Kako je nastala jezgra Zemlje: struktura našeg planeta. Formiranje zemljine jezgre Zemljina jezgra je najtoplija i najgušća

Kad baciš ključeve u potok rastopljene lave, pozdravi se s njima jer, pa, stari, oni su sve.
- Jack Handy

Gledajući naš planet, primijetit ćete da je 70% njegove površine prekriveno vodom.

Svi znamo zašto je to tako: zato što Zemljini oceani lebde iznad stijena i prljavštine koji čine kopno. Koncept uzgona, u kojem objekti manje gustoće lebde iznad onih gušćih koji tonu ispod, objašnjava mnogo više od oceana.

Isti princip koji objašnjava zašto led pluta u vodi, balon s helijem se diže u atmosferu, a kamenje tone u jezeru objašnjava zašto su slojevi planete Zemlje raspoređeni onako kako jesu.

Najmanje gusti dio Zemlje, atmosfera, lebdi iznad oceana vode, koji lebde iznad Zemljine kore, koji se nalazi iznad gušćeg plašta, koji ne tone u najgušći dio Zemlje: koru.

U idealnom slučaju, najstabilnije stanje Zemlje bilo bi ono koje bi bilo idealno raspoređeno u slojeve, poput luka, s najgušćim elementima u središtu, a kako se krećete prema van, svaki sljedeći sloj bio bi sastavljen od manje gustih elemenata. I svaki potres, zapravo, pomiče planetu prema ovom stanju.

I to objašnjava strukturu ne samo Zemlje, već i svih planeta, ako se sjetite odakle su ti elementi došli.

Kad je Svemir bio mlad - star samo nekoliko minuta - postojali su samo vodik i helij. Sve teži elementi stvoreni su u zvijezdama, a tek kada su te zvijezde umrle, teži elementi su pobjegli u Svemir, omogućujući stvaranje novih generacija zvijezda.

Ali ovaj put, mješavina svih ovih elemenata - ne samo vodika i helija, već i ugljika, dušika, kisika, silicija, magnezija, sumpora, željeza i drugih - ne formira samo zvijezdu, već i protoplanetarni disk oko ove zvijezde.

Pritisak iznutra prema van u zvijezdi koja se formira gura lakše elemente van, a gravitacija uzrokuje urušavanje nepravilnosti na disku i stvaranje planeta.

U slučaju Sunčevog sustava, četiri unutarnja svijeta su najgušća od svih planeta u sustavu. Merkur se sastoji od najgušćih elemenata, koji ne mogu zadržati velike količine vodika i helija.

Drugi planeti, masivniji i udaljeniji od Sunca (i stoga primaju manje njegovog zračenja), mogli su zadržati više ovih ultra-lakih elemenata - tako su nastali plinoviti divovi.

Na svim svjetovima, kao i na Zemlji, u prosjeku su najgušći elementi koncentrirani u jezgri, a oni lakši formiraju sve manje gušće slojeve oko nje.

Nije iznenađujuće da je željezo, najstabilniji element i najteži element koji se stvara u velikim količinama na rubu supernova, najzastupljeniji element u zemljinoj jezgri. Ali možda iznenađujuće, između čvrste jezgre i čvrstog plašta nalazi se tekući sloj deblji od 2000 km: Zemljina vanjska jezgra.

Zemlja ima debeli tekući sloj koji sadrži 30% mase planeta! A za njegovo postojanje doznali smo prilično dovitljivom metodom - zahvaljujući seizmičkim valovima koji potječu od potresa!

U potresima se rađaju dvije vrste seizmičkih valova: glavni kompresijski val, poznat kao P-val, koji putuje uzdužnom putanjom

i drugi posmični val, poznat kao S-val, sličan valovima na površini mora.

Seizmičke postaje diljem svijeta sposobne su uhvatiti P- i S-valove, ali S-valovi ne putuju kroz tekućinu, a P-valovi ne samo da putuju kroz tekućinu, već se i lome!

Kao rezultat toga, možemo razumjeti da Zemlja ima tekuću vanjsku jezgru, izvan koje se nalazi čvrsti omotač, a unutra je čvrsta unutarnja jezgra! Zbog toga Zemljina jezgra sadrži najteže i najgušće elemente, a po tome znamo da je vanjska jezgra tekući sloj.

Ali zašto je vanjska jezgra tekuća? Kao i kod svih elemenata, stanje željeza, bilo kruto, tekuće, plinovito ili drugo, ovisi o tlaku i temperaturi željeza.

Željezo je složeniji element od mnogih na koje ste navikli. Naravno, može imati različite kristalne čvrste faze, kao što je prikazano na grafikonu, ali nas ne zanimaju obični pritisci. Spuštamo se u zemljinu jezgru, gdje su pritisci milijun puta veći od razine mora. Kako izgleda fazni dijagram za tako visoke tlakove?

Ljepota znanosti je u tome što čak i ako nemate odgovor na pitanje odmah, velika je vjerojatnost da je netko već proveo istraživanje koje bi moglo dovesti do odgovora! U ovom su slučaju Ahrens, Collins i Chen 2001. godine pronašli odgovor na naše pitanje.

I iako dijagram pokazuje gigantske pritiske do 120 GPa, važno je zapamtiti da je atmosferski tlak samo 0,0001 GPa, dok u unutarnjoj jezgri tlakovi dosežu 330-360 GPa. Gornja puna linija pokazuje granicu između taljenja željeza (gore) i čvrstog željeza (dolje). Jeste li primijetili kako puna linija na samom kraju čini oštar zaokret prema gore?

Da bi se željezo otopilo pri tlaku od 330 GPa, potrebna je enormna temperatura, usporediva s onom koja vlada na površini Sunca. Iste temperature pri nižim tlakovima lako će održati željezo u tekućem stanju, a pri višim tlakovima - u krutom stanju. Što to znači u smislu Zemljine jezgre?

To znači da kako se Zemlja hladi, njezina unutarnja temperatura opada, ali tlak ostaje nepromijenjen. Odnosno, tijekom formiranja Zemlje, najvjerojatnije je cijela jezgra bila tekuća, a kako se hladi, unutarnja jezgra raste! I u tom procesu, budući da čvrsto željezo ima veću gustoću od tekućeg željeza, Zemlja se polako skuplja, što dovodi do potresa!

Dakle, Zemljina jezgra je tekuća jer je dovoljno vruća da rastali željezo, ali samo u područjima s dovoljno niskim tlakom. Kako Zemlja stari i hladi se, sve više i više jezgre postaje čvrsto, pa se Zemlja malo skuplja!

Ako želimo gledati daleko u budućnost, možemo očekivati ​​da će se pojaviti ista svojstva kao ona opažena u Merkuru.

Merkur se zbog svoje male veličine već znatno ohladio i skupio te ima lomove duge stotine kilometara koji su nastali zbog potrebe kompresije uslijed hlađenja.

Pa zašto Zemlja ima tekuću jezgru? Jer se još nije ohladio. A svaki potres je malo približavanje Zemlje konačnom, ohlađenom i potpuno čvrstom stanju. Ali ne brinite, puno prije tog trenutka Sunce će eksplodirati i svi koje poznajete bit će mrtvi jako dugo.

Zemlja je, zajedno s drugim tijelima Sunčevog sustava, nastala iz hladnog oblaka plina i prašine akrecijom njegovih sastavnih čestica. Nakon nastanka planeta započela je potpuno nova faza njegovog razvoja, koja se u znanosti obično naziva predgeološkom.
Naziv razdoblja je zbog činjenice da najraniji dokazi prošlih procesa - magmatske ili vulkanske stijene - nisu stariji od 4 milijarde godina. Danas ih mogu proučavati samo znanstvenici.
Predgeološka faza razvoja Zemlje još uvijek je prepuna mnogih misterija. Obuhvaća razdoblje od 0,9 milijardi godina, a karakterizira ga rasprostranjeni vulkanizam na planetu s oslobađanjem plinova i vodene pare. U to je vrijeme započeo proces razdvajanja Zemlje na glavne ljuske - jezgru, plašt, koru i atmosferu. Pretpostavlja se da je taj proces izazvan intenzivnim meteoritskim bombardiranjem našeg planeta i topljenjem njegovih pojedinih dijelova.
Jedan od ključnih događaja u povijesti Zemlje bilo je formiranje njezine unutarnje jezgre. To se vjerojatno dogodilo tijekom predgeološke faze razvoja planeta, kada je sva materija bila podijeljena u dvije glavne geosfere - jezgru i plašt.
Nažalost, još uvijek ne postoji pouzdana teorija o nastanku zemljine jezgre, koja bi bila potvrđena ozbiljnim znanstvenim informacijama i dokazima. Kako je nastala Zemljina jezgra? Znanstvenici nude dvije glavne hipoteze za odgovor na ovo pitanje.
Prema prvoj verziji, materija je neposredno nakon nastanka Zemlje bila homogena.
Sastojao se isključivo od mikročestica koje se danas mogu promatrati u meteoritima. No nakon određenog vremena ta se primarna homogena masa podijelila na tešku jezgru, u koju se slilo sve željezo, i lakši silikatni omotač. Drugim riječima, kapljice rastaljenog željeza i popratni teški kemijski spojevi taložili su se u središte našeg planeta i tamo formirali jezgru, koja je većim dijelom ostala rastaljena do danas. Dok su teški elementi težili središtu Zemlje, lake troske su, naprotiv, plutale prema gore - do vanjskih slojeva planeta. Danas ti lagani elementi čine gornji plašt i koru.
Zašto je došlo do takve diferencijacije materije? Smatra se da se Zemlja odmah nakon završetka procesa svog nastanka počela intenzivno zagrijavati, prvenstveno zbog energije koja se oslobađa tijekom gravitacijske akumulacije čestica, kao i zbog energije radioaktivnog raspada pojedinih kemijskih tvari. elementi.
Dodatno zagrijavanje planeta i stvaranje legure željeza i nikla, koja je zbog značajne specifične težine postupno tonula u središte Zemlje, olakšano je navodno bombardiranjem meteoritom.
Međutim, ova se hipoteza suočava s određenim poteškoćama. Na primjer, nije sasvim jasno kako se legura željeza i nikla, čak i u tekućem stanju, uspjela spustiti više od tisuću kilometara i doći do područja jezgre planeta.
Sukladno drugoj hipotezi, jezgra Zemlje nastala je od željeznih meteorita koji su se sudarili s površinom planeta, a kasnije je obrasla silikatnom ljuskom kamenih meteorita i formirala plašt.

Postoji ozbiljna greška u ovoj hipotezi. U ovoj situaciji, željezni i kameni meteoriti trebali bi postojati odvojeno u svemiru. Suvremena istraživanja pokazuju da su željezni meteoriti mogli nastati samo u dubinama planeta koji se raspao pod značajnim pritiskom, odnosno nakon formiranja našeg Sunčevog sustava i svih planeta.
Prva verzija se čini logičnijom, budući da predviđa dinamičku granicu između Zemljine jezgre i plašta. To znači da bi se proces dijeljenja materije između njih mogao nastaviti na planetu još jako dugo i time izvršiti veliki utjecaj na daljnju evoluciju Zemlje.
Dakle, ako uzmemo prvu hipotezu o formiranju jezgre planeta kao osnovu, proces diferencijacije materije trajao je otprilike 1,6 milijardi godina. Zbog gravitacijske diferencijacije i radioaktivnog raspada osigurano je odvajanje tvari.
Teški elementi potonuli su samo do dubine ispod koje je tvar bila toliko viskozna da željezo više nije moglo potonuti. Kao rezultat tog procesa nastao je vrlo gust i težak prstenasti sloj rastaljenog željeza i njegovog oksida. Nalazio se iznad lakšeg materijala primordijalne jezgre našeg planeta. Zatim je iz središta Zemlje istisnuta lagana silikatna tvar. Štoviše, pomaknut je na ekvatoru, što je možda označilo početak asimetrije planeta.
Pretpostavlja se da je tijekom formiranja željezne jezgre Zemlje došlo do značajnog smanjenja volumena planeta, zbog čega se njegova površina sada smanjila. Lagani elementi i njihovi spojevi koji su "isplivali" na površinu formirali su tanku primarnu koru, koja se, kao i svi zemaljski planeti, sastojala od vulkanskih bazalta, prekrivenih debelim slojem sedimenta.
Međutim, nije moguće pronaći žive geološke dokaze prošlih procesa povezanih s formiranjem zemljine jezgre i plašta. Kao što je već navedeno, najstarije stijene na planeti Zemlji stare su oko 4 milijarde godina. Najvjerojatnije, na početku evolucije planeta, pod utjecajem visokih temperatura i pritisaka, primarni bazalti su se metamorfizirali, rastalili i transformirali u nama poznate granitno-gnajsove stijene.
Što je jezgra našeg planeta, koja je vjerojatno nastala u najranijim fazama razvoja Zemlje? Sastoji se od vanjske i unutarnje ljuske. Prema znanstvenim pretpostavkama, na dubini od 2900-5100 km nalazi se vanjska jezgra, koja je po svojim fizičkim svojstvima bliska tekućini.
Vanjska jezgra je tok rastaljenog željeza i nikla koji dobro provodi elektricitet. Upravo s tom jezgrom znanstvenici povezuju nastanak zemljinog magnetskog polja. Preostalih 1270 km razmaka do središta Zemlje zauzima unutarnja jezgra, koja se sastoji od 80% željeza i 20% silicijeva dioksida.
Unutarnja jezgra je tvrda i vruća. Ako je vanjska izravno povezana s plaštem, onda unutarnja jezgra Zemlje postoji sama za sebe. Njegovu tvrdoću, unatoč visokim temperaturama, osigurava gigantski tlak u središtu planeta koji može doseći 3 milijuna atmosfera.
Mnogi kemijski elementi kao rezultat prelaze u metalno stanje. Stoga se čak sugeriralo da se unutarnja jezgra Zemlje sastoji od metalnog vodika.
Gusta unutarnja jezgra ima ozbiljan utjecaj na život našeg planeta. U njemu je koncentrirano planetarno gravitacijsko polje koje sprječava raspršivanje lakih plinskih ljuski, slojeva hidrosfere i geosfere Zemlje.
Vjerojatno je takvo polje bilo karakteristično za jezgru od trenutka kada je planet nastao, kakav god tada bio kemijski sastav i struktura. Doprinijela je kontrakciji nastalih čestica prema središtu.
Ipak, podrijetlo jezgre i proučavanje unutarnje strukture Zemlje najhitniji je problem za znanstvenike koji su usko uključeni u proučavanje geološke povijesti našeg planeta. Još je dalek put do konačnog rješenja ovog pitanja. Kako bi izbjegla razne proturječnosti, moderna je znanost prihvatila hipotezu da se proces formiranja jezgre počeo odvijati istovremeno s formiranjem Zemlje.

Zašto se Zemljina jezgra nije ohladila i ostala zagrijana na temperaturu od približno 6000°C 4,5 milijarde godina? Pitanje je iznimno složeno na koje, osim toga, znanost ne može dati 100% točan i razumljiv odgovor. Međutim, za to postoje objektivni razlozi.

Pretjerana tajnovitost

Pretjerana, da tako kažemo, tajanstvenost zemljine jezgre povezana je s dva čimbenika. Prvo, nitko sa sigurnošću ne zna kako, kada i pod kojim okolnostima je nastao - to se dogodilo tijekom formiranja proto-zemlje ili već u ranim fazama postojanja formiranog planeta - sve je to velika misterija. Drugo, apsolutno je nemoguće dobiti uzorke iz zemljine jezgre - nitko sa sigurnošću ne zna od čega se sastoji. Štoviše, svi podaci koje znamo o kernelu prikupljaju se pomoću neizravnih metoda i modela.

Zašto Zemljina jezgra ostaje vruća?

Da biste pokušali razumjeti zašto se zemljina jezgra ne hladi tako dugo, prvo morate razumjeti što je uzrokovalo njezino prvotno zagrijavanje. Unutrašnjost našeg planeta, kao i svakog drugog planeta, je heterogena; oni predstavljaju relativno jasno razgraničene slojeve različite gustoće. Ali to nije uvijek bio slučaj: teški elementi polako su tonuli, formirajući unutarnju i vanjsku jezgru, dok su laki elementi bili prisiljeni na vrh, formirajući plašt i zemljinu koru. Ovaj proces se odvija izuzetno sporo i popraćen je oslobađanjem topline. No, nije to bio glavni razlog grijanja. Cjelokupna masa Zemlje pritišće golemom silom svoje središte, stvarajući fenomenalan pritisak od približno 360 GPa (3,7 milijuna atmosfera), uslijed čega dolazi do raspada dugoživućih radioaktivnih elemenata sadržanih u jezgri željezo-silicij-nikal. počelo se događati, što je bilo popraćeno kolosalnim emisijama topline .

Dodatni izvor zagrijavanja je kinetička energija koja nastaje kao rezultat trenja između različitih slojeva (svaki se sloj okreće neovisno o drugom): unutarnje jezgre s vanjskom i vanjske s plaštem.

Unutrašnjost planeta (ne poštuju se proporcije). Trenje između tri unutarnja sloja služi kao dodatni izvor grijanja.

Na temelju navedenog možemo zaključiti da je Zemlja, a posebno njena utroba, samodostatan stroj koji se sam zagrijava. Ali to se, naravno, ne može nastaviti zauvijek: zalihe radioaktivnih elemenata unutar jezgre polako nestaju i više neće biti ničega za održavanje temperature.

Zahladilo je!

Zapravo, proces hlađenja već je započeo jako davno, ali se odvija izuzetno sporo - djelićem stupnja po stoljeću. Prema grubim procjenama proći će najmanje 1 milijarda godina prije nego se jezgra potpuno ohladi i prestanu kemijske i druge reakcije u njoj.

Kratak odgovor: Zemlja, a posebno zemljina jezgra, samodostatan je stroj koji se sam zagrijava. Cjelokupna masa planeta pritišće njegovo središte stvarajući fenomenalan pritisak i time pokreće proces raspadanja radioaktivnih elemenata pri čemu dolazi do oslobađanja topline.

Ljudi su ispunili Zemlju. Osvajali smo zemlje, letjeli zrakom, ronili u dubine oceana. Posjetili smo čak i mjesec. Ali nikada nismo bili u jezgri planeta. Nismo mu se ni približili. Zemljina središnja točka je 6000 kilometara ispod, a čak je i najudaljeniji dio jezgre 3000 kilometara ispod naših nogu. Najdublja rupa koju smo napravili na površini je ova, a čak i tada seže duboko u zemlju tričavih 12,3 kilometra.

Svi poznati događaji na Zemlji događaju se blizu površine. Lava koja izbija iz vulkana najprije se topi na dubini od nekoliko stotina kilometara. Čak se i dijamanti, koji zahtijevaju ekstremnu toplinu i pritisak da bi se formirali, rađaju u stijenama dubokim najviše 500 kilometara.

Sve ispod je obavijeno velom misterije. Čini se nedostižnim. A ipak znamo dosta zanimljivih stvari o našoj jezgri. Imamo čak i neku ideju o tome kako je nastao prije nekoliko milijardi godina - sve bez ijednog fizičkog uzorka. Kako smo uspjeli naučiti toliko o Zemljinoj jezgri?

Prvi korak je pažljivo razmisliti o Zemljinoj masi, kaže Simon Redfern sa Sveučilišta Cambridge u Velikoj Britaniji. Zemljinu masu možemo procijeniti promatranjem utjecaja gravitacije planeta na objekte na površini. Ispostavilo se da je masa Zemlje 5,9 sekstilijuna tona: to je 59 nakon čega slijedi dvadeset nula.

Ali na površini nema traga takvoj masi.

“Gustoća materijala na površini Zemlje puno je niža od prosječne gustoće cijele Zemlje, što nam govori da postoji nešto gušće”, kaže Redfern. "Ovo je prvi."

U biti, većina Zemljine mase trebala bi biti smještena prema središtu planeta. Sljedeći korak je saznati od kojih je teških materijala jezgra napravljena. I sastoji se gotovo u potpunosti od željeza. 80% jezgre je željezo, ali točnu brojku tek treba utvrditi.

Glavni dokaz tome je ogromna količina željeza u svemiru oko nas. To je jedan od deset najzastupljenijih elemenata u našoj galaksiji, a također se često nalazi u meteoritima. Uz sve to, željeza na površini Zemlje ima puno manje nego što bi se očekivalo. Prema teoriji, kada je Zemlja nastala prije 4,5 milijardi godina, mnogo je željeza teklo dolje do jezgre.

Većina mase je koncentrirana tamo, što znači da bi željezo trebalo biti tamo. Željezo je također relativno gust element u normalnim uvjetima, a pod ekstremnim pritiskom u Zemljinoj jezgri bit će još gušći. Željezna jezgra mogla bi objasniti svu nedostajuću masu.

Ali čekaj. Kako je željezo uopće završilo tamo? Željezo je trebalo nekako privući - doslovno - u središte Zemlje. Ali sada se to ne događa.

Većina ostatka Zemlje izgrađena je od stijena – silikata – a rastaljeno željezo teško prolazi kroz njih. Baš kao što voda stvara kapljice na masnoj površini, željezo se skuplja u malim spremnicima, odbijajući se širiti i prosuti.

Moguće rješenje otkrili su 2013. Wendy Mao sa Sveučilišta Stanford i njezini kolege. Pitali su se što se događa kada su željezo i silikat podvrgnuti snažnom pritisku duboko u zemlji.

Čvrsto stisnuvši obje tvari pomoću dijamanata, znanstvenici su uspjeli progurati rastaljeno željezo kroz silikat. "Ovaj pritisak značajno mijenja svojstva interakcije željeza sa silikatima", kaže Mao. - Pri visokom tlaku stvara se "mreža taljenja".

To može značiti da je željezo postupno klizilo kroz Zemljine stijene tijekom milijuna godina dok nije stiglo do jezgre.

U ovom trenutku možete se zapitati: kako zapravo znamo veličinu kernela? Zašto znanstvenici vjeruju da počinje 3000 kilometara dalje? Postoji samo jedan odgovor: seizmologija.

Kada se dogodi potres, on šalje udarne valove po cijelom planetu. Seizmolozi bilježe te vibracije. Kao da golemim čekićem udaramo po jednoj strani planeta i slušamo buku s druge strane.

“Šezdesetih godina prošlog stoljeća dogodio se potres u Čileu, koji nam je dao ogromnu količinu podataka”, kaže Redfern. “Svaka seizmička stanica diljem Zemlje zabilježila je podrhtavanje ovog potresa.”

Ovisno o ruti kojom te vibracije prolaze kroz različite dijelove Zemlje, a to utječe na to kakav "zvuk" proizvode na drugom kraju.

Rano u povijesti seizmologije postalo je očito da nedostaju neke oscilacije. Očekivalo se da će se ti "S-valovi" vidjeti na drugom kraju Zemlje nakon što su nastali na jednom kraju, ali nisu viđeni. Razlog tome je jednostavan. S-valovi odjekuju kroz čvrsti materijal i ne mogu putovati kroz tekućinu.

Mora da su naišli na nešto rastaljeno u središtu Zemlje. Mapiranjem putanje S-valova znanstvenici su zaključili da na dubini od oko 3000 kilometara stijene postaju tekuće. Ovo također sugerira da je cijela jezgra rastaljena. No, seizmolozi su u ovoj priči imali još jedno iznenađenje.

1930-ih, danska seizmologinja Inge Lehman otkrila je da je druga vrsta valova, P-valovi, neočekivano prošla kroz jezgru i otkrivena na drugoj strani planeta. Odmah je uslijedila pretpostavka da je jezgra podijeljena u dva sloja. "Unutarnja" jezgra, koja počinje 5000 kilometara ispod, bila je čvrsta. Samo je "vanjska" jezgra otopljena.

Lehmanova ideja potvrđena je 1970., kada su osjetljiviji seizmografi pokazali da P valovi doista putuju kroz jezgru i, u nekim slučajevima, odbijaju se od nje pod određenim kutovima. Nije iznenađenje da završe na drugom kraju planeta.

Nisu samo potresi ti koji šalju udarne valove kroz Zemlju. Zapravo, seizmolozi puno duguju razvoju nuklearnog oružja.

Nuklearna eksplozija također stvara valove na tlu, zbog čega se države prilikom testiranja nuklearnog oružja za pomoć obraćaju seizmolozima. To je bilo izuzetno važno tijekom Hladnog rata, pa su seizmolozi poput Lehmana dobili veliku podršku.

Konkurirajuće zemlje međusobno su učile o nuklearnim sposobnostima, a mi smo u isto vrijeme učili sve više i više o Zemljinoj jezgri. Seizmologija se i danas koristi za otkrivanje nuklearnih eksplozija.

Sada možemo nacrtati grubu sliku strukture Zemlje. Postoji rastaljena vanjska jezgra koja počinje otprilike na pola puta do središta planeta, a unutar nje je čvrsta unutarnja jezgra promjera približno 1220 kilometara.

Time se pitanja ne smanjuju, posebno na temu unutarnje jezgre. Na primjer, koliko je vruće? Shvatiti to nije bilo tako lako, a znanstvenici su se dugo češali po glavi, kaže Lidunka Vokadlo s University College London u Velikoj Britaniji. Tu ne možemo staviti termometar, pa je jedina mogućnost stvaranje potrebnog tlaka u laboratorijskim uvjetima.

U normalnim uvjetima željezo se topi na temperaturi od 1538 stupnjeva

Godine 2013. grupa francuskih znanstvenika dala je najbolju procjenu do sada. Podvrgnuli su čisto željezo upola manjem pritisku onoga što je u jezgri, i od tamo nastavili. Talište čistog željeza u jezgri je približno 6230 stupnjeva. Prisutnost drugih materijala može malo sniziti točku taljenja, do 6000 stupnjeva. Ali još uvijek je toplije od površine Sunca.

Poput neke vrste krumpira u omotaču, Zemljina jezgra ostaje vruća zahvaljujući toplini preostaloj od formiranja planeta. Također izvlači toplinu iz trenja koje nastaje pri kretanju gustih materijala, kao i iz raspada radioaktivnih elemenata. Hladi se za oko 100 Celzijevih stupnjeva svakih milijardu godina.

Poznavanje ove temperature je korisno jer utječe na brzinu kojom vibracije putuju kroz jezgru. I to je zgodno, jer postoji nešto čudno u tim vibracijama. P-valovi putuju iznenađujuće sporo kroz unutarnju jezgru - sporije nego da je napravljena od čistog željeza.

“Brzine valova koje su seizmolozi izmjerili u potresima mnogo su niže nego što pokazuju eksperimenti ili računalni izračuni”, kaže Vokadlo. "Nitko još ne zna zašto je to."

Očigledno postoji još jedan materijal pomiješan sa željezom. Moguće nikal. Ali znanstvenici su izračunali kako bi seizmički valovi trebali proći kroz leguru željeza i nikla i nisu uspjeli uskladiti izračune s promatranjima.

Vokadlo i njezini kolege sada razmatraju mogućnost da drugi elementi, poput sumpora i silicija, mogu biti prisutni u jezgri. Do sada nitko nije uspio smisliti teoriju o sastavu unutarnje jezgre koja bi zadovoljila sve. Pepeljugin problem: cipela ne pristaje nikome. Vokadlo pokušava eksperimentirati s materijalima unutarnje jezgre na računalu. Ona se nada da će pronaći kombinaciju materijala, temperatura i pritisaka koji će usporiti seizmičke valove za pravi iznos.

Ona kaže da tajna možda leži u činjenici da je unutarnja jezgra gotovo na točki topljenja. Kao rezultat toga, točna svojstva materijala mogu se razlikovati od onih potpuno čvrste tvari. To bi također moglo objasniti zašto seizmički valovi putuju sporije od očekivanog.

"Ako je ovaj učinak stvaran, mogli bismo uskladiti rezultate mineralne fizike s rezultatima seizmologije", kaže Vokadlo. "Ljudi to još ne mogu."

Postoji još mnogo misterija vezanih uz Zemljinu jezgru koje tek treba riješiti. Ali budući da nisu u mogućnosti zaroniti do ovih nezamislivih dubina, znanstvenici pokušavaju otkriti što se nalazi tisućama kilometara ispod nas. Skriveni procesi Zemljine unutrašnjosti iznimno su važni za proučavanje. Zemlja ima snažno magnetsko polje koje stvara njezina djelomično rastaljena jezgra. Konstantno kretanje rastaljene jezgre stvara električnu struju unutar planeta, a ona zauzvrat stvara magnetsko polje koje se proteže daleko u svemir.

Ovo magnetsko polje štiti nas od štetnog sunčevog zračenja. Da Zemljina jezgra nije takva kakva jest, ne bi bilo magnetskog polja i mi bismo zbog toga ozbiljno patili. Malo je vjerojatno da će itko od nas moći vidjeti jezgru vlastitim očima, ali dobro je jednostavno znati da je tu.

Zemljina jezgra uključuje dva sloja s graničnom zonom između njih: vanjska tekuća ljuska jezgre doseže debljinu od 2266 kilometara, ispod nje se nalazi masivna gusta jezgra, čiji se promjer procjenjuje na 1300 km. Prijelazna zona ima nejednoliku debljinu i postupno se stvrdnjava, pretvarajući se u unutarnju jezgru. Na površini gornjeg sloja temperatura je oko 5960 stupnjeva Celzijusa, iako se ti podaci smatraju približnim.

Približan sastav vanjske jezgre i metode za njegovo određivanje

Još uvijek se vrlo malo zna o sastavu čak i vanjskog sloja zemljine jezgre, budući da nije moguće dobiti uzorke za proučavanje. Glavni elementi koji mogu činiti vanjsku jezgru našeg planeta su željezo i nikal. Znanstvenici su do ove hipoteze došli kao rezultat analize sastava meteorita, budući da su lutalice iz svemira fragmenti jezgri asteroida i drugih planeta.

Ipak, meteoriti se ne mogu smatrati apsolutno identičnima u kemijskom sastavu, jer su izvorna kozmička tijela bila mnogo manja od Zemlje. Nakon mnogo istraživanja znanstvenici su došli do zaključka da je tekući dio nuklearne tvari jako razrijeđen drugim elementima, uključujući sumpor. To objašnjava njegovu manju gustoću nego kod legura željeza i nikla.

Što se događa u vanjskoj jezgri planeta?

Vanjska površina jezgre na granici s plaštem je heterogena. Znanstvenici sugeriraju da ima različite debljine, tvoreći neobičan unutarnji reljef. To se objašnjava stalnim miješanjem heterogenih dubokih tvari. Razlikuju se po kemijskom sastavu i također imaju različite gustoće, pa debljina granice između jezgre i plašta može varirati od 150 do 350 km.

Pisci znanstvene fantastike prethodnih godina u svojim su djelima opisivali putovanje do središta Zemlje kroz duboke špilje i podzemne prolaze. Je li ovo stvarno moguće? Nažalost, tlak na površini jezgre prelazi 113 milijuna atmosfera. To znači da bi se svaka špilja čvrsto "zalupila" čak iu fazi približavanja plaštu. To objašnjava zašto na našem planetu nema špilja dubljih od najmanje 1 km.

Kako proučavamo vanjski sloj jezgre?

Znanstvenici mogu procijeniti kako jezgra izgleda i od čega se sastoji praćenjem seizmičke aktivnosti. Na primjer, utvrđeno je da se vanjski i unutarnji sloj okreću u različitim smjerovima pod utjecajem magnetskog polja. Zemljina jezgra krije još desetke neriješenih misterija i čeka nova temeljna otkrića.