Dünyanın çekirdeği nasıl oluştu: Gezegenimizin yapısı. Dünyanın çekirdeğinin oluşumu Dünyanın çekirdeği en sıcak ve en yoğun olanıdır.

Anahtarlarınızı erimiş lav akıntısına düşürdüğünüzde onlara elveda deyin çünkü onlar her şeydir.
- Jack Handy

Ana gezegenimize baktığınızda yüzeyinin %70'inin suyla kaplı olduğunu fark edeceksiniz.

Bunun neden böyle olduğunu hepimiz biliyoruz: Çünkü Dünya'nın okyanusları, karayı oluşturan kayaların ve toprağın üzerinde yüzer. Daha az yoğun nesnelerin daha yoğun olanların üzerinde yüzdüğü ve aşağıya batan kaldırma kuvveti kavramı, okyanuslardan çok daha fazlasını açıklıyor.

Buzun suda yüzdüğünü, helyum balonunun atmosferde yükseldiğini ve kayaların gölde battığını açıklayan aynı prensip, Dünya gezegeninin katmanlarının neden bu şekilde düzenlendiğini de açıklıyor.

Dünyanın en az yoğun kısmı olan atmosfer, Dünya'nın en yoğun kısmına batmayan, daha yoğun mantonun üzerinde yer alan Dünya'nın kabuğunun üzerinde yüzen su okyanuslarının üzerinde yüzer: kabuk.

İdeal olarak, Dünya'nın en kararlı durumu, en yoğun elementlerin merkezde olduğu, bir soğan gibi katmanlara ideal bir şekilde dağılmış olan durum olacaktır ve siz dışarıya doğru ilerledikçe, sonraki her katman daha az yoğun elementlerden oluşacaktır. Ve her deprem aslında gezegeni bu duruma doğru sürüklemektedir.

Ve bu sadece Dünya'nın değil, aynı zamanda tüm gezegenlerin yapısını da açıklıyor, eğer bu elementlerin nereden geldiğini hatırlarsanız.

Evren gençken (sadece birkaç dakikalıkken) yalnızca hidrojen ve helyum vardı. Yıldızlarda giderek daha ağır elementler yaratıldı ve ancak bu yıldızlar öldüğünde daha ağır elementler Evrene kaçarak yeni nesil yıldızların oluşmasına olanak sağladı.

Ancak bu sefer tüm bu elementlerin (yalnızca hidrojen ve helyum değil, aynı zamanda karbon, nitrojen, oksijen, silikon, magnezyum, kükürt, demir ve diğerleri) bir karışımı sadece bir yıldız değil, aynı zamanda bu yıldızın etrafında bir proto-gezegen diski de oluşturuyor.

Oluşan bir yıldızın içeriden dışarıya doğru uyguladığı basınç, daha hafif elementleri dışarı doğru iter ve yerçekimi, diskteki düzensizliklerin çökmesine ve gezegenlerin oluşmasına neden olur.

Güneş Sistemi örneğinde, dört iç dünya, sistemdeki tüm gezegenlerin en yoğun olanıdır. Cıva, büyük miktarda hidrojen ve helyumu tutamayan en yoğun elementlerden oluşur.

Daha büyük ve Güneş'ten daha uzak olan (ve dolayısıyla daha az radyasyon alan) diğer gezegenler, bu ultra hafif elementlerin daha fazlasını tutabildiler - gaz devleri bu şekilde oluştu.

Dünya'da olduğu gibi tüm dünyalarda da ortalama olarak en yoğun elementler çekirdekte yoğunlaşıyor ve hafif olanlar çevresinde giderek daha az yoğun katmanlar oluşturuyor.

Süpernovaların sınırında büyük miktarlarda oluşan en kararlı ve en ağır element olan demirin, dünyanın çekirdeğinde en bol bulunan element olması şaşırtıcı değildir. Ancak belki de şaşırtıcı bir şekilde, katı çekirdek ile katı manto arasında 2.000 km'den daha kalın bir sıvı katman yatıyor: Dünyanın dış çekirdeği.

Dünya, gezegenin kütlesinin %30'unu içeren kalın bir sıvı tabakasına sahiptir! Ve onun varlığını oldukça ustaca bir yöntem kullanarak öğrendik - depremlerden kaynaklanan sismik dalgalar sayesinde!

Depremlerde iki tür sismik dalga doğar: P dalgası olarak bilinen ve uzunlamasına bir yol boyunca ilerleyen ana sıkıştırma dalgası.

ve deniz yüzeyindeki dalgalara benzeyen, S dalgası olarak bilinen ikinci bir kayma dalgası.

Dünyanın dört bir yanındaki sismik istasyonlar P ve S dalgalarını yakalama kapasitesine sahiptir, ancak S dalgaları sıvı içinde ilerlemez ve P dalgaları yalnızca sıvı içinde ilerlemekle kalmaz, aynı zamanda kırılır!

Sonuç olarak, Dünya'nın sıvı bir dış çekirdeğe sahip olduğunu, bunun dışında katı bir manto, içinde ise katı bir iç çekirdek olduğunu anlayabiliyoruz! Bu nedenle Dünya'nın çekirdeği en ağır ve en yoğun elementleri içerir ve dış çekirdeğin sıvı bir katman olduğunu bu şekilde biliyoruz.

Peki dış çekirdek neden sıvıdır? Tüm elementler gibi demirin de katı, sıvı, gaz veya diğer durumları demirin basıncına ve sıcaklığına bağlıdır.

Demir, alışık olduğunuz birçok elementten daha karmaşık bir elementtir. Elbette grafikte de belirtildiği gibi farklı kristal katı fazlara sahip olabilir, ancak biz sıradan basınçlarla ilgilenmiyoruz. Basınçların deniz seviyesinden milyon kat daha fazla olduğu yerkürenin çekirdeğine iniyoruz. Bu kadar yüksek basınçlar için faz diyagramı nasıl görünür?

Bilimin güzelliği, bir sorunun cevabını hemen bilmiyor olsanız bile, muhtemelen birisinin cevaba yol açabilecek araştırmayı zaten yapmış olmasıdır! Bu durumda Ahrens, Collins ve Chen 2001 yılında sorumuzun cevabını buldular.

Diyagram 120 GPa'ya kadar devasa basınçları gösterse de, atmosfer basıncının yalnızca 0,0001 GPa olduğunu, iç çekirdekteki basınçların ise 330-360 GPa'ya ulaştığını hatırlamak önemlidir. Üstteki düz çizgi, eriyen demir (üst) ile katı demir (altta) arasındaki sınırı gösterir. En uçtaki düz çizginin yukarı doğru nasıl keskin bir dönüş yaptığını fark ettiniz mi?

Demirin 330 GPa basınçta erimesi için Güneş'in yüzeyindeki sıcaklıkla karşılaştırılabilecek kadar yüksek bir sıcaklığa ihtiyaç vardır. Daha düşük basınçlarda aynı sıcaklıklar, demiri sıvı halde ve daha yüksek basınçlarda katı halde kolayca tutacaktır. Bu, Dünya'nın çekirdeği açısından ne anlama geliyor?

Bu, Dünya soğudukça iç sıcaklığının düştüğü ancak basıncın değişmediği anlamına gelir. Yani, Dünya'nın oluşumu sırasında büyük olasılıkla çekirdeğin tamamı sıvıydı ve soğudukça iç çekirdek büyüyor! Ve bu süreçte katı demir, sıvı demirden daha yüksek yoğunluğa sahip olduğundan, Dünya yavaş yavaş büzülür ve bu da depremlere yol açar!

Yani Dünya'nın çekirdeği sıvıdır çünkü demiri eritecek kadar sıcaktır, ancak yalnızca yeterince düşük basınca sahip bölgelerde. Dünya yaşlandıkça ve soğudukça, çekirdeğin giderek daha fazla kısmı katılaşıyor ve böylece Dünya biraz küçülüyor!

Geleceğe bakmak istiyorsak Merkür'de gözlemlenenlerle aynı özelliklerin ortaya çıkmasını bekleyebiliriz.

Cıva, küçük boyutundan dolayı zaten önemli ölçüde soğumuş ve büzüşmüştür ve soğuma nedeniyle sıkışma ihtiyacı nedeniyle ortaya çıkan yüzlerce kilometre uzunluğunda çatlaklara sahiptir.

Peki neden Dünya'nın sıvı bir çekirdeği var? Çünkü henüz soğumadı. Ve her deprem, Dünya'nın son, soğumuş ve tamamen katı haline küçük bir yaklaşımıdır. Ama endişelenmeyin, o andan çok önce Güneş patlayacak ve tanıdığınız herkes çok uzun bir süre ölmüş olacak.

Dünya, Güneş Sisteminin diğer cisimleriyle birlikte, onu oluşturan parçacıkların birikmesiyle soğuk bir gaz ve toz bulutundan oluşmuştur. Gezegenin ortaya çıkışından sonra, bilimde genellikle jeolojik öncesi olarak adlandırılan gelişiminin tamamen yeni bir aşaması başladı.
Dönemin adı, geçmiş süreçlerin (mağmatik veya volkanik kayalar) en eski kanıtlarının 4 milyar yıldan daha eski olmamasından kaynaklanmaktadır. Bugün bunları yalnızca bilim adamları inceleyebilir.
Dünyanın gelişiminin jeolojik öncesi aşaması hala birçok gizemle doludur. 0,9 milyar yıllık bir dönemi kapsıyor ve gazların ve su buharının salınmasıyla gezegende yaygın volkanizma ile karakterize ediliyor. Bu sırada Dünya'nın ana kabuklarına (çekirdek, manto, kabuk ve atmosfer) ayrılma süreci başladı. Bu sürecin gezegenimize yoğun göktaşı bombardımanı ve bireysel parçalarının erimesiyle tetiklendiği varsayılmaktadır.
Dünya tarihindeki en önemli olaylardan biri, iç çekirdeğinin oluşmasıydı. Bu muhtemelen gezegenin gelişiminin jeolojik öncesi aşamasında, tüm maddenin iki ana jeosfere (çekirdek ve manto) bölündüğü sırada meydana geldi.
Ne yazık ki, dünya çekirdeğinin oluşumuna ilişkin ciddi bilimsel bilgi ve kanıtlarla doğrulanacak güvenilir bir teori henüz mevcut değildir. Dünyanın çekirdeği nasıl oluştu? Bilim insanları bu soruyu yanıtlamak için iki ana hipotez öne sürüyorlar.
İlk versiyona göre, Dünya'nın ortaya çıkışından hemen sonraki madde homojendi.
Tamamen bugün meteorlarda gözlenebilen mikropartiküllerden oluşuyordu. Ancak belirli bir süre sonra bu birincil homojen kütle, içine tüm demirin aktığı ağır bir çekirdeğe ve daha hafif bir silikat örtüye bölündü. Yani erimiş demir damlaları ve ona eşlik eden ağır kimyasal bileşikler gezegenimizin merkezine yerleşerek orada bir çekirdek oluşturdu ve bu çekirdek günümüze kadar büyük ölçüde erimiş halde kaldı. Ağır elementler Dünya'nın merkezine doğru yönelirken, hafif cüruflar ise tam tersine yukarı doğru, gezegenin dış katmanlarına doğru süzülüyordu. Bugün bu hafif elementler üst mantoyu ve kabuğu oluşturuyor.
Maddenin bu şekilde farklılaşması neden meydana geldi? Oluşum sürecinin tamamlanmasından hemen sonra, Dünya'nın, öncelikle parçacıkların yerçekimi birikimi sırasında açığa çıkan enerjinin yanı sıra bireysel kimyasalların radyoaktif bozunma enerjisi nedeniyle yoğun bir şekilde ısınmaya başladığına inanılıyor. elementler.
Gezegenin ilave ısınması ve önemli özgül ağırlığı nedeniyle yavaş yavaş Dünya'nın merkezine batan demir-nikel alaşımının oluşumu, iddia edilen göktaşı bombardımanıyla kolaylaştırıldı.
Ancak bu hipotez bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Örneğin, demir-nikel alaşımının sıvı halde bile nasıl bin kilometreden fazla alçaldığı ve gezegenin çekirdeğine ulaştığı tam olarak belli değil.
İkinci hipoteze göre, Dünya'nın çekirdeği, gezegenin yüzeyine çarpan demir göktaşlarından oluşmuş ve daha sonra silikat taş göktaşı kabuğuyla büyümüş ve mantoyu oluşturmuştur.

Bu hipotezde ciddi bir kusur var. Bu durumda demir ve taş göktaşlarının uzayda ayrı ayrı bulunması gerekir. Modern araştırmalar, demir göktaşlarının ancak ciddi bir basınç altında parçalanan bir gezegenin derinliklerinde, yani Güneş Sistemimiz ve tüm gezegenlerin oluşumundan sonra ortaya çıkabileceğini göstermektedir.
İlk versiyon daha mantıklı görünüyor çünkü Dünya'nın çekirdeği ile manto arasında dinamik bir sınır sağlıyor. Bu, maddenin aralarındaki bölünme sürecinin gezegende çok uzun süre devam edebileceği ve dolayısıyla Dünya'nın daha sonraki evrimi üzerinde büyük bir etkiye sahip olabileceği anlamına gelir.
Yani gezegenin çekirdeğinin oluşumuna ilişkin ilk hipotezi temel alırsak, maddenin farklılaşma süreci yaklaşık 1,6 milyar yıl sürmüştür. Yerçekimi farklılaşması ve radyoaktif bozunma nedeniyle maddenin ayrılması sağlandı.
Ağır elementler yalnızca maddenin o kadar viskoz olduğu ve demirin artık batamayacağı bir derinliğe kadar battı. Bu işlem sonucunda çok yoğun ve ağır halka şeklinde bir erimiş demir ve oksit tabakası oluştu. Gezegenimizin ilksel çekirdeğinin daha hafif malzemesinin üzerinde bulunuyordu. Daha sonra hafif bir silikat maddesi Dünya'nın merkezinden sıkılarak çıkarıldı. Dahası, gezegenin asimetrisinin başlangıcını işaret eden ekvatorda yer değiştirmiş olması mümkündür.
Dünyanın demir çekirdeğinin oluşumu sırasında gezegenin hacminde önemli bir azalma meydana geldiği ve bunun sonucunda yüzeyinin artık azaldığı varsayılmaktadır. Yüzeye "yüzen" hafif elementler ve bunların bileşikleri, tüm karasal gezegenler gibi, üzerinde kalın bir tortu tabakası bulunan volkanik bazaltlardan oluşan ince bir birincil kabuk oluşturdu.
Ancak dünyanın çekirdeğinin ve mantosunun oluşumuyla ilgili geçmiş süreçlere dair canlı jeolojik kanıtlar bulmak mümkün değil. Daha önce de belirtildiği gibi, Dünya gezegenindeki en eski kayalar yaklaşık 4 milyar yaşındadır. Büyük olasılıkla, gezegenin evriminin başlangıcında, yüksek sıcaklık ve basınçların etkisi altında, birincil bazaltlar metamorfoza uğradı, eridi ve bildiğimiz granit-gnays kayalarına dönüştü.
Muhtemelen Dünya'nın gelişiminin ilk aşamalarında oluşan gezegenimizin çekirdeği nedir? Dış ve iç kabuklardan oluşur. Bilimsel varsayımlara göre 2900-5100 km derinlikte fiziksel özellikleri bakımından sıvıya yakın bir dış çekirdek bulunmaktadır.
Dış çekirdek, elektriği iyi ileten erimiş demir ve nikel akışıdır. Bilim adamları dünyanın manyetik alanının kökenini bu çekirdekle ilişkilendiriyor. Dünyanın merkezine kalan 1.270 km'lik boşluk ise %80'i demir, %20'si silikon dioksitten oluşan iç çekirdek tarafından işgal ediliyor.
İç çekirdek sert ve sıcaktır. Eğer dış kısım doğrudan mantoya bağlıysa, o zaman Dünya'nın iç çekirdeği kendi başına var olur. Yüksek sıcaklıklara rağmen sertliği, gezegenin merkezindeki 3 milyon atmosfere ulaşabilen devasa basınçla sağlanıyor.
Sonuç olarak birçok kimyasal element metalik bir duruma dönüşür. Bu nedenle Dünya'nın iç çekirdeğinin metalik hidrojenden oluştuğu bile öne sürüldü.
Yoğun iç çekirdeğin gezegenimizin yaşamı üzerinde ciddi bir etkisi vardır. Gezegensel yerçekimi alanı, hafif gaz kabuklarının, Dünya'nın hidrosfer ve jeosfer katmanlarının dağılmasını önleyen, içinde yoğunlaşmıştır.
Muhtemelen böyle bir alan, o zamanki kimyasal bileşimi ve yapısı ne olursa olsun, gezegenin oluştuğu andan itibaren çekirdeğin karakteristik özelliğiydi. Oluşan parçacıkların merkeze doğru büzülmesine katkıda bulundu.
Bununla birlikte, çekirdeğin kökeni ve Dünya'nın iç yapısının incelenmesi, gezegenimizin jeolojik tarihiyle yakından ilgilenen bilim adamları için en acil sorundur. Bu soruna nihai bir çözüm bulunmasına kadar hala kat edilmesi gereken uzun bir yol var. Çeşitli çelişkilerden kaçınmak için modern bilim, çekirdek oluşum sürecinin Dünya'nın oluşumuyla eşzamanlı olarak gerçekleşmeye başladığı hipotezini kabul etti.

Dünyanın çekirdeği 4,5 milyar yıl boyunca neden soğumadı ve yaklaşık 6000°C sıcaklığa kadar sıcak kaldı? Soru son derece karmaşıktır ve bilim buna% 100 doğru ve anlaşılır bir cevap veremez. Ancak bunun nesnel nedenleri var.

Aşırı gizlilik

Dünyanın çekirdeğinin deyim yerindeyse aşırı gizemi iki faktörle ilişkilidir. Birincisi, hiç kimse onun nasıl, ne zaman ve hangi koşullar altında oluştuğunu kesin olarak bilmiyor - bu, proto-dünyanın oluşumu sırasında veya oluşan gezegenin varlığının ilk aşamalarında gerçekleşti - tüm bunlar büyük bir gizem. İkincisi, dünyanın çekirdeğinden örnek almak kesinlikle imkansızdır - hiç kimse onun neyden oluştuğunu kesin olarak bilmiyor. Üstelik çekirdek hakkında bildiğimiz tüm veriler dolaylı yöntemler ve modeller kullanılarak toplanıyor.

Dünyanın çekirdeği neden sıcak kalıyor?

Dünyanın çekirdeğinin neden bu kadar uzun süre soğumadığını anlamaya çalışmak için öncelikle onun başlangıçta ısınmasına neyin sebep olduğunu anlamanız gerekir. Gezegenimizin iç kısmı, diğer gezegenlerinki gibi, heterojendir; farklı yoğunluklardaki, nispeten net biçimde ayrılmış katmanları temsil ederler. Ancak durum her zaman böyle değildi: Ağır elementler yavaşça aşağıya doğru çökerek iç ve dış çekirdeği oluştururken, hafif elementler yukarıya doğru zorlanarak mantoyu ve yer kabuğunu oluşturdu. Bu süreç son derece yavaş ilerler ve buna ısının salınması da eşlik eder. Ancak ısınmanın asıl nedeni bu değildi. Dünyanın tüm kütlesi, merkezine muazzam bir kuvvetle baskı yapar ve yaklaşık 360 GPa'lık (3,7 milyon atmosfer) olağanüstü bir basınç üretir, bunun sonucunda demir-silisyum-nikel çekirdekte bulunan uzun ömürlü radyoaktif elementlerin bozunması meydana gelir. muazzam ısı emisyonlarının eşlik ettiği meydana gelmeye başladı.

Ek bir ısıtma kaynağı, farklı katmanlar arasındaki sürtünme sonucu üretilen kinetik enerjidir (her katman diğerinden bağımsız olarak döner): iç çekirdek dışla ve dış mantoyla birlikte.

Gezegenin içi (oranlara uyulmuyor). Üç iç katman arasındaki sürtünme ek bir ısıtma kaynağı görevi görür.

Yukarıdakilere dayanarak, Dünya'nın ve özellikle bağırsaklarının kendi kendine yeten ve kendi kendini ısıtan bir makine olduğu sonucuna varabiliriz. Ancak bu doğal olarak sonsuza kadar devam edemez: Çekirdek içindeki radyoaktif element rezervleri yavaş yavaş yok oluyor ve artık sıcaklığı koruyacak hiçbir şey kalmayacak.

Hava soğuyor!

Aslında soğuma süreci çok uzun zaman önce başladı, ancak son derece yavaş ilerliyor; yüzyılda bir derecenin çok küçük bir kısmı kadar bir hızla. Kaba tahminlere göre çekirdeğin tamamen soğuması ve içindeki kimyasal ve diğer reaksiyonların sona ermesi için en az 1 milyar yıl geçmesi gerekecek.

Kısa cevap: Dünya, özellikle de dünyanın çekirdeği, kendi kendine yeten, kendi kendini ısıtan bir makinedir. Gezegenin tüm kütlesi merkezine baskı yaparak olağanüstü bir basınç üretir ve böylece radyoaktif elementlerin bozunma sürecini tetikler ve bunun sonucunda ısı açığa çıkar.

İnsanlar Dünya'yı doldurdu. Toprakları fethettik, havada uçtuk, okyanusun derinliklerine daldık. Ayı bile ziyaret ettik. Ama hiçbir zaman gezegenin çekirdeğine gitmedik. Yanına bile yaklaşamadık. Dünyanın merkez noktası 6.000 kilometre aşağıda, çekirdeğin en uzak kısmı bile ayaklarımızın 3.000 kilometre altındadır. Yüzeyde açtığımız en derin delik bu ve o zaman bile 12,3 kilometre kadar derinliğe iniyor.

Dünya üzerinde bilinen tüm olaylar yüzeye yakın yerlerde meydana gelir. Volkanlardan fışkıran lavlar önce birkaç yüz kilometre derinlikte eriyor. Oluşması için aşırı ısı ve basınç gerektiren elmaslar bile 500 kilometreden fazla derin olmayan kayalardan doğar.

Aşağıdaki her şey gizemle örtülüyor. Ulaşılamaz görünüyor. Yine de çekirdeğimiz hakkında pek çok ilginç şey biliyoruz. Milyarlarca yıl önce nasıl oluştuğuna dair bir fikrimiz bile var; hem de tek bir fiziksel örnek olmadan. Dünyanın çekirdeği hakkında bu kadar çok şey öğrenmeyi nasıl başardık?

Birleşik Krallık'taki Cambridge Üniversitesi'nden Simon Redfern, ilk adımın Dünya'nın kütlesi hakkında dikkatli düşünmek olduğunu söylüyor. Gezegenin yerçekiminin yüzeydeki nesneler üzerindeki etkisini gözlemleyerek Dünya'nın kütlesini tahmin edebiliriz. Dünyanın kütlesinin 5,9 sekstilyon ton olduğu ortaya çıktı: bu 59'un ardından yirmi sıfır geliyor.

Ancak yüzeyde böyle bir kütleye dair hiçbir iz yok.

Redfern, "Dünya yüzeyindeki malzemenin yoğunluğu, tüm Dünya'nın ortalama yoğunluğundan çok daha düşük, bu da bize daha yoğun bir şeyin var olduğunu gösteriyor" diyor. "Bu ilk."

Esasen, Dünya kütlesinin büyük bir kısmı gezegenin merkezine doğru yerleştirilmelidir. Bir sonraki adım çekirdeğin hangi ağır malzemelerden yapıldığını bulmaktır. Ve neredeyse tamamı demirden oluşuyor. Çekirdeğin %80'i demirden oluşuyor ancak kesin rakam henüz belirlenmedi.

Bunun ana kanıtı, etrafımızdaki Evrende bulunan büyük miktardaki demirdir. Galaksimizde en çok bulunan on elementten biridir ve aynı zamanda meteorlarda da yaygın olarak bulunur. Bütün bunlarla birlikte Dünya yüzeyinde beklenenden çok daha az demir var. Teoriye göre, Dünya 4,5 milyar yıl önce oluştuğunda çekirdeğe çok miktarda demir aktı.

Kütlenin çoğu orada yoğunlaşmıştır, bu da demirin orada olması gerektiği anlamına gelir. Demir aynı zamanda normal koşullar altında nispeten yoğun bir elementtir ve Dünya'nın çekirdeğindeki aşırı basınç altında daha da yoğun olacaktır. Bir demir çekirdek tüm kayıp kütleyi açıklayabilir.

Fakat bekle. Demir oraya nasıl düştü? Demirin bir şekilde - kelimenin tam anlamıyla - Dünya'nın merkezine çekilmesi gerekiyordu. Ama şimdi bu gerçekleşmiyor.

Dünyanın geri kalanının çoğu kayalardan (silikatlar) oluşuyor ve erimiş demir bunların içinden geçmekte zorlanıyor. Tıpkı suyun yağlı bir yüzey üzerinde damlacıklar oluşturması gibi, demir de küçük rezervuarlarda toplanarak yayılmayı ve dökülmeyi reddeder.

Olası bir çözüm 2013 yılında Stanford Üniversitesi'nden Wendy Mao ve meslektaşları tarafından keşfedildi. Demir ve silikat yerin derinliklerinde yoğun basınca maruz kaldığında ne olacağını merak ettiler.

Bilim insanları, elmas kullanarak her iki maddeyi de sıkıca sıkarak erimiş demiri silikatın içinden geçirmeyi başardılar. Mao, "Bu basınç, demirin silikatlarla etkileşim özelliklerini önemli ölçüde değiştiriyor" diyor. - Yüksek basınçta “erime ağı” oluşur.

Bu, demirin çekirdeğe ulaşana kadar milyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş Dünya'nın kayalarından kaydığını gösteriyor olabilir.

Bu noktada şunu sorabilirsiniz: Çekirdeğin boyutunu gerçekte nasıl biliyoruz? Bilim insanları neden bunun 3000 kilometre uzakta başladığına inanıyor? Tek bir cevap var: Sismoloji.

Bir deprem meydana geldiğinde gezegenin her yerine şok dalgaları gönderilir. Sismologlar bu titreşimleri kaydeder. Sanki gezegenin bir tarafına dev bir çekiçle vurup diğer taraftan gelen gürültüyü dinliyormuşuz gibi.

Redfern, "1960'larda Şili'de bize çok büyük miktarda veri sağlayan bir deprem oldu" diyor. "Dünyanın etrafındaki her sismik istasyon bu depremin sarsıntılarını kaydetti."

Bu titreşimler izlediği yola bağlı olarak Dünyanın farklı yerlerinden geçer ve bu da diğer uçta çıkaracakları "sesi" etkiler.

Sismoloji tarihinin başlarında bazı salınımların eksik olduğu ortaya çıktı. Bu “S-dalgaları”nın Dünya'nın bir ucundan çıktıktan sonra diğer ucunda da görülmesi bekleniyordu ama görülmedi. Bunun nedeni basittir. S dalgaları katı madde içinde yankılanır ve sıvı içinde ilerleyemez.

Dünyanın merkezinde erimiş bir şeyle karşılaşmış olmalılar. Bilim insanları, S dalgalarının yollarını haritalandırarak, yaklaşık 3.000 kilometre derinlikte kayaların sıvı hale geldiği sonucuna vardı. Bu aynı zamanda çekirdeğin tamamının erimiş olduğunu da gösteriyor. Ancak sismologların bu hikayede başka bir sürprizi daha vardı.

1930'larda Danimarkalı sismolog Inge Lehman, başka bir dalga türü olan P dalgalarının beklenmedik bir şekilde çekirdekten geçtiğini ve gezegenin diğer tarafında tespit edildiğini keşfetti. Hemen ardından çekirdeğin iki katmana bölündüğü varsayımı ortaya çıktı. 5.000 kilometre aşağıda başlayan "iç" çekirdek sağlamdı. Yalnızca “dış” çekirdek eritilir.

Lehman'ın fikri 1970 yılında, daha hassas sismografların P dalgalarının gerçekten de çekirdek boyunca ilerlediğini ve bazı durumlarda belirli açılardan yansıdığını göstermesiyle doğrulandı. Gezegenin diğer tarafına gitmeleri sürpriz değil.

Dünya'ya şok dalgaları gönderen sadece depremler değil. Aslında sismologlar nükleer silahların geliştirilmesine çok şey borçludur.

Nükleer bir patlama aynı zamanda yerde dalgalar da yaratır, bu nedenle devletler nükleer silah testleri sırasında yardım için sismologlara başvurur. Bu, Soğuk Savaş sırasında son derece önemliydi, dolayısıyla Lehman gibi sismologlar çok fazla destek aldı.

Rakip ülkeler birbirlerinin nükleer yeteneklerini öğreniyordu ve aynı zamanda biz de Dünyanın çekirdeği hakkında giderek daha fazla şey öğreniyorduk. Sismoloji bugün hala nükleer patlamaları tespit etmek için kullanılıyor.

Artık Dünya'nın yapısının kaba bir resmini çizebiliriz. Gezegenin merkezinin yaklaşık yarısında başlayan erimiş bir dış çekirdek var ve bunun içinde yaklaşık 1.220 kilometre çapında katı bir iç çekirdek var.

Bu, özellikle iç çekirdek konusundaki soruları azaltmıyor. Örneğin hava ne kadar sıcak? Birleşik Krallık'taki University College London'dan Lidunka Vokadlo, bunu anlamanın o kadar kolay olmadığını ve bilim adamlarının uzun süredir kafalarını kaşıdığını söylüyor. Oraya termometre koyamıyoruz, dolayısıyla tek seçenek gerekli basıncı laboratuvar ortamında oluşturmak.

Normal şartlarda demir 1538 derece sıcaklıkta erir.

2013 yılında bir grup Fransız bilim insanı bugüne kadarki en iyi tahmini ortaya koydu. Saf demiri çekirdektekinin yarısı kadar basınca maruz bırakıp oradan ilerlediler. Çekirdekteki saf demirin erime noktası yaklaşık 6230 derecedir. Diğer malzemelerin varlığı erime noktasını 6000 dereceye kadar hafifçe düşürebilir. Ama yine de Güneş'in yüzeyinden daha sıcak.

Bir çeşit ceket patatesi gibi, Dünya'nın çekirdeği de gezegenin oluşumundan kalan ısı sayesinde sıcak kalıyor. Aynı zamanda yoğun malzemelerin hareket etmesiyle ortaya çıkan sürtünmenin yanı sıra radyoaktif elementlerin bozunmasından da ısıyı alır. Her milyar yılda bir yaklaşık 100 santigrat derece soğuyor.

Bu sıcaklığı bilmek faydalıdır çünkü titreşimlerin çekirdekte ilerleme hızını etkiler. Ve bu uygundur çünkü bu titreşimlerde tuhaf bir şeyler vardır. P dalgaları iç çekirdekte şaşırtıcı derecede yavaş hareket eder; saf demirden yapılmış olduğundan daha yavaştır.

Vokadlo, "Sismologların depremlerde ölçtüğü dalga hızları, deneyler veya bilgisayar hesaplamalarının gösterdiğinden çok daha düşük" diyor. "Bunun nedenini henüz kimse bilmiyor."

Görünüşe göre demirin içine başka bir malzeme karışmış. Muhtemelen nikel. Ancak bilim insanları sismik dalgaların demir-nikel alaşımından nasıl geçmesi gerektiğini hesapladılar ve hesaplamaları gözlemlere uyduramadılar.

Vokadlo ve meslektaşları şimdi çekirdekte kükürt ve silikon gibi başka elementlerin de bulunabileceği ihtimalini araştırıyorlar. Şimdiye kadar hiç kimse iç çekirdeğin bileşimine ilişkin herkesi tatmin edecek bir teori ortaya koyamadı. Cinderella sorunu: Ayakkabı kimseye uymuyor. Vokadlo, bilgisayarda iç çekirdek malzemeleriyle denemeler yapmaya çalışıyor. Sismik dalgaları doğru miktarda yavaşlatacak malzeme, sıcaklık ve basınç kombinasyonunu bulmayı umuyor.

İşin sırrının, iç çekirdeğin neredeyse erime noktasında olmasında yatabileceğini söylüyor. Sonuç olarak malzemenin kesin özellikleri tamamen katı bir maddeninkinden farklı olabilir. Bu aynı zamanda sismik dalgaların neden beklenenden daha yavaş ilerlediğini de açıklayabilir.

Vokadlo, "Bu etki gerçekse, mineral fiziğinin sonuçlarını sismolojinin sonuçlarıyla bağdaştırabiliriz" diyor. "İnsanlar henüz bunu yapamıyor."

Dünyanın çekirdeğiyle ilgili henüz çözülmemiş birçok gizem var. Ancak bu hayal edilemeyecek derinliklere dalmayı başaramayan bilim insanları, binlerce kilometre altımızda ne olduğunu bulma başarısını gösteriyor. Dünyanın iç kısmındaki gizli süreçlerin incelenmesi son derece önemlidir. Dünya, kısmen erimiş çekirdeği tarafından üretilen güçlü bir manyetik alana sahiptir. Erimiş çekirdeğin sürekli hareketi, gezegenin içinde bir elektrik akımı üretir ve bu da uzaya kadar uzanan bir manyetik alan üretir.

Bu manyetik alan bizi zararlı güneş ışınlarından korur. Eğer Dünya'nın çekirdeği bu şekilde olmasaydı, manyetik alan olmazdı ve bundan ciddi anlamda zarar görürdük. Herhangi birimizin çekirdeği kendi gözlerimizle görebilmesi pek mümkün değil, ama onun orada olduğunu bilmek güzel.

Dünyanın çekirdeği, aralarında bir sınır bölgesi bulunan iki katman içerir: Çekirdeğin dış sıvı kabuğu 2266 kilometre kalınlığa ulaşır, altında çapının 1300 km'ye ulaştığı tahmin edilen devasa yoğun bir çekirdek vardır. Geçiş bölgesi eşit olmayan bir kalınlığa sahiptir ve yavaş yavaş sertleşerek iç çekirdeğe dönüşür. Üst katmanın yüzeyinde sıcaklık yaklaşık 5960 santigrat derecedir, ancak bu veriler yaklaşık olarak kabul edilir.

Dış çekirdeğin yaklaşık bileşimi ve belirlenmesi için yöntemler

Çalışma için numune almak mümkün olmadığından, dünyanın çekirdeğinin dış katmanının bile bileşimi hakkında hala çok az şey biliniyor. Gezegenimizin dış çekirdeğini oluşturabilecek ana elementler demir ve nikeldir. Uzaydan gelen gezginler asteroitlerin ve diğer gezegenlerin çekirdeklerinin parçaları olduğundan, bilim adamları bu hipoteze göktaşlarının bileşimini analiz etmenin bir sonucu olarak geldiler.

Bununla birlikte, orijinal kozmik cisimlerin boyutu Dünya'dan çok daha küçük olduğundan, meteorların kimyasal bileşim açısından tamamen aynı olduğu düşünülemez. Pek çok araştırmadan sonra bilim adamları, nükleer maddenin sıvı kısmının kükürt dahil diğer elementlerle oldukça seyreltildiği sonucuna vardılar. Bu, yoğunluğunun demir-nikel alaşımlarından daha düşük olduğunu açıklar.

Gezegenin dış çekirdeğinde neler oluyor?

Manto sınırındaki çekirdeğin dış yüzeyi heterojendir. Bilim adamları, kendine özgü bir iç rahatlama oluşturan farklı kalınlıklara sahip olduğunu öne sürüyorlar. Bu, heterojen derin maddelerin sürekli karıştırılmasıyla açıklanmaktadır. Kimyasal bileşimleri farklıdır ve yoğunlukları da farklıdır, dolayısıyla çekirdek ile manto arasındaki sınırın kalınlığı 150 ila 350 km arasında değişebilir.

Önceki yılların bilim kurgu yazarları eserlerinde derin mağaralar ve yer altı geçitleri yoluyla Dünya'nın merkezine yapılan bir yolculuğu anlatmışlardı. Bu gerçekten mümkün mü? Ne yazık ki çekirdeğin yüzeyindeki basınç 113 milyon atmosferi aşıyor. Bu, herhangi bir mağaranın, mantoya yaklaşma aşamasında bile sıkıca "kapanacağı" anlamına gelir. Bu, gezegenimizde neden en az 1 km'den daha derin mağara bulunmadığını açıklıyor.

Çekirdeğin dış katmanını nasıl inceliyoruz?

Bilim insanları sismik aktiviteyi izleyerek çekirdeğin neye benzediğini ve neyden oluştuğunu yargılayabiliyor. Örneğin dış ve iç katmanların manyetik alanın etkisi altında farklı yönlerde döndüğü tespit edildi. Dünyanın çekirdeği düzinelerce çözülmemiş gizemi daha saklıyor ve yeni temel keşifleri bekliyor.