Jądro wewnętrzne Ziemi — budowa, temperatura i odkrycie
Jądro wewnętrzne Ziemi: budowa, ekstremalna temperatura i historia odkrycia Inge Lehmann — odkryj tajemnice środka planety oraz najnowsze badania i fakty.
Jądro wewnętrzne to sam środek Ziemi i najgorętsza część planety. Według badań sejsmologicznych jest ono głównie litą kulą o promieniu około 1220 km (760 mil). Uważa się, że składa się ono głównie ze stopu żelaza i niklu, a jego temperatura jest zbliżona do temperatury powierzchni Słońca: około 5700 K (5400 °C). W literaturze pojawiają się jednak różne szacunki i niepewności — typowy zakres temperatur wynosi kilka tysięcy kelwinów wokół tej wartości.
Budowa i skład
Jądro wewnętrzne to stała sfera o promieniu około 1220 km, położona w środku Ziemi. Granica między jądrem zewnętrznym (ciekłym) a wewnętrznym znajduje się na głębokości mniej więcej 5 150 km od powierzchni planety, a sam środek Ziemi leży około 6 371 km głęboko.
Skład jądra wewnętrznego to przede wszystkim żelazo z domieszką niklu oraz niewielkich ilości lżejszych pierwiastków (np. krzem, siarka, tlen, być może wodór). Dokładne proporcje i rodzaj pierwiastków lekkich są przedmiotem badań; informacje o składzie uzyskuje się głównie z analiz prędkości fal sejsmicznych oraz modeli geochemicznych i fizycznych.
Temperatura i ciśnienie
Wewnętrzne jądro jest niezwykle gorące — temperatury sięgają około 5700 K (około 5400 °C), choć niektóre modele podają zakres od ~5000 K do ponad 7000 K w zależności od przyjętych założeń. Ciśnienie panujące w centrum Ziemi jest ogromne: rzędu kilku milionów atmosfer. W przybliżeniu mówi się o około 3,5 miliona atmosfer, co odpowiada ≈3,5×1011 Pa (czyli około 350 GPa). Przy takich ciśnieniach temperatura topnienia żelaza znacznie rośnie, dlatego żelazo w jądrze wewnętrznym może być stałe mimo bardzo wysokiej temperatury.
Odkrycie i dowody sejsmologiczne
Hipotezę istnienia jądra wewnętrznego zaproponowała Inge Lehmanna (link w tekście) po analizie drgań sejsmicznych po dużym trzęsieniu ziemi w Nowej Zelandii (zjawiska związane z tym trzęsieniem badała w latach 20.–30. XX wieku). Formalnie swoją koncepcję opublikowała w pracy w 1936 roku. Jej obserwacje polegały na tym, że pewne fale sejsmiczne rozchodzące się przez Ziemię zachowywały się tak, jakby w centrum planety istniała dodatkowa, odrębna strefa o innych własnościach fizycznych — czyli stałe jądro wewnętrzne otoczone ciekłym jądrem zewnętrznym.
Główne dowody na istnienie i właściwości jądra wewnętrznego pochodzą z sejsmologii:
- Fale P (podłużne) zmieniają prędkość przechodząc przez granicę jądra zewnętrznego i wewnętrznego, co pozwala oszacować rozmiar i gęstość.
- Fale S (poprzeczne) nie przechodzą przez ciekłe jądro zewnętrzne, ale wizyta fal ścinających w jądrze wewnętrznym wskazuje na jego stałość.
- Obserwowane anizotropie (np. różne prędkości fal P wzdłuż osi biegunowej i równikowej) sugerują uporządkowanie struktur wewnętrznych — np. ułożenie kryształów żelaza, rotację wewnętrznego jądra lub inne procesy dynamiczne.
Rozwój, dynamika i rola dla planety
Jądro wewnętrzne powstaje stopniowo: w miarę ochładzania się Ziemi część ciekłego żelaza z jądrze zewnętrznego krystalizuje przy jego granicy, powiększając jądro wewnętrzne. Tempo wzrostu jest bardzo wolne — szacuje się je na rzędy milimetrów rocznie (wartości zależne od modelu i danych).
Proces krystalizacji uwalnia ciepło utajone oraz powoduje wydzielanie lżejszych pierwiastków do jądra zewnętrznego, co napędza konwekcję w ciekłym jądrze zewnętrznym. Ta konwekcja, wraz z ruchem obrotowym Ziemi, jest kluczowa dla działania geodynamo, czyli mechanizmu tworzącego pole magnetyczne Ziemi. Właściwości jądra wewnętrznego wpływają więc bezpośrednio na długoterminową ewolucję pola magnetycznego oraz na bilans cieplny planety.
Otwarte pytania
Mimo wielu badań nadal pozostaje wiele niejasności: dokładne składniki chemiczne jądra wewnętrznego, precyzyjna temperatura i ciśnienie w centrum, mechanizmy anizotropii sejsmicznej, tempo i wzorce krystalizacji oraz to, czy jądro wewnętrzne obraca się nieco szybciej niż reszta planety (tzw. „superrotacja”) — to wszystko są aktywne tematy badań współczesnej geofizyki.
Jądro wewnętrzne, choć niedostępne bezpośrednim pomiarom, jest zatem kluczowym elementem budowy Ziemi: wpływa na jej pole magnetyczne, termikę i ewolucję, a jego badanie łączy dane sejsmiczne, eksperymenty wysokociśnieniowe i modele teoretyczne.
Wewnętrzna struktura Ziemi
Na tym przekroju Ziemi jądro wewnętrzne oznaczone jest numerem 7.
Powiązane strony
- Jądro Ziemi
- Jądro planetarne
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest jądro wewnętrzne?
O: Jądro wewnętrzne to sam środek Ziemi.
P: Jaka jest temperatura w jądrze wewnętrznym?
O: Uważa się, że temperatura w jądrze wewnętrznym jest zbliżona do temperatury powierzchni Słońca: około 5700 K (5400 °C).
P: Jaki jest promień jądra wewnętrznego?
O: Według badań sejsmologicznych promień wewnętrznego jądra wynosi około 1.220 km (760 mil).
P: Z czego prawdopodobnie składa się jądro wewnętrzne?
O: Uważa się, że jądro wewnętrzne składa się głównie ze stopu żelaza i niklu.
P: Kto i jak odkrył jądro wewnętrzne?
O: Jądro wewnętrzne zostało odkryte przez Inge Lehmanna w 1929 roku za pomocą sejsmologii. Lehmann badała duże trzęsienie ziemi w Nowej Zelandii i zauważyła, że drgania wydają się przesuwać przez coś stałego w centrum planety, co nazwała jądrem wewnętrznym.
P: Kiedy ostatecznie udowodniono istnienie wewnętrznego jądra?
O: Istnienie wewnętrznego jądra zostało udowodnione dopiero w 1970 roku, chociaż Inge Lehmann pisała o tym przez wiele lat.
P: Jakie jest ciśnienie w wewnętrznym jądrze Ziemi?
O: Ciśnienie w wewnętrznym jądrze Ziemi wynosi około 3.500.000 atmosfer.
Przeszukaj encyklopedię