Zemljino jedro

Pred stoletjem je znanost komaj vedela, da Zemlja sploh ima jedro. Danes nas mučijo jedro in njegove povezave s preostalim planetom. Dejansko smo na začetku zlate dobe temeljnih študij.

Že od 1890-ih smo vedeli, kako se Zemlja odziva na gravitacijo Sonca in Lune, da ima planet gosto jedro, verjetno železo. Leta 1906 je Richard Dixon Oldham ugotovil, da se potresni valovi gibljejo skozi Zemljino središče veliko počasneje kot skozi plašč okoli njega - ker je središče tekoče.

Leta 1936 je Inge Lehmann poročala, da nekaj odseva potresne valove znotraj jedra. Jasno je postalo, da jedro sestavlja debela lupina tekočega železa - zunanje jedro - z manjšim, trdnim notranjim jedrom v središču. Trdna je, ker na tej globini visok tlak premaga učinek visoke temperature.

Leta 2002 sta Miaki Ishii in Adam Dziewonski z univerze Harvard objavila dokaze o "najbolj notranjem notranjem jedru" v dolžini približno 600 kilometrov. Leta 2008 sta Xiadong Song in Xinlei Sun predlagala drugačno notranje jedro, približno 1200 km. Teh idej ni veliko mogoče, dokler drugi ne potrdijo dela.

Kar se naučimo, sproža nova vprašanja. Tekoče železo mora biti vir zemeljskega geomagnetnega polja - geodinama - toda kako deluje? Zakaj se geodinamo zvija, preklaplja magnetni sever in južno, čez geološki čas? Kaj se zgodi na vrhu jedra, kjer se staljena kovina sreča s skalnim plaščem? Odgovori so se začeli pojavljati v devetdesetih letih.

Naše glavno orodje za temeljne raziskave so bili potresni valovi, zlasti tisti z velikih dogodkov, kot so Potres 2004 Sumatra. Zvonjenje "normalnih načinov", zaradi katerih planet utripa s takšnimi gibi, ki jih vidite v velikem milnem mehurčku, so uporabni za preučevanje obsežne globoke strukture.

A velik problem je neenakost- Vsak del seizmičnih dokazov je mogoče razlagati na več načinov. Tudi val, ki prodira v jedro, vsaj enkrat preide v skorjo, plašč pa vsaj dvakrat, zato lahko funkcija na seizmogramu nastane na več možnih mestih. Veliko različnih podatkov je treba navzkrižno preveriti.

Ovira neenakosti je nekoliko zbledela, ko smo začeli simulirati globoko Zemljo v računalnikih z realistične številke, in ko smo v laboratoriju z laboratorijskimi filtri reproducirali visoke temperature in tlake diamantno-nakovalna celica. Ta orodja (in dolgotrajne študije) so nam omogočila, da pokukamo skozi plasti Zemlje, dokler ne bomo končno lahko razmišljali o jedru.

Glede na to, da povprečno celotno Zemljo sestavlja enaka mešanica stvari, ki jo vidimo drugje v osončju, mora biti jedro železna kovina in nekaj niklja. Je pa manj gosta od čistega železa, zato mora biti približno 10 odstotkov jedra nekaj lažjega.

Ideje o tem, kaj je ta sestavina svetlobe, se razvijajo. Žveplo in kisik sta bila kandidata že dolgo in tudi vodik je veljal. V zadnjem času se pojavlja zanimanje za silicij, saj poskusi in simulacije z visokim pritiskom kažejo, da se lahko v staljenem železu raztopi bolje, kot smo mislili. Mogoče je več kot eno od teh tam spodaj. Za predlaganje katerega koli določenega recepta je potrebno veliko iznajdljivega sklepanja in negotovih domnev, toda tema ne presega vsega.

Seizmologi še naprej preizkušajo notranje jedro. Jedro je vzhodna polobla se zdi, da se od poravnave kristalov železa razlikuje od zahodne poloble. Težavo je težko napasti, saj morajo potresni valovi iti precej naravnost od potresa, skozi Zemljino središče, do seizmografa. Dogodki in stroji, ki so postavljeni ravno prav, so redki. In učinki so subtilni.

Leta 1996 sta Xiadong Song in Paul Richards potrdila napoved, da se notranje jedro vrti nekoliko hitreje od preostale Zemlje. Zdi se, da so magnetne sile geodinama odgovorne.

Čez geološki čas, notranje jedro raste, ko se celotna Zemlja hladi. Na vrhu zunanjega jedra se železni kristali zmrznejo in dež v notranjo jedro. Železo na dnu zunanjega jedra zamrzne pod pritiskom in s tem vzame večji del niklja. Preostalo tekoče železo je lažje in se dvigne. Ti dvižni in padajoči gibi, ki delujejo z geomagnetnimi silami, mešajo celotno zunanje jedro s hitrostjo približno 20 kilometrov na leto.

Planet Merkur ima tudi veliko železno jedro in a magnetno polje, čeprav precej šibkejši od Zemljinega. Nedavne raziskave kažejo, da je jedro živega srebra bogato z žveplom in da ga moti podoben postopek zamrzovanja, pri čemer pada "železni sneg" in narašča tekočina, obogatena z žveplom.

Temeljne študije so se povečale leta 1996, ko sta računalniška modela Garyja Glatzmaierja in Paula Robertsa prvič ponovila vedenje geodinama, vključno s spontanimi preobrati. Hollywood je Glatzmaierju prinesel nepričakovano občinstvo, ko je uporabil njegove animacije v akcijskem filmu Jedro.

Nedavno visoko laboratorijsko delo Raymonda Jeanloza, Ho-Kwanga (David) Mao in drugih nam je dalo namigi o meji jedra-plašča, kjer tekoče železo posega v silikatne kamnine. Poskusi kažejo, da snovi iz jedra in plašč doživljajo močne kemične reakcije. To je regija, od koder mnogi mislijo, da izvirajo plitve prevleke, ki tvorijo kraje, kot so veriga Havajskih otokov, Yellowstone, Islandija in druge površinske značilnosti. Bolj ko se naučimo o jedru, bližje je.

PS: Majhna tesna skupina glavnih strokovnjakov sodi v skupino SEDI (Študija globoke notranjosti Zemlje) in bere njeno Dialog Globoke Zemlje glasilo. In uporabljajo Posebni urad za spletno mesto Core kot osrednje shranjevanje geofizičnih in bibliografskih podatkov.