O núcleo da Terra é 1000 graus mais quente do que se pensava
Os
cientistas determinaram que a temperatura perto do centro da Terra para
ser 6.000 graus Celsius, 1000 graus mais quente do que em um
experimento anterior funcionar há 20 anos. Estas
medidas confirmam modelos geofísicos que a diferença de temperatura
entre o núcleo sólido e o manto de cima, tem de ser pelo menos de 1500
graus para explicar porque a terra tem um campo magnético. Os cientistas foram capazes de estabelecer porque a experiência anterior havia produzido uma figura temperatura mais baixa.
Visão
deste artista descreve as diferentes camadas da terra e suas
temperaturas representativas: crosta, superior e inferior do manto
(marrom ao vermelho), núcleo externo líquido (laranja) e núcleo interno
sólido (amarelo). A
pressão na fronteira entre o líquido e o núcleo sólido (realçado) é 3,3
milhões de atmosferas, com uma temperatura de agora confirmado como
6000 graus Celsius.
Crédito: ESRF
O
núcleo da Terra é composto principalmente de uma esfera de ferro
líquido em temperaturas acima de 4000 graus e pressões de mais de 1,3
milhões de atmosferas. Sob estas condições, o ferro é um liquido como a água dos oceanos. É apenas no centro da Terra, onde a pressão e aumento de temperatura ainda maior, que o ferro líquido se solidifica. Análise
do sismo desencadeou ondas sísmicas que passam através da Terra,
diz-nos a espessura dos núcleos sólidos e líquidos, e ainda a forma como
a pressão na Terra aumenta com a profundidade.
No entanto, estas ondas não fornecem informações sobre a temperatura, o que tem uma influência importante sobre o movimento do material no interior do núcleo líquido e sólido acima do manto. Na verdade, a diferença de temperatura entre o manto e o núcleo é o principal motor dos movimentos térmicos de larga escala, que, juntamente com a rotação da Terra, atuam como um dínamo gerador de campo magnético da Terra. O perfil de temperatura através de modelos geofísicos interior também serve de base da Terra que explicam a criação e intensa atividade de vulcões de hot-spot das ilhas havaianas ou La Réunion.
Para gerar uma imagem precisa do perfil de temperatura dentro do centro da Terra, os cientistas podem olhar para o ponto de fusão do ferro em diferentes pressões em laboratório, usando uma célula de diamante bigorna para comprimir amostras partícula de tamanho a pressões de vários milhões de atmosferas e poderoso feixes de laser para aquecê-los para 4000 ou até 5000 graus Celsius. "Na prática, muitos desafios experimentais têm de ser cumpridos", explica Agnès Dewaele da CEA ", como a amostra de ferro tem que ser isolados termicamente e também não devem ser autorizados a quimicamente reagir com o seu meio ambiente. Mesmo que uma amostra atinge as temperaturas extremas e pressões no centro da Terra, é só o fará por uma questão de segundos. Neste curto espaço de tempo, é extremamente difícil determinar se ele começou a derreter ou ainda é sólida. "
O set-up experimental do experimento no ESRF beamline ID27 onde os mapas de difração foram registrados. A bigorna de diamante está no interior do cilindro de metal no centro. A segunda imagem também fotos Guillaume Morard, um dos co-autores da publicação, usando óculos de segurança laser. Créditos ESRF / Blascha Faust
Créditos ESRF / Blascha Faust
Este é o lugar onde os raios X entram em jogo. "Nós desenvolvemos uma nova técnica na qual um feixe intenso de raios-X do sincrotrão pode sondar uma amostra e se deduzir que é sólido, líquido ou parcialmente fundida dentro de tão pouco como um segundo, através de um processo conhecido de difração," diz Mohamed Mezouar do ESRF ", e esta é suficientemente curto para manter a temperatura e pressão constantes, e, ao mesmo tempo, evitar quaisquer reações químicas."
Os cientistas determinaram experimentalmente o ponto de fusão do ferro até 4800 graus Celsius e 2,2 milhões de atmosferas de pressão, e, em seguida, utilizado um método de extrapolação para determinar em que 3,3 milhões de atmosferas, a pressão na fronteira entre o núcleo líquido e sólido, a temperatura seria 6000 + / - 500 graus. Este valor extrapolado poderia alterar um pouco se o ferro sofre uma transição de fase desconhecida entre a medida e os valores extrapolados.
Um feixe muito fina de raios-X sincrotrão é utilizado para detectar se ferro sólido começou a derreter. Isto irá alterar a estrutura cristalina, por sua vez, altera o "padrão de difracção" desvia de raios-X por trás da amostra. Crédito ESRF / Denis Andrault.
Crédito ESRF / Denis Andrault.
Quando os cientistas digitalizados em toda a área de pressões e temperaturas, observaram por Reinhard Boehler, então no MPI de Química, em Mainz (Alemanha), teve, em 1993, valores publicados cerca de 1000 graus mais baixa. A partir de 2400 graus, os efeitos de recristalização aparecer na superfície das amostras de ferro, levando a mudanças dinâmicas da estrutura cristalina do sólido de ferro. O experimento de vinte anos atrás usada uma técnica óptica para determinar se as amostras foram sólido ou derretido, e é altamente provável que a observação da recristalização à superfície foi interpretado como fundente.
"Estamos obviamente muito satisfeitos que a nossa experiência validado melhores teorias atuais sobre a transferência de calor do núcleo da Terra e da geração do campo magnético da Terra. Tenho esperança de que no futuro não tão distante, podemos reproduzir em nossos laboratórios, e investigar com raios-X síncrotron, cada estado da matéria no interior da Terra ", conclui Agnès Dewaele.
Os resultados são publicados em 26 de abril de 2013 na revista Science.
A equipe de pesquisa foi liderada por Agnès Dewaele da francesa Organização nacional de Pesquisas Tecnológicas CEA, ao lado de membros do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica CNRS e do Europeu Synchrotron Radiation Facility ESRF em Grenoble (França).
No entanto, estas ondas não fornecem informações sobre a temperatura, o que tem uma influência importante sobre o movimento do material no interior do núcleo líquido e sólido acima do manto. Na verdade, a diferença de temperatura entre o manto e o núcleo é o principal motor dos movimentos térmicos de larga escala, que, juntamente com a rotação da Terra, atuam como um dínamo gerador de campo magnético da Terra. O perfil de temperatura através de modelos geofísicos interior também serve de base da Terra que explicam a criação e intensa atividade de vulcões de hot-spot das ilhas havaianas ou La Réunion.
Para gerar uma imagem precisa do perfil de temperatura dentro do centro da Terra, os cientistas podem olhar para o ponto de fusão do ferro em diferentes pressões em laboratório, usando uma célula de diamante bigorna para comprimir amostras partícula de tamanho a pressões de vários milhões de atmosferas e poderoso feixes de laser para aquecê-los para 4000 ou até 5000 graus Celsius. "Na prática, muitos desafios experimentais têm de ser cumpridos", explica Agnès Dewaele da CEA ", como a amostra de ferro tem que ser isolados termicamente e também não devem ser autorizados a quimicamente reagir com o seu meio ambiente. Mesmo que uma amostra atinge as temperaturas extremas e pressões no centro da Terra, é só o fará por uma questão de segundos. Neste curto espaço de tempo, é extremamente difícil determinar se ele começou a derreter ou ainda é sólida. "
Créditos ESRF / Blascha Faust
Este é o lugar onde os raios X entram em jogo. "Nós desenvolvemos uma nova técnica na qual um feixe intenso de raios-X do sincrotrão pode sondar uma amostra e se deduzir que é sólido, líquido ou parcialmente fundida dentro de tão pouco como um segundo, através de um processo conhecido de difração," diz Mohamed Mezouar do ESRF ", e esta é suficientemente curto para manter a temperatura e pressão constantes, e, ao mesmo tempo, evitar quaisquer reações químicas."
Os cientistas determinaram experimentalmente o ponto de fusão do ferro até 4800 graus Celsius e 2,2 milhões de atmosferas de pressão, e, em seguida, utilizado um método de extrapolação para determinar em que 3,3 milhões de atmosferas, a pressão na fronteira entre o núcleo líquido e sólido, a temperatura seria 6000 + / - 500 graus. Este valor extrapolado poderia alterar um pouco se o ferro sofre uma transição de fase desconhecida entre a medida e os valores extrapolados.
Crédito ESRF / Denis Andrault.
Quando os cientistas digitalizados em toda a área de pressões e temperaturas, observaram por Reinhard Boehler, então no MPI de Química, em Mainz (Alemanha), teve, em 1993, valores publicados cerca de 1000 graus mais baixa. A partir de 2400 graus, os efeitos de recristalização aparecer na superfície das amostras de ferro, levando a mudanças dinâmicas da estrutura cristalina do sólido de ferro. O experimento de vinte anos atrás usada uma técnica óptica para determinar se as amostras foram sólido ou derretido, e é altamente provável que a observação da recristalização à superfície foi interpretado como fundente.
"Estamos obviamente muito satisfeitos que a nossa experiência validado melhores teorias atuais sobre a transferência de calor do núcleo da Terra e da geração do campo magnético da Terra. Tenho esperança de que no futuro não tão distante, podemos reproduzir em nossos laboratórios, e investigar com raios-X síncrotron, cada estado da matéria no interior da Terra ", conclui Agnès Dewaele.
Os resultados são publicados em 26 de abril de 2013 na revista Science.
A equipe de pesquisa foi liderada por Agnès Dewaele da francesa Organização nacional de Pesquisas Tecnológicas CEA, ao lado de membros do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica CNRS e do Europeu Synchrotron Radiation Facility ESRF em Grenoble (França).
European Synchrotron Radiation Facility. Instalação Europeia de Radiação Síncrotron.
Citações:
Anzellini S. et al:. Fusão de ferro no interior do limite da Terra Núcleo baseado em rápida Difração de Raios X, da Ciência 26 de abril de 2013
R. Boehler, as temperaturas no núcleo da Terra de medições ponto de fusão de ferro em altas pressões estáticas, Nature 363, 534-536 (10 de junho 1993); doi: 10.1038/363534a0
Anzellini S. et al:. Fusão de ferro no interior do limite da Terra Núcleo baseado em rápida Difração de Raios X, da Ciência 26 de abril de 2013
R. Boehler, as temperaturas no núcleo da Terra de medições ponto de fusão de ferro em altas pressões estáticas, Nature 363, 534-536 (10 de junho 1993); doi: 10.1038/363534a0
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