Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 26 (vyšlo 30. června, ročník 1 (2003)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Jak se tvořilo jádro Země

Tomáš Hála

O nitru Země jistě slyšela většina z nás ještě na základní škole. Říkali nám, že má několik vrstev: kůru, vnější plášť, vnitřní plášť, vnější jádro a vnitřní jádro, které je velmi horké a pravděpodobně je tvořeno kovovou taveninou. To bylo asi vše. Bohužel, ani dnes toho nevíme o moc více. Vzhledem k tomu, že nejhlubší vrt vyhloubený lidmi zasahuje jen do zlomku tloušťky zemské kůry, pochází naše informace o vnitřku Země především z měření různých projevů zemské aktivity a jejich následnou matematickou analýzou pomocí počítačových simulací. Zkoumá se hlavně šíření seismických vln - jejich rychlost, odraz a lom na rozhraních v různých hloubkách. Odtud také pochází onen známý model nitra Země. Z provedených simulací vyplývá, že teplota v jádru Země je jen o málo menší než povrchová teplota Slunce (cca 5100°C) a tlak dosahuje přibližně 360 GPa.

Schematický řez Zemí, podle J.P.Montagner, BSGF, 1999.

Dnes věříme, že formování jádra probíhalo v době, kdy byla Sluneční soustava ještě velmi mladá - bylo jí méně než 30 miliónů let. Země se formovala z mraku plynů a prachu a shlukováním tohoto materiálu se vytvořilo množství malých planetek se zhruba kilometrovým průměrem známých jako planetezimály. Častými srážkami těchto planetezimál vznikaly větší planety s průměry již několik tisíc kilometrů. Vědci se domnívají, že jádro Země vzniklo právě v tomto raném stádiu vývoje.

Zemský plášť je tvořen převážně oxidem křemičitým (křemičitanem) a směsí oxidů železa a hořčíku. Za vysokých teplot kovová tavenina obsahující železo vyplňuje malé kapsy mezi krystalky křemičitanu a aby tento kov mohl tvořit jádro planety, muselo nějak dojít k jeho oddělení od křemičitanové mřížky. Tomoo Katsura a jeho kolegové z Institutu pro studium Zemského nitra v japonské Okayamě ukázali měřením elektrické vodivosti, jak k tomu mohlo dojít. Měřili elektrickou vodivost křemičitanu a kovové taveniny při teplotách dosahujících 1300°C a tlaku až 3 GPa. Tyto podmínky odpovídají těm, které jsou asi 100 km pod povrchem Země. Vodivost kovových sloučenin je mnohem větší než vodivost křemičitanu, což umožňuje detekovat i malé množství kovových příměsí. Jejich vzorky vykazovaly vysokou vodivost odpovídající přibližně 6% obsahu kovové taveniny a ta se zachovala i po snížení teploty. Vysoká vodivost poukazuje na to, že kovová tavenina v těchto extrémních podmínkách opouští kapsy v mřížce křemičitanu a vytváří spojovací kanálky, které umožňují oddělení kovu od křemičitanu. Kontaktní úhel mezi krystalky je měřítkem pravděpodobnosti spojení jednotlivých kapes taveniny a oddělení od křemičitanové mřížky.

Křemičitany

Aby tato teorie mohla být reálná, bylo také potřeba říci, odkud se v raném stádiu vývoje Sluneční soustavy vzala tak vysoká teplota potřebná k roztavení železa. Jedna z možností je, že pochází z tepla uvolněného při radioaktivním rozkladu isotopů s krátkou dobou života, které byly v rané Sluneční soustavě přítomny. Pokud vysoká vodivost pozorovaná při experimentech skutečně odpovídá proudění kovu skrz křemičitan, pak se oddělení jádra od pláště v planetezimálách s poloměry menšími než 30 km mohlo udát velmi rychle - během méně než 3 milionů let.  V dřívějších teoriích se předpokládalo, že jádro Země vznikalo naráz až po zformování Země. Nová teorie předložená T. Katsurou v roce 2003 předpokládá, že jadérka byla již v jednotlivých planetesimálách a jádro Země je tedy kombinace těchto dříve vytvořených jadérek.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage