Má zem jadro. Ako vieme, čo sa nachádza v jadre Zeme? História objavenia zemského jadra

Prečo sa jadro Zeme neochladzuje a zostáva zohriate na teplotu približne 6000 °C počas 4,5 miliardy rokov? Otázka je mimoriadne zložitá, na ktorú navyše veda nevie dať 100% presnú zrozumiteľnú odpoveď. Má to však objektívne dôvody.

Príliš veľa záhad

Prílišná, takpovediac záhada zemského jadra je spojená s dvoma faktormi. Po prvé, nikto s istotou nevie, ako, kedy a za akých okolností vznikol – stalo sa to pri vzniku proto-Zeme alebo už v raných fázach existencie sformovanej planéty – to všetko je veľká záhada. Po druhé, je absolútne nemožné získať vzorky zo zemského jadra – nikto určite nevie, z čoho pozostáva. Okrem toho všetky údaje, ktoré vieme o jadre, sa zhromažďujú nepriamymi metódami a modelmi.

Prečo zostáva jadro Zeme horúce?

Aby ste sa pokúsili pochopiť, prečo sa zemské jadro tak dlho neochladzuje, musíte najprv zistiť, čo spôsobilo jeho oteplenie. Útroby našej, ako každej inej planéty, sú heterogénne, sú to pomerne jasne ohraničené vrstvy rôznej hustoty. Ale nebolo to tak vždy: ťažké prvky pomaly klesali a vytvorili vnútorné a vonkajšie jadro, ľahké boli vytlačené nahor, čím sa vytvoril plášť a zemská kôra. Tento proces prebieha extrémne pomaly a je sprevádzaný uvoľňovaním tepla. To však nebol hlavný dôvod vykurovania. Celá hmota Zeme veľkou silou tlačí na jej stred a vytvára fenomenálny tlak približne 360 ​​GPa (3,7 milióna atmosfér), v dôsledku čoho dochádza k rozpadu rádioaktívnych prvkov s dlhou životnosťou obsiahnutých v jadre železo-kremík-nikel. začalo dochádzať, čo bolo sprevádzané kolosálnymi emisiami tepla.

Dodatočným zdrojom ohrevu je kinetická energia vznikajúca v dôsledku trenia medzi rôznymi vrstvami (každá vrstva sa otáča nezávisle od druhej): vnútorné jadro s vonkajším a vonkajšie s plášťom.

Útroby planéty (proporcie nie sú splnené). Trenie medzi tromi vnútornými vrstvami slúži ako dodatočný zdroj ohrevu.

Na základe uvedeného môžeme konštatovať, že Zem a najmä jej útroby sú sebestačný stroj, ktorý sa sám ohrieva. Ale nemôže to tak prirodzene pokračovať donekonečna: zásoby rádioaktívnych prvkov vo vnútri jadra pomaly miznú a na udržanie teploty nezostane nič.

Už sa ochladzuje!

V skutočnosti sa proces ochladzovania už začal veľmi dávno, ale prebieha extrémne pomaly – o zlomok stupňa za storočie. Podľa hrubých odhadov bude trvať najmenej 1 miliardu rokov, kým jadro úplne vychladne a zastaví v ňom chemické a iné reakcie.

Stručná odpoveď: Zem, a najmä zemské jadro, je sebestačný stroj, ktorý sa sám ohrieva. Celá hmota planéty tlačí na jej stred, vytvára fenomenálny tlak a tým spúšťa proces rozpadu rádioaktívnych prvkov, v dôsledku čoho sa uvoľňuje teplo.

Ak chcete vypočítať, aké hodnoty dosahuje tlak vo vnútri Zeme spôsobený hmotnosťou hornín, ktoré tvoria rôzne škrupiny, musíte poznať hustotu hornín vo všetkých hĺbkach a veľkosť gravitácie tiež vo všetkých hĺbkach až do centrum.

Ako sme videli, hustota hornín rastie s hĺbkou, aj keď nerovnomerne. Z 2,5 na povrchu stúpa na 3,4 v hĺbke asi 100 km a do 6,0 pri 2900 km pod povrchom. Tu, na hranici jadra, je pozorovaný skok v hodnote hustoty: okamžite dosiahne hodnotu 9,5 (približne) a potom opäť rovnomerne rastie a dosahuje 12,5 v strede jadra (podľa M. S. Molodensky, 1955 ) (pozri. Obr. 8).

Ryža. 8. Zmena hustoty vo vnútri Zeme.

Čo sa týka gravitácie, dá sa o nej povedať nasledovné. Gravitácia je sila, ktorou Zem k sebe priťahuje všetky telesá. Pod vplyvom tejto sily padajú telesá vo voľnom stave (napríklad vo vzduchu) na Zem, t.j. pohybujú sa smerom k stredu Zeme, postupne sa zrýchľujú, t.j. prijímajú „zrýchľovanie“. Veľkosť „gravitačného zrýchlenia“ sa dá vypočítať. Na povrchu Zeme je gravitačné zrýchlenie približne 9,8 m/s 2; v hlbinách Zeme najskôr mierne narastá, maximum dosahuje pri povrchu jadra a potom rýchlo klesá, pričom v strede Zeme dosahuje nulu (obr. 9). Je to pochopiteľné: bod nachádzajúci sa v strede zemegule je priťahovaný všetkými časťami, ktoré ho obklopujú, rovnakou silou pozdĺž všetkých polomerov, a výsledkom je, že výsledok bude rovný nule.

Ryža. 9. Zmena gravitačného zrýchlenia vo vnútri Zeme.

S týmito informáciami môžeme vypočítať hmotnosť stĺpca hornín s prierez, rovná 1 m2. centimeter a dĺžku rovnajúcu sa polomeru Zeme alebo akejkoľvek jej časti. Bude to tlak vyvíjaný hmotnosťou nadložných hornín na elementárnu plochu (1 štvorcových cm) hlboko v zemi. Výpočty vedú k nasledujúcim číslam: na „úpätí“ zemskej kôry, t. j. na dne sialického obalu (v hĺbke 50 km) - asi 13 tisíc atmosfér, t.j. asi 13 ton na štvorcový centimeter; na hranici jadra - asi 1,4 milióna atmosfér; v strede Zeme – asi 3 milióny atmosfér (obr. 10). Tri milióny atmosfér sú približne tri tisícky ton na štvorcový centimeter. Ide o obrovské množstvo. Takéto tlaky zatiaľ žiadne laboratórium nedokázalo dosiahnuť.

Ryža. 10. Zmeny tlaku vo vnútri Zeme.

Prejdime k teplote. Podľa meraní vo vrtoch, ako aj v baniach sa zistilo, že teplota stúpa s hĺbkou, pričom na každých 100 metrov stúpa približne o 3°. Podobné tempo rastu teploty pretrváva všade, na všetkých kontinentoch, ale len vo vonkajších častiach Zeme, blízko jej samotného povrchu. S hĺbkou klesá veľkosť „geotermálneho gradientu“ (geotermálny gradient – ​​zmena teploty v stupňoch na centimeter). Výpočty založené na tepelnej vodivosti hornín ukazujú, že geotermálny gradient známy pre vonkajšie časti zemegule pretrváva najviac prvých 20 rokov. km; nižšie sa nárast teploty výrazne spomalí. Na chodidle sialického puzdra je nepravdepodobné, že by teplota prekročila 900°; v hĺbke 100 km - asi 1500°; Navyše sa jeho rast ešte viac spomaľuje. Čo sa týka centrálnych častí Zeme, najmä jadra, je veľmi ťažké o nich niečo s istotou povedať. Odborníci, ktorí sa touto problematikou zaoberali, sa domnievajú, že vnútro Zeme sa nezohrieva na viac ako 2-3 tisíc stupňov (obr. 11).

Ryža. 11. Zmena teploty vo vnútri Zeme.

Pre porovnanie môže byť zaujímavé pripomenúť, že v strede Slnka sa teplota odhaduje na 1 milión stupňov, na povrchu Slnka - asi 6000 °. Vlas horiacej elektrickej žiarovky sa zahrieva až na 3000°.

Zaujímavé údaje sú dostupné v otázke zdrojov tepla a tepelného režimu zemegule. Kedysi sa verilo, že Zem si zachováva „pôvodné“ teplo, ktoré jej „zdedilo“ Slnko, a postupne ho stráca, ochladzuje sa a zmenšuje svoj objem. Objav rádioaktívnych prvkov zmenil doterajšie predstavy. Ukázalo sa, že horniny, ktoré tvoria zemskú kôru, obsahujú rádioaktívne prvky, ktoré spontánne a nepretržite vyžarujú teplo. Množstvo tohto tepla sa odhaduje na približne 6 milióntin malej kalórie na 1 kubický centimeter horniny za rok, aby sa pokryla celá spotreba vyžarovaného tepla zemského povrchu do svetového priestoru je potrebné, aby tá istá elementárna kocka horniny emitovala len tri desaťmilióntiny malej kalórie za rok. Inými slovami, nie je dôvod domnievať sa, že sa zemeguľa ochladzuje. Skôr naopak, môže sa zahriať. Na tomto základe v posledné roky sú navrhnuté nové hypotézy pre vývoj zemskej kôry a pôvod pohybov, ktoré zažíva.

Vzhľadom na prítomnosť vysokej teploty v útrobách Zeme máme právo položiť si nasledujúcu otázku: v akom fyzickom („agregátnom“) stave sú vnútorné časti Zeme? V pevnom alebo kvapalnom, alebo možno plynnom stave?

Najnovšia verzia t.j. myšlienku plynného stavu hmoty vo vnútri Zeme možno okamžite zamietnuť. Premena minerálov, ktoré tvoria Zem na plyn, si vyžaduje oveľa vyššiu teplotu, ako je prípustná, súdiac podľa vyššie uvedených údajov.

Kamene však môžu byť v tekutom stave. Je napríklad známe, že „kyslé“ horniny sa topia pri 1000 °C, „základné“ horniny sa topia pri 1000 – 1200 °C a „ultrabázické“ horniny sa topia pri 1300 – 1400 °C. To znamená, že už v hĺbke 100–130 km skaly by sa mali roztopiť. Ale existuje veľmi vysoký tlak a tlak zvyšuje teplotu topenia. Koho vplyv bude väčší: vysoká teplota alebo vysoký tlak?

Tu sa musíme opäť obrátiť na pomoc seizmických pozorovaní. Pozdĺžne a priečne vlny voľne prechádzajú cez všetky škrupiny Zeme, uzavreté medzi povrchom Zeme a hranicou jadra; v dôsledku toho sa tu všade hmota správa ako pevná látka. Tento záver je v súlade so záverom astronómov a geofyzikov, ktorí dokázali, že tvrdosť Zeme ako celku je blízka tvrdosti ocele. Podľa výpočtov V. F. Bonchkovského sa tvrdosť Zeme odhaduje na 12 10 11 dynov na centimeter štvorcový, čo je štyrikrát viac ako tvrdosť žuly.

Súhrn moderných údajov teda naznačuje, že všetky škrupiny Zeme (okrem jej jadra!) by sa mali považovať za pevné. Kvapalné skupenstvo hmoty možno predpokladať len pre celkom nevýznamné oblasti v hrúbke zemskej kôry, s ktorou sú sopky priamo spojené.

Ľudia naplnili zem. Dobývali sme krajiny, lietali vzduchom, ponorili sa do hlbín oceánu. Dokonca sme išli na Mesiac. Ale nikdy sme neboli v jadre planéty. Ani sme sa k nemu nepriblížili. Centrálny bod Zeme je 6 000 kilometrov nižšie a dokonca aj najvzdialenejšia časť jadra je 3 000 kilometrov pod našimi nohami. Najhlbšia diera, ktorú sme na povrchu urobili, je a aj tak ide hlboko do zeme na úbohých 12,3 kilometra.

Všetky známe udalosti na Zemi sa odohrávajú blízko povrchu. Láva, ktorá vyviera zo sopiek, sa najskôr roztopí v hĺbke niekoľko stoviek kilometrov. Dokonca aj diamanty, ktoré na svoj vznik vyžadujú extrémne teplo a tlak, sa rodia v horninách v hĺbke nie viac ako 500 kilometrov.

Všetko nižšie je zahalené rúškom tajomstva. Zdá sa nedosiahnuteľné. A predsa vieme o našom jadre pomerne veľa zaujímavých vecí. Máme dokonca určitú predstavu o tom, ako sa sformoval pred miliardami rokov – a to všetko bez jediného fyzického vzoru. Ako sa nám podarilo dozvedieť sa toľko o jadre Zeme?

Najprv sa musíte dôkladne zamyslieť nad hmotnosťou Zeme, hovorí Simon Redfern z University of Cambridge vo Veľkej Británii. Hmotnosť Zeme môžeme odhadnúť pozorovaním vplyvu gravitácie planéty na objekty na povrchu. Ukázalo sa, že hmotnosť Zeme je 5,9 sextilónov ton: toto je 59, za ktorými nasleduje dvadsať núl.

Ale na povrchu nie sú žiadne známky takejto hmoty.

"Hustota materiálu na povrchu Zeme je oveľa nižšia ako priemerná hustota celej Zeme, čo nám hovorí, že existuje niečo hustejšie," hovorí Redfern. - Toto je prvé.

V podstate by väčšina zemskej hmoty mala byť umiestnená smerom k stredu planéty. Ďalším krokom je zistiť, z akých ťažkých materiálov je jadro vyrobené. A je zložený takmer výlučne zo železa. 80% jadra je železo, ale presný údaj sa ešte uvidí.

Hlavným dôkazom toho je obrovské množstvo železa vo vesmíre okolo nás. Je to jeden z desiatich najbežnejších prvkov v našej galaxii a často sa vyskytuje aj v meteoritoch. Pri tom všetkom je na povrchu Zeme oveľa menej železa, ako by sa dalo očakávať. Podľa teórie, keď sa Zem pred 4,5 miliardami rokov formovala, pretieklo do jadra veľa železa.

Tam je sústredená väčšina hmoty, to znamená, že železo by tam malo byť. Železo je za normálnych podmienok tiež pomerne hustý prvok a pri intenzívnom tlaku v zemskom jadre bude ešte hustejší. Železné jadro by mohlo zodpovedať za všetku chýbajúcu hmotu.

Ale počkaj. Ako sa tam železo vôbec dostalo? Železo bolo treba nejako pritiahnuť – doslova – do stredu Zeme. Teraz sa to však nedeje.

Väčšinu zvyšku Zeme tvoria horniny – kremičitany – a roztavené železo cez ne takmer neprejde. Rovnako ako voda tvorí kvapôčky na mastnom povrchu, železo sa zhromažďuje v malých nádržiach a odmieta sa šíriť a rozlievať.

Možné riešenie objavila v roku 2013 Wendy Mao zo Stanfordskej univerzity a jej kolegovia. Zaujímalo ich, čo sa stane, keď sú železo a kremičitan vystavené silnému tlaku hlboko v zemi.

Pevným stlačením oboch látok diamantmi sa vedcom podarilo pretlačiť roztavené železo cez kremičitan. "Tento tlak výrazne mení interakčné vlastnosti železa s kremičitanmi," hovorí Mao. - Pri vysokom tlaku sa vytvára "taviaca sieť".

To môže naznačovať, že železo postupne v priebehu miliónov rokov prekĺzlo cez horniny Zeme, až kým nedosiahlo jadro.

V tejto chvíli sa možno pýtate: ako vlastne poznáme veľkosť jadra? Prečo sa vedci domnievajú, že začína vo vzdialenosti 3000 kilometrov? Existuje len jedna odpoveď: seizmológia.

Keď dôjde k zemetraseniu, vyšle rázové vlny po celej planéte. Seizmológovia tieto vibrácie zaznamenávajú. Ako keby sme na jednu stranu planéty udierali obrovským kladivom a na druhej strane počúvali hluk.

„V 60. rokoch 20. storočia došlo v Čile k zemetraseniu, ktoré nám poskytlo obrovské množstvo údajov,“ hovorí Redfern. "Všetky seizmické stanice okolo Zeme zaznamenali otrasy tohto zemetrasenia."

V závislosti od trasy týchto kmitov prechádzajú rôznymi časťami Zeme a to ovplyvňuje, aký „zvuk“ vydávajú na druhom konci.

Na začiatku histórie seizmológie sa ukázalo, že niektoré vibrácie chýbali. Očakávalo sa, že tieto "S-vlny" budú vidieť na druhom konci Zeme po tom, čo vznikli na jednej, ale neboli. Dôvod je jednoduchý. S-vlny sa ozývajú cez pevný materiál a nemôžu prechádzať kvapalinou.

Museli zasiahnuť niečo roztavené v strede zeme. Po zmapovaní dráh S-vĺn vedci dospeli k záveru, že v hĺbke asi 3000 kilometrov sa horniny stávajú tekutými. To tiež naznačuje, že celé jadro je roztavené. Seizmológovia však mali v tomto príbehu ďalšie prekvapenie.

V tridsiatych rokoch minulého storočia dánska seizmologička Inge Lehmanová zistila, že iný typ vĺn, P-vlny, nečakane prešiel jadrom a našiel sa na druhej strane planéty. Okamžite nasledoval predpoklad, že jadro bolo rozdelené na dve vrstvy. „Vnútorné“ jadro, ktoré začína o 5000 kilometrov nižšie, bolo pevné. Roztaví sa iba „vonkajšie“ jadro.

Lehmanova myšlienka bola potvrdená v roku 1970, keď citlivejšie seizmografy ukázali, že P-vlny skutočne prechádzajú jadrom a v niektorých prípadoch sa od neho v určitých uhloch odrazia. Niet divu, že skončia na druhej strane planéty.

Rázové vlny vysielajú po Zemi viac ako len zemetrasenia. V skutočnosti seizmológovia za veľa vďačia vývoju jadrových zbraní.

Jadrový výbuch tiež vytvára vlny na zemi, takže štáty sa obracajú na seizmológov so žiadosťou o pomoc pri testovaní jadrových zbraní. Počas studenej vojny to bolo mimoriadne dôležité, takže seizmológovia ako Lehman dostali veľkú podporu.

Konkurenčné krajiny sa navzájom učili o svojich jadrových schopnostiach a zároveň sme sa stále viac učili o zemskom jadre. Seizmológia sa na detekciu jadrových výbuchov používa dodnes.

Teraz si môžeme nakresliť približný obraz štruktúry Zeme. Nachádza sa tu roztavené vonkajšie jadro, ktoré začína približne v polovici cesty do stredu planéty a vo vnútri je pevné vnútorné jadro s priemerom asi 1220 kilometrov.

Otázok z toho nie je menej, najmä na tému vnútorného jadra. Napríklad, aké horúce je? Zistiť to nebolo jednoduché a vedci si už dlho lámali hlavu, hovorí Lidunka Vokadlo z University College London vo Veľkej Británii. Nemôžeme tam strčiť teplomer, takže jediný možný variant- je vytvoriť požadovaný tlak v laboratóriu.

Za normálnych podmienok sa železo topí pri teplote 1538 stupňov

V roku 2013 skupina francúzskych vedcov vytvorila doteraz najlepší odhad. Vystavili čisté železo polovičnému tlaku ako v jadre a začali z tohto. Teplota topenia čistého železa v jadre je približne 6230 stupňov. Prítomnosť iných materiálov môže mierne znížiť bod topenia až na 6000 stupňov. Ale stále je tu teplejšie ako na povrchu Slnka.

Keďže ide o druh vyprážaných zemiakov v šupke, jadro Zeme zostáva horúce vďaka teplu, ktoré zostalo pri formovaní planéty. Tiež odoberá teplo z trenia vznikajúceho pri pohybe hustých materiálov, ako aj pri rozpade rádioaktívnych prvkov. Každú miliardu rokov sa ochladí asi o 100 stupňov Celzia.

Je užitočné poznať túto teplotu, pretože ovplyvňuje rýchlosť, akou vibrácie prechádzajú jadrom. A to je výhodné, pretože v týchto vibráciách je niečo zvláštne. P-vlny prechádzajú vnútorným jadrom prekvapivo pomaly – pomalšie, ako keby bolo vyrobené z čistého železa.

"Rýchlosti vĺn, ktoré seizmológovia namerali pri zemetraseniach, sú oveľa nižšie, ako naznačujú experimentálne alebo počítačové simulácie, " hovorí Vocadlo. "Zatiaľ nikto nevie, prečo to tak je."

Je zrejmé, že iný materiál je zmiešaný so železom. Možno nikel. Vedci však vypočítali, ako by sa seizmické vlny mali pohybovať cez zliatinu železa a niklu, a neboli schopní prispôsobiť výpočty pozorovaniam.

Vocadlo a jej kolegovia v súčasnosti zvažujú prítomnosť ďalších prvkov v jadre, ako sú síra a kremík. Zatiaľ sa nikomu nepodarilo vymyslieť teóriu o zložení vnútorného jadra, ktorá by uspokojila každého. Problém Popolušky: Topánka nikomu nesedí. Vocadlo sa snaží experimentovať s materiálmi vnútorného jadra na počítači. Dúfa, že nájde kombináciu materiálov, teplôt a tlakov, ktoré spomalia seizmické vlny o správnu mieru.

Hovorí, že tajomstvo môže spočívať v tom, že vnútorné jadro je takmer na bode topenia. V dôsledku toho sa presné vlastnosti materiálu môžu líšiť od vlastností dokonale pevnej látky. Mohlo by to tiež vysvetliť, prečo seizmické vlny postupujú pomalšie, ako sa očakávalo.

"Ak je tento efekt skutočný, mohli by sme zosúladiť výsledky minerálnej fyziky s výsledkami seizmológie, " hovorí Vocadlo. "Ľudia to ešte nedokážu."

Stále existuje veľa záhad súvisiacich s jadrom Zeme, ktoré ešte nie sú vyriešené. Vedci sa však nedokázali ponoriť do týchto nepredstaviteľných hĺbok a dokázali zistiť, čo je tisíce kilometrov pod nami. Je mimoriadne dôležité študovať skryté procesy vo vnútri Zeme. Zem má silné magnetické pole, ktoré vzniká vďaka čiastočne roztavenému jadru. Vytvára sa neustály pohyb roztaveného jadra elektriny vo vnútri planéty a tá zase vytvára magnetické pole, ktoré siaha ďaleko do vesmíru.

Toto magnetické pole nás chráni pred škodlivým slnečné žiarenie. Ak by jadro Zeme nebolo také, aké je, nebolo by magnetické pole, a tým by sme vážne trpeli. Je nepravdepodobné, že by niekto z nás mohol vidieť jadro na vlastné oči, ale je dobré vedieť, že tam je.

20321 0

Pomocou jemnej kombinácie urýchľovačov častíc, röntgenových lúčov, vysokointenzívnych laserov, diamantov a atómov železa sa vedcom podarilo vypočítať teplotu vnútorného jadra našej planéty.

Podľa nových výpočtov je to 6000 stupňov Celzia, čo je o tisíc stupňov viac, ako sa doteraz predpokladalo.

Jadro planéty Zem má teda vyššiu teplotu ako povrch Slnka.

Nové údaje môžu znamenať prehodnotenie faktov považovaných za nesporné v takých oblastiach vedomostí, ako je geofyzika, seizmológia, geodynamika a iné disciplíny zamerané na štúdium planéty.

Pri pohľade z povrchu nadol sa Zem skladá z kôry, pevného horného plášťa, potom prevažne pevného plášťa, vonkajšieho jadra z roztaveného železa a niklu a vnútorného jadra z pevného železa a niklu. Vonkajšie jadro je v tekutom stave v dôsledku vysoké teploty, ale vyšší tlak vo vnútornom jadre zabraňuje taveniu horniny.

Vzdialenosť od povrchu k stredu Zeme je 6371 km. Hrúbka kôry je 35 km, plášť je 2855 km; na pozadí takýchto vzdialeností vyzerá superhlboká studňa Kola s hĺbkou 12 km ako obyčajná maličkosť. V podstate nevieme nič s istotou o tom, čo sa deje pod kôrou. Všetky naše údaje sú založené na seizmických vlnách zemetrasení, ktoré sa odrážajú od rôznych vrstiev Zeme, a úbohých omrvinkách, ktoré padajú na povrch hlboko z vnútra, ako vulkanická magma.

Prirodzene, vedci by s veľkým potešením vyvŕtali studňu až do samého jadra, ale pri súčasnej úrovni technologického rozvoja nie je táto úloha možná. Už pri dvanástich kilometroch vŕtanie Kola dobre Musel som prestať, pretože teplota v takej hĺbke je 180 stupňov.

Na pätnástich kilometroch je predpovedaná teplota 300 stupňov a s ňou nebudú môcť fungovať ani moderné vrtné súpravy. A ešte viac teraz neexistujú žiadne technológie, ktoré by umožnili vŕtať v plášti v teplotnom rozsahu 500-4000 stupňov. Nemali by sme zabúdať na praktickú stránku veci: mimo kôry nie je žiadna ropa, takže nemusí byť nikto ochotný investovať do pokusu o vytvorenie takýchto technológií.

Na výpočet teploty vo vnútornom jadre francúzski výskumníci vynaložili veľké úsilie, aby v laboratóriu znovu vytvorili ultra vysoké teploty a tlaky jadra. Simulácia tlaku je najviac náročná úloha: v tejto hĺbke dosahuje hodnotu 330 gigapascalov, čo je tri milióny krát viac ako atmosférický tlak.

Na jeho vyriešenie bola použitá bunka s diamantovými nákovami. Pozostáva z dvoch kužeľových diamantov, ktoré pôsobia na materiál z dvoch strán na ploche s priemerom menším ako milimeter; teda na vzorku železa bol aplikovaný tlak 200 gigapascalov. Železo sa potom zahrialo laserom, podrobilo sa rôntgenovej difrakčnej analýze, aby sa za týchto podmienok pozoroval prechod z pevnej látky na kvapalinu. Nakoniec vedci upravili svoje výsledky na tlak 330 gigapascalov, čo viedlo k teplote povlaku vnútorného jadra 5957 plus alebo mínus 500 stupňov. Vo vnútri samotného jadra sa zdá byť ešte vyššie.

Prečo je dôležité prehodnotiť teplotu jadra planéty?

Magnetické pole Zeme je generované práve jadrom a ovplyvňuje mnohé deje prebiehajúce na povrchu planéty – napríklad udržuje atmosféru na mieste. Vedomie, že teplota jadra je o tisíc stupňov vyššia, ako sa doteraz predpokladalo, zatiaľ neposkytuje žiadne praktické využitie, ale v budúcnosti sa môže hodiť. Nová hodnota teploty sa použije v nových seizmologických a geofyzikálnych modeloch, ktoré v budúcnosti môžu viesť k vážnym vedeckým objavom. Celkovo je pre vedcov cenný úplnejší a presnejší obraz okolitého sveta.

Po vhodení kľúčov do prúdu roztavenej lávy sa s nimi rozlúčte, lebo, kámo, sú všetko.
- Jack Handy

Pri pohľade na našu domovskú planétu môžete vidieť, že 70 % jej povrchu je pokrytých vodou.

Všetci vieme, prečo je to tak: pretože zemské oceány sa týčia nad skalami a bahnom, ktoré tvoria pevninu. Koncept vztlaku, v ktorom sa objekty s menšou hustotou vznášajú nad hustejšími objektmi, ktoré klesajú nižšie, vysvetľuje oveľa viac ako len oceány.

Rovnaký princíp, ktorý vysvetľuje, prečo ľad pláva vo vode, héliový balón stúpa v atmosfére a kamene klesajú v jazere, vysvetľuje, prečo sú vrstvy planéty Zem usporiadané tak, ako sú.

Najmenej hustá časť Zeme, atmosféra, sa vznáša nad vodnými oceánmi, ktoré plávajú nad nimi zemská kôra, ktorý sedí nad hustejším plášťom, ktorý neklesá do najhustejšej časti Zeme: kôry.

V ideálnom prípade by najstabilnejší stav Zeme bol taký, ktorý by bol v ideálnom prípade vrstvený, ako cibuľa, s najhustejšími prvkami v strede, a keď sa pohybujete smerom von, každá nasledujúca vrstva by pozostávala z menej hustých prvkov. A každé zemetrasenie vlastne posúva planétu k tomuto stavu.

A to vysvetľuje štruktúru nielen Zeme, ale všetkých planét, ak si pamätáte, odkiaľ tieto prvky pochádzajú.

Keď bol vesmír mladý - len niekoľko minút starý - existoval iba vodík a hélium. Vo hviezdach sa vytváralo stále viac ťažkých prvkov a až keď tieto hviezdy zomreli, ťažké prvky odišli do vesmíru a umožnili tak vznik nových generácií hviezd.

Ale tentoraz zmes všetkých týchto prvkov – nielen vodíka a hélia, ale aj uhlíka, dusíka, kyslíka, kremíka, horčíka, síry, železa a ďalších – tvorí nielen hviezdu, ale aj protoplanetárny disk okolo tejto hviezdy.

Tlak zvnútra von vo formujúcej sa hviezde vytláča ľahšie prvky von a gravitácia spôsobuje zrútenie nepravidelností v disku a vytváranie planét.

V prípade slnečnej sústavy sú štyri vnútorné svety najhustejšie zo všetkých planét v sústave. Ortuť sa skladá z najhustejších prvkov, ktoré nedokázali udržať veľké množstvo vodíka a hélia.

Iné planéty, hmotnejšie a vzdialenejšie od Slnka (a teda prijímajúce menej jeho žiarenia), dokázali pojať viac týchto ultraľahkých prvkov – tak vznikli plynní obri.

Vo všetkých svetoch, ako aj na Zemi, sú v priemere najhustejšie prvky sústredené v jadre, zatiaľ čo pľúca okolo neho vytvárajú postupne menej husté vrstvy.

Niet divu, že železo, najstabilnejší prvok a najťažší prvok vytvorený v veľké množstvá na hranici supernov a je tam najčastejší prvok zemského jadra. Ale možno prekvapivo medzi pevným jadrom a pevným plášťom leží tekutá vrstva hrubá viac ako 2000 km: vonkajšie jadro Zeme.

Zem má hrubú tekutú vrstvu obsahujúcu 30% hmotnosti planéty! A o jeho existencii sme sa dozvedeli pomerne dômyselnou metódou – vďaka seizmickým vlnám pochádzajúcim zo zemetrasení!

Pri zemetraseniach sa rodia seizmické vlny dvoch typov: hlavná tlaková vlna, známa ako P-vlna, prechádza pozdĺž pozdĺžnej dráhy

a druhá šmyková vlna, známa ako S-vlna, podobná vlnám na hladine mora.

Seizmické stanice po celom svete sú schopné zachytiť P- a S-vlny, ale S-vlny neprechádzajú kvapalinou a P-vlny nielenže prechádzajú kvapalinou, ale sa aj lámu!

V dôsledku toho možno pochopiť, že Zem má tekuté vonkajšie jadro, mimo ktorého je pevný plášť, a vo vnútri - pevné vnútorné jadro! To je dôvod, prečo zemské jadro obsahuje najťažšie a najhustejšie prvky, a tak vieme, že vonkajšie jadro je tekutá vrstva.

Ale prečo je vonkajšie jadro tekuté? Ako všetky prvky, aj stav železa, či už tuhého, kvapalného, ​​plynného alebo iného, ​​závisí od tlaku a teploty železa.

Železo je zložitejší prvok ako mnohé, ktoré poznáte. Samozrejme, môže mať rôzne kryštalické pevné látky, ako ukazuje graf, ale obyčajné tlaky nás nezaujímajú. Zostupujeme do zemského jadra, kde sú tlaky miliónkrát vyššie ako na hladine mora. A ako vyzerá fázový diagram pre také vysoké tlaky?

Krása vedy je v tom, že aj keď nemáte hneď odpoveď na otázku, je pravdepodobné, že niekto už urobil správny výskum, v ktorom nájdete odpoveď! V tomto prípade Ahrens, Collins a Chen v roku 2001 našli odpoveď na našu otázku.

A hoci diagram ukazuje gigantické tlaky až 120 GPa, je dôležité si uvedomiť, že tlak atmosféry je len 0,0001 GPa, zatiaľ čo tlaky vo vnútornom jadre dosahujú 330-360 GPa. Horná plná čiara ukazuje hranicu medzi roztaveným železom (hore) a pevným železom (dole). Všimli ste si, ako plná čiara na samom konci prudko stúpa nahor?

Aby sa železo roztavilo pri tlaku 330 GPa, je potrebná obrovská teplota, porovnateľná s tou, ktorá panuje na povrchu Slnka. Rovnaké teploty pri nižších tlakoch ľahko udržia železo v kvapalnom stave a pri vyšších tlakoch v pevnom stave. Čo to znamená z hľadiska zemského jadra?

To znamená, že keď sa Zem ochladzuje, jej vnútorná teplota klesá, pričom tlak zostáva nezmenený. To znamená, že počas formovania Zeme bolo s najväčšou pravdepodobnosťou celé jadro tekuté a keď sa ochladzuje, vnútorné jadro rastie! A keďže pevné železo má vyššiu hustotu ako tekuté železo, Zem sa pomaly zmenšuje, čo vedie k zemetraseniam!

Takže zemské jadro je tekuté, pretože je dostatočne horúce na roztavenie železa, ale iba v oblastiach, kde je dostatočne nízky tlak. Ako Zem starne a ochladzuje sa, čoraz viac jadra sa stáva pevným, a tak sa Zem trochu zmenšuje!

Ak sa chceme pozrieť do ďalekej budúcnosti, môžeme očakávať rovnaké vlastnosti, aké sú pozorované u Merkúra.

Ortuť sa vďaka svojej malej veľkosti už výrazne ochladila a stiahla a má trhliny dlhé stovky kilometrov kvôli potrebe kontrakcie v dôsledku ochladzovania.

Prečo má teda Zem tekuté jadro? Lebo ešte nevychladla. A každé zemetrasenie je malou aproximáciou Zeme do konečného, ​​vychladnutého a pevného skupenstva skrz naskrz. Ale nebojte sa, Slnko vybuchne už dávno predtým a všetci, ktorých poznáte, budú ešte veľmi dlho mŕtvi.