외핵

3. 성분과 구조

외핵은 내핵을 둘러싸고 있는 액체 상태의 층으로, 주로 철과 니켈로 구성되어 있다. 1906년 리처드 딕슨 올덤은 P파의 속도 변화를 관측하여 지구 내부에 액체 상태의 핵이 존재함을 추론하였고, 이 경계를 구텐베르크 불연속면이라 명명했다.^[43] 이후 잉게 레만은 핵이 액체와 고체 두 부분으로 나뉜다는 것을 밝혀냈다.^[33]

외핵에서는 S파가 통과하지 못하고 P파의 속도가 감소한다. 이는 외핵이 유체 상태임을 보여주는 증거이다. 다이너모 이론에 따르면, 유체 상태인 외핵은 지구 자기장 발생의 주요 원인으로 여겨진다. 구텐베르크 불연속면에서의 자기장은 지구 표면 자기장의 50배에 달할 것으로 추정된다.^[44][45]

외핵은 철-니켈 합금 외에도 가벼운 원소들을 포함하고 있다. 지구 외핵의 밀도가 순수 철보다 낮다는 점, 충격파 실험 결과 등을 바탕으로 황, 규소, 산소, 수소, 탄소 등의 가벼운 원소들이 포함되어 있을 것으로 추정된다.^[46]

외핵의 평균 자기장 세기는 2.5 밀리테슬라로, 지표면 자기장보다 50배 강하다.^[9][10] 지구의 핵이 식으면서 액체 상태인 외핵의 일부가 얼어붙어 고체 내핵이 성장하는데, 이 속도는 연간 1mm로 추정된다.^[11]

3. 1. 밀도와 압력

3. 2. 지진파 특성

3. 3. 온도

4. 지구 자기장

다이너모 이론에 따르면, 액체 상태인 외핵은 지구 자기장 생성의 주요 원인으로 여겨진다. 구텐베르크 불연속면에서의 자기장은 지구 표면 자기장의 50배로 추측된다.^[44][45] 잉게 레만은 지구의 핵이 내핵과 외핵으로 나뉘며, 그 경계면에 레만 불연속면이 있다는 것을 처음으로 밝혔다.^[33] 맨틀과 외핵의 경계(구텐베르크 불연속면)는 지하 약 2,890km, 외핵과 내핵의 경계(레만 불연속면)는 지하 약 5,150km에 위치한다.

핵 흐름에 의해 생성된 자기장은 행성간 방사선으로부터 생명체를 보호하고, 대기가 태양풍에 의해 소멸되는 것을 막는 데 필수적이다. 핵의 냉각 속도는 불확실하지만,^[31] 한 추정에 따르면 핵은 약 910억 년 동안 얼어붙지 않을 것으로 예상되는데, 이는 태양이 팽창하여 지구 표면을 불모지로 만들고 소멸될 것으로 예상되는 시점을 훨씬 넘는 기간이다.^[32]

4. 1. 다이너모 이론

4. 2. 지구 자기장의 역할

5. 경원소 (Light elements)

1906년 리처드 딕슨 올덤은 P파가 지구 약 2550km 깊이에서 속력이 갑자기 느려지는 것을 관측했고, 1914년에는 지구에 액체 상태의 핵이 존재한다는 것을 추론하여 그 경계를 구텐베르크 불연속면이라 하였다.^[43] 이후 외핵에서 S파의 속도는 완만하게 변하며 진폭의 감소도 매우 적다는 것이 밝혀졌다. 충격파 실험에 의하면 외핵의 구성 물질은 순수한 철보다 밀도가 낮게 나타나는데, 이는 외핵이 순수한 철로만 이루어진 것이 아니라 경원소를 19% 이상 포함하고 있음을 시사한다.^[46]

5. 1. 경원소의 존재와 조성

5. 2. 지구 강착 및 핵 형성 과정에 대한 영향

• 지구 생성 모델 검증: 외핵의 경원소 농도 제약 조건은 지구 생성 모델을 검증하는 데 도움을 준다.^[14][23] 예를 들어, 핵-맨틀 원소 분배 기반 생성 모델은 태양계 외곽에서 유래한 산화된 물질이 지구 생성 마지막 단계에 추가 축적되었을 가능성에도 불구하고, 환원되고 응축된 휘발성이 없는 물질로 구성된 원시 지구를 지지한다.^[14][19][23] 수소, 산소, 규소 농도를 더 정확하게 제한하면, 이 농도와 일치하는 지구 생성 모델이 지구 형성 과정에 대한 제약 조건을 더 잘 설정할 수 있다.^[14]

• 핵 형성 조건 규명: 친철 원소가 콘드라이트 운석에 비해 지구 맨틀에서 고갈된 것은 지구 핵 형성 중 금속-규산염 반응 때문이다.^[24] 이 반응은 산소, 규소, 황에 의존한다.^[14][25][24] 따라서 외핵의 이 원소들 농도를 제약하면 지구 핵 형성 조건을 밝힐 수 있다.^{[14][23][25][24][26]}

• 물 강착 시기: 외핵에 수소가 존재할 가능성은 지구의 물 강착이 지구 강착 최종 단계에만 국한되지 않고, 물이 수화된 마그마 오션을 통해 핵 형성 금속에 흡수되었을 수 있음을 시사한다.^{[14][27][28][29]}

6. 핵의 냉각과 내핵의 성장

지구의 핵이 식으면서 내핵 경계의 액체 성분이 얼어붙어 고체 상태의 내핵이 성장한다.^[11] 이러한 내핵의 성장 속도는 1년에 약 1mm 정도로 추정된다.^[11][38] 이는 초당 약 8만 톤의 철이 응고되는 것에 해당한다.^[11]

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