นการขับไล่ธาตุเบาออกจากแกนกลางชั้นใน ทำให้ธาตุเบาลอยขึ้นไปด้านบนภายในแกนกลางชั้นนอกที่เป็นของเหลว ในขณะที่ ธาตุ ที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะจมลง[ 17 ] [ 30 ]การพาความร้อนทางเคมีนี้จะปลดปล่อยพลังงานโน้มถ่วงออกมา ซึ่งพลังงานนี้จะนำไปใช้ในการขับเคลื่อนไดนาโมโลกที่สร้างสนามแม่เหล็กโลก[ 30 ]ประสิทธิภาพของคาร์โนต์ที่มีความไม่แน่นอนสูงบ่งชี้ว่าการพาความร้อนเชิงองค์ประกอบและการพาความร้อนมีส่วนช่วยประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์และ 20 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับต่อพลังงานของไดนาโมโลก[ 30 ]
ตามธรรมเนียมแล้วเชื่อกันว่าก่อนการก่อตัวของแกนโลกชั้นใน ไดนาโมของโลกส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยการพาความร้อน[ 30 ]อย่างไรก็ตามณ ปี 2020การอ้างว่าค่าการนำความร้อนของเหล็กที่อุณหภูมิและความดันแกนกลางสูงกว่าที่เคยคิดไว้มาก บ่งชี้ว่าการเย็นตัวของแกนกลางส่วนใหญ่เกิดจากการนำความร้อน ไม่ใช่การพาความร้อน ซึ่งจำกัดความสามารถของการพาความร้อนในการขับเคลื่อนไดนาโมของโลก[ 14 ] [ 17 ]ปัญหาดังกล่าวเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "ความขัดแย้งของแกนกลาง" แบบใหม่[ 14 ] [ 17 ] กระบวนการทางเลือกอื่นที่อาจรักษาไดนาโมของโลกไว้ได้นั้น จำเป็นต้องให้แกนกลางของโลกมีอุณหภูมิสูงพอที่จะละลายออกซิเจน แมกนีเซียม ซิลิคอนและธาตุเบาอื่นๆได้[ 17 ]เมื่อแกนกลางของโลกเริ่มเย็นตัวลง มันจะกลายเป็นธาตุเบาที่มีความอิ่มตัวสูงเกินไป ซึ่งจะ ตกตะกอนลงสู่ชั้นแมนเทิลล่างก่อให้เกิดออกไซด์นำไปสู่การพาความร้อนทางเคมีในรูปแบบที่แตกต่างออกไป[ 14 ] [ 17 ]
สนามแม่เหล็กที่เกิดจากการไหลของแกนกลางมีความสำคัญต่อการปกป้องสิ่งมีชีวิตจากรังสีระหว่างดาวเคราะห์และป้องกันไม่ให้ชั้นบรรยากาศสลายไปในลมสุริยะอัตราการเย็นตัวลงจากการนำความร้อนและการพาความร้อนยังไม่แน่นอน[ 31 ]แต่มีการประมาณการว่าแกนกลางจะไม่แข็งตัวเป็นเวลาประมาณ 91 พันล้านปี ซึ่งเป็นช่วงเวลาหลังจากที่ดวงอาทิตย์คาดว่าจะขยายตัว ฆ่าเชื้อบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ และจากนั้นก็ดับลง[ 32 ]
ดูเพิ่มเติม
- โลกกลวง
- ประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของโลก
- บริเวณที่มีความเร็วเฉือนต่ำขนาดใหญ่
- ความไม่ต่อเนื่องของเลห์มันน์
- แบบจำลองการยกเลิกเนื่องจากฝนตก
- การถ่ายภาพ ตัดขวางด้วยคลื่นไหวสะเทือน – เทคนิคการสร้างภาพใต้พื้นผิวโลกโดยใช้คลื่นไหวสะเทือน
- เดินทางสู่ใจกลางโลก
- โลกแข็ง
ลิงก์ภายนอก
