Aká je teplota v jadre našej Zeme? Experiment odhalil ešte divokejšie podmienky, než sme si mysleli
Štúdii z roku 2013 sa podarilo napraviť chybnú predstavu z 90. rokov. Jadro našej planéty má oveľa vyššiu teplotu.
Jadro našej planéty sa skladá z vrstvy tekutého železa. To existuje pri teplotách prevyšujúcich 4-tisíc stupňov Celzia, pri tlaku viac ako 1,3-milióna atmosfér. Pri takýchto podmienkach je železo tekuté ako voda, informuje portál ESRF.
Len v samom centre planéty sú podmienky tak extrémne, že dochádza k tuhnutiu železa. Vedci dokážu zistiť rozmer tekutého vonkajšieho jadra a pevného vnútorného jadra pomocou seizmických vĺn, ktoré vznikajú počas zemetrasenia. Tieto vlny vedcom ukazujú aj to, ako sa mení tlak s pribúdajúcou hĺbkou. Čo však seizmické vlny neprezradia je teplota týchto vrstiev.
Práve teplota výrazným spôsobom ovplyvňuje to, ako sa pohybuje materiál v tekutej časti zemského jadra a pevného zemského plášťa ležiaceho nad ním. Medzi týmito dvoma vrstvami existujú naozaj výrazné teplotné rozdiely. Vďaka rozdielom môžu prebiehať konvekčné procesy, prostredníctvom ktorých vzniká aj magnetické pole Zeme.
Vyššie teploty
Vedci však majú svoje spôsoby, ako sa k teplote zemského jadra dopracovať. Jedným z nich je aj pozorovanie toho, ako sa železo správa pri rozličných teplotách a tlakoch. V laboratórnych podmienkach vedci stláčajú vzorky, veľké asi ako zrnko piesku, na niekoľko miliónov atmosfér. Špeciálne laserové lúče ich následne dokážu zahriať až na 5-tisíc °C.
„Hoci vzorka pociťuje extrémne tlaky a teploty, trvá to len niekoľko sekúnd. Počas tohto relatívne krátkeho okna je zložité odhadnúť, či sa železo začalo topiť alebo je stále pevné,“ vysvetľuje Agnes Dewaele z CEA.
Vedci preto používajú röntgenové žiarenie. Pomocou neho dokážu povedať, či je vzorka pevná, kvapalná, alebo čiastočne roztavená. Vďaka špeciálnym prístrojom toto dokážu určiť už za jednu sekundu. Potrebné metódy na určenie teploty v jadre našej Zeme vedci získali ešte v roku 2013. Počas experimentov dokázali, že pri tlaku 3,3-miliónov atmosfér, ktorý sa nachádza na hranici tekutého a pevného jadra, je teplota topenia železa približne 6-tisíc stupňov Celzia.
Neprehliadnite
„Vedci experimentálne určili teplotu topenia železa až do 4800 stupňov Celzia a tlak 2,2 milióna atmosfér a potom pomocou metódy extrapolácie určili, že pri 3,3 miliónoch atmosfér, tlaku na hranici medzi kvapalným a pevným jadrom, by teplota bola 6000 +/- 500 stupňov. Táto extrapolovaná hodnota sa môže mierne zmeniť, ak železo prechádza neznámym fázovým prechodom medzi nameranými a extrapolovanými hodnotami.“, píše sa v publikovanej štúdii.
Teploty, ktoré vtedy vedci zistili, však boli o približne tisíc stupňov vyššie ako teploty, ktoré popísal Reinhard Boehler v roku 1993. V rámci výskumu sa im však podarilo zistiť aj to, kde sa vedec pomýlil. Približne pri 2400 °C nastáva na povrchu vzorky železa proces rekryštalizácie. Ten vedie k dynamickým zmenám v kryštalickej štruktúre železa. V tej dobe veci používali na rozoznanie pevných a roztavených vzoriek optické techniky. Je teda pravdepodobné, že Boehler pozoroval rekryštalizáciu a mylne ju považoval za tavenie vzorky železa.
Vedci v tejto štúdii zároveň dokázali, že teplotné rozdiely medzi zemským jadrom a plášťom musia byť najmenej 1500 °C, aby mohla mať naša Zem magnetické pole, ktoré nás chráni pred škodlivým žiarením.
Komentáre