כיצד יודעים מדענים את מבנה פנים כדור הארץ?

מקובל מאוד כי פנים כדור הארץ מורכב מכמה שכבות: הקרום, המעטפת והליבה. מאחר שהקרום נגיש בקלות, מדענים הצליחו לבצע ניסויים מעשיים כדי לקבוע את הרכבו; למחקרים על המעטפת והליבה הרחוקים יותר דגימות הזדמנויות מוגבלות יותר, ולכן מדענים מסתמכים גם על ניתוחים של גלים סיסמיים וכוח המשיכה, כמו גם על מחקרים מגנטיים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

מדענים יכולים לנתח את קרום כדור הארץ ישירות, אך הם מסתמכים על ניתוח סייסמי ומגנטי כדי לחקור את פנים כדור הארץ.

איפה שהקרום הופרע, קל לראות שכבות של חומרים שונים שהתייצבו ודחסו. מדענים מזהים דפוסים בסלעים ובמשקעים הללו, והם יכולים להעריך את הרכב הסלעים דגימות אחרות שנלקחו ממעמקים שונים של כדור הארץ במהלך חפירה שגרתית ומחקרים גיאולוגיים בשטח מַעבָּדָה. מרכז המחקר לליבה של הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית השקיע את 40 השנים האחרונות באגירת סלע ובמאגר ייחורים והפיכת דגימות אלו למחקר. ליבות סלע, ​​שהן קטעים גליליים המובאות אל פני השטח, וחיתוכים (חלקיקים דמויי חול) נשמרים לצורך ניתוח חוזר פוטנציאלי מכיוון ששיפור הטכנולוגיה מאפשר לימוד מעמיק יותר. בנוסף לניתוחים חזותיים וכימיים, מדענים מנסים לדמות תנאים עמוק מתחת לקרום כדור הארץ על ידי חימום וסחיטת דגימות כדי לראות כיצד הם מתנהגים בתנאים אלה. מידע נוסף על הרכב כדור הארץ נובע ממחקרי מטאוריטים המספקים מידע אודות המקור האפשרי של מערכת השמש שלנו.

אי אפשר לקדוח למרכז האדמה, ולכן מדענים מסתמכים על תצפיות עקיפות על חומר שקרים מתחת לפני השטח באמצעות גלים סייסמיים וידע שלהם כיצד גלים אלה נעים במהלך ואחרי רעידת אדמה. מהירות הגלים הסייסמיים מושפעת מתכונות החומר שעוברים הגלים; נוקשות החומר משפיעה על מהירות הגלים האלה. מדידת הזמן שלוקח לגלים מסוימים להגיע לסמומטר לאחר רעידת אדמה יכולה להצביע על מאפיינים ספציפיים של החומרים בהם נתקלו הגלים. כאשר גל נתקל בשכבה עם קומפוזיציה שונה, הוא ישנה כיוון ו / או מהירות. ישנם שני סוגים של גלים סייסמיים: גלי P, או גלי לחץ, העוברים דרך נוזלים ומוצקים כאחד, וגלי S, או גלי גזירה העוברים דרך מוצקים אך לא נוזלים. גלי P הם המהירים מבין השניים, והפער ביניהם מספק אומדן של המרחק לרעידת האדמה. מחקרים סייסמיים משנת 1906 מצביעים על כך שהליבה החיצונית נוזלית והליבה הפנימית מוצקה.

כדור הארץ מחזיק בשדה מגנטי, שיכול לנבוע ממגנט קבוע או ממולקולות מיוננות הנעות במדיום נוזלי בפנים כדור הארץ. מגנט קבוע לא יכול היה להתקיים בטמפרטורות הגבוהות שנמצאו במרכז כדור הארץ, ולכן מדענים הגיעו למסקנה שהליבה נוזלית.

לכדור הארץ יש גם שדה כבידה. אייזיק ניוטון נתן שם למושג הכבידה וגילה שכוח המשיכה מושפע מצפיפות. הוא היה הראשון שחישב את מסת האדמה. באמצעות מדידות כוח המשיכה בשילוב עם מסת כדור הארץ, מדענים קבעו כי פנים כדור הארץ חייב להיות צפוף יותר מהקרום. השוואת צפיפות סלעים של 3 גרם לסנטימטר מעוקב וצפיפות מתכות של 10 גרם לסנטימטר מעוקב לזו של כדור הארץ צפיפות ממוצעת של 5 גרם לסנטימטר מעוקב אפשרה למדענים לקבוע שמרכז כדור הארץ מכיל מַתֶכֶת.