Jádro bohaté na železo na Centrum naší planety byl klíčovou součástí vývoje Země. Jádro nejen pohání magnetické pole Což chrání naši atmosféru a oceány ze slunečního záření, ovlivňuje také deskovou tektoniku, která kontinenty neustále přetvořila.
Ale navzdory svému důležitosti, mnoho z nejzákladnějších vlastností jádra jsou neznámé. Nevíme přesně, jak horké je jádro, z čeho je vyrobeno nebo kdy začalo zamrznout. Naštěstí, Nedávný objev já a moji kolegové nás přiblíží k odpovědi na všechny tři z těchto záhad.
Víme, že teplota vnitřního jádra Země je velmi zhruba asi 5 000 Kelvin (k) (4 727 ° C). Kdysi byla kapalina, ale postupem času se ochladila a stala se pevným a rozšiřovala se ven. Jak se ochladí, uvolňuje teplo na překrývající plášť a řídí proudy za tektonikou desky.
Stejné chlazení také generuje magnetické pole Země. Většina energie pole dnes pochází z zamrznutí kapalné části jádra a pěstování pevného vnitřního jádra v jeho středu.
Protože však nemůžeme získat přístup k jádru, musíme odhadnout jeho vlastnosti, abychom pochopili, jak je chlazení.
Klíčovou součástí porozumění jádru je poznání jeho teploty tání. Víme, kde hranice mezi pevným vnitřním jádrem a kapalným vnějším jádrem pochází ze seismologie (studie zemětřesení). Teplota jádra se musí v tomto místě vyrovnat teplotě tání, protože zde mrzne. Takže, pokud víme, jaká je teplota tání, můžeme se dozvědět více o přesné teplotě jádra – a z čeho je vyrobeno.
Záhadná chemie
Tradičně máme dva způsoby, jak zjistit, z čeho je jádro vyrobeno: meteority a seismologie. Zkoumáním chemie meteoritů-o nichž se považuje za kousky planet, které se nikdy netvořily, nebo kousky jádra zničených zemských planet-můžeme získat představu o tom, z čeho by bylo možné vyrobit naše jádro.
Problém je v tom, že nám to dává jen drsný nápad. Meteority nám ukazují, že jádro Měl by být vyroben ze železa a nikluA možná několik procent křemíku nebo síry, ale je těžké být konkrétnější než tohle.
Na druhé straně je seismologie mnohem konkrétnější. Když zvukové vlny z zemětřesení procházejí planetou, zrychlí a zpomalují v závislosti na tom, jaké materiály procházejí. Porovnáním doba cestování těchto vln, od zemětřesení po seismometr, s tím, jak rychlé vlny cestují minerály a kovy v experimentech, můžeme získat představu o tom, z čeho je interiér Země vyroben.
Ukázalo se, že tyto časy cestování vyžadují, aby jádro Země je o O 10% méně husté než čisté železoa že kapalné vnější jádro je hustší než pevné vnitřní jádro. Tyto vlastnosti může vysvětlit pouze některá známá chemie jádra.
Ale i mezi malým výběrem možných složek se potenciální teploty tání liší podle stovek stupňů – nenecháme nám žádný moudřejší o přesných vlastnostech jádra.
Nové omezení
V našem novém výzkumu jsme použili minerální fyziku ke studiu, jak by jádro mohlo nejprve začalo zamrznout a objevovat nový způsob, jak porozumět chemii jádra. A tento přístup se zdá být ještě konkrétnější než seismologie a meteority.
Výzkum simuluje, jak se atomy v kapalných kovech spojí, aby tvořily pevné látky, zjistilo, že některé slitiny vyžadují intenzivnější „superlaoling“ než jiné. Supercooling je, když kapalina je chlazeno pod jeho teplotou tání. Čím intenzivnější je supercooling, tím častěji se atomy spojí, aby vytvořily pevné látky, což zrychluje kapalinu. Láhev na vodu v mrazničce může být před zamrznutím superchlatována na -5 ° C, zatímco krupobití se tvoří během několika minut, kdy se kapičky vody ochladí na -30 ° C v oblacích.
Zkoumáním všech možných teplot tání jádra zjistíme, že nejvíce superchlazené jádro by mohlo být kolem 420 ° C pod teplotou tání – o něco více než toto a vnitřní jádro by bylo větší, než se shledává seismologií. Ale čisté železo vyžaduje nemožné ~ 1000 ° C supercoolingu k zamrznutí. Kdyby toho tolik ochladilo, celé jádro by zamrzlo, na rozdíl od seismologových pozorování.
Přidání křemíku a síry, které naznačují meteority i seismologii, by mohly být přítomny v jádru, pouze tento problém zhoršuje – vyžaduje ještě více supercoolingu.
Náš nový výzkum zkoumá účinek uhlíku v jádru. Pokud by 2,4% hmoty jádra bylo uhlík, bylo by zapotřebí přibližně 420 ° C supercoolingu, aby se začalo zamrznout vnitřní jádro. Toto je poprvé, kdy se ukázalo, že zmrazení jádra je možné. Pokud byl obsah uhlíku v jádru 3,8%, je zapotřebí pouze 266 ° C supercoolingu. To je stále hodně, ale mnohem věrohodnější.
Toto nové zjištění ukazuje, že zatímco seismologie může zúžit možnou chemii jádra až na několik různých kombinací prvků, mnoho z nich nemůže vysvětlit přítomnost pevného vnitřního jádra ve středu planety.
Jádro nelze vyrobit pouze železo a uhlík, protože seismické vlastnosti jádra vyžadují alespoň jeden další prvek. Náš výzkum naznačuje, že je pravděpodobnější, že bude obsahovat trochu kyslíku a možná i křemíku.
To znamená významný krok k pochopení toho, z čeho je jádro vyrobeno, jak to začalo zamrznout a jak to formovalo naši planetu zevnitř ven.
Tento upravený článek je znovu publikován Konverzace Podle licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
