Mniejsze od Księżyca i gorące jak Słońce
O czym mowa? O jądrze Ziemi – kuli płynnego żelaza o temperaturze nawet 6000 st. C. i ciśnieniu 3,3 mln atmosfer. Uważa się, że powstające w nim uporządkowane wiry substancji przewodzącej prąd są przyczyną powstawania i utrzymywania się pola magnetycznego Ziemi
Jądro to wewnętrzna część naszej planety. Według obecnego stanu wiedzy Ziemia składa się z trzech warstw: skorupy, zbudowanego z płynnej skały płaszcza (podzielonego na dwie części) i jądra, w którym rozróżniamy jądro zewnętrzne i wewnętrzne. Zewnętrzna warstwa jądra jest półpłynna (tworzące się w nim prądy odpowiadają za pole magnetyczne naszej planety), wewnętrzna natomiast – stała i składa się głównie z żelaza oraz niklu.
Dzięki badaniom naukowców z University of Illinois (USA) i University of Nanjing (Chiny) postawiono hipotezę, że wewnętrzne jądro Ziemi, które znajduje się ok. 5 tys. km pod naszymi stopami i ma blisko 1,2 tys. km średnicy, ma o wiele bardziej skomplikowaną strukturę niż dotąd sądzono, składa się bowiem z dwóch dodatkowych warstw. Warstwy różnią się od siebie sposobem ułożenia kryształów metali. Orientacja krystalicznej heksagonalnej sieci kryształów żelaza wewnętrznej części jądra to wschód–zachód, a zewnętrznej części północ–południe. Prawdopodobnie w historii Ziemi musiało dojść do jakiegoś dramatycznego wydarzenia, dzięki któremu kryształy w dwóch warstwach jądra wewnętrznego planety ustawiły się prostopadle do siebie. Oznaczać to może również, że wewnętrzny rdzeń może być zbudowany z różnego typu kryształów lub powstał w innej fazie.
Ponadto naukowcy analizowali spektralne fale sejsmiczne generowane podczas trzęsień ziemi, dzięki czemu ustalili, że wewnętrzne stałe jądro naszej planety jest nieco mniejsze niż Księżyc. Dzięki temu odkryciu być może lepiej zrozumiemy, jak działa chroniące nas ziemskie pole magnetyczne. To może być także klucz do poznania, jak nasza planeta ewoluowała. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Nature Geoscience”.
Inne badania, zespołu naukowców kierowanego przez Agnes Dewaele – z CNRS (Francuskiego Krajowego Centrum Naukowego), CEA (Francuskiego Komisariatu ds. Energii Jądrowej i Alternatywnych Źródeł Energii) i ESRF (Europejskiego Ośrodka Synchrotronu Atomowego w Grenoble) – wykazały, że wnętrze Ziemi jest cieplejsze niż dotychczas uważano.
Ponieważ lity rdzeń żelazny jest rzeczywiście krystaliczny i otoczony substancją płynną, to przedmiotem wieloletniej debaty było ustalenie, w jakiej temperaturze formuje się zbudowane ze stopów niklu i żelaza jądro. Francuscy badacze opracowali nową technikę, polegającą na tym, że intensywna wiązka promieni X z synchrotronu mogła zbadać próbkę i dzięki procesowi zwanemu dyfrakcją w czasie krótszym niż sekunda poinformować naukowców, czy jest ona ciekła, stała czy częściowo roztopiona. Naukowcy wyliczyli, że przy ciśnieniu 3,3 miliona atmosfer, jakie panuje na granicy jądra stałego i płynnego Ziemi, temperatura wynosi 6000 stopni Celsjusza, czyli osiąga temperaturę powierzchni Słońca. Wynik ten obalił dwudziestoletnią tezę, według której temperaturę jądra Ziemi Reinhard Boehler, niemiecki geofizyk i mineralog, ustalił na ok. 4000 st. C. Francuscy naukowcy dowiedzieli się, dlaczego w 1993 roku Reinhard Boehler określił taką temperaturę. Przy temperaturze 2400 stopni Celsjusza na powierzchni żelaza dochodzi do ponownej krystalizacji, co pociąga za sobą dynamiczne zmiany w strukturze metalu. Boehler wykorzystał techniki optyczne do stwierdzenia, czy próbka jest ciekła czy stała. Prawdopodobnie uznał ponowną krystalizację za początek roztapiania się próbki.
Francuscy naukowcy potwierdzili tym samym prawdziwość teoretycznych modeli geofizycznych, mówiących, że różnica temperatur między stałym jądrem wewnętrznym a znajdującym się powyżej płaszczem musi wynosić co najmniej 1500 stopni, różnica ta zaś wyjaśnia istnienie ziemskiego pola magnetycznego. Naukowcy wyniki swoich badań opublikowali w czasopiśmie „Science”.
Opracowano na podstawie:
Inner Core of Earth Has Its Own Inner Core, Geologists Say
Earth's core far hotter than thought
