Co obsahuje zemské jádro?

(Dan Tri) - Pevné zemské jádro se netvoří jen železem, ale obsahuje také uhlík, kyslík a křemík. Tento objev otevírá řešení staleté záhady, jak jádro tvoří a udržuje magnetické pole, které chrání život.

Zemské jádro se sice nemusí skládat jen ze železa, ale zdá se, že obsahuje i uhlík. Nový výzkum zjistil, že obsahuje také kyslík a křemík (foto: Getty Images).

Jádro bohaté na železo ve středu Země hraje klíčovou roli v evoluci planety. Nejenže pohání magnetické pole – štít, který chrání atmosféru a oceány před slunečním zářením – ale také pohání deskovou tektoniku, která neustále přetváří kontinenty.

Navzdory jeho důležitosti zůstává mnoho základních vlastností jádra záhadou: jak je horké, z čeho je vyrobeno a kdy začalo mrznout? Nedávný objev přibližuje vědce k zodpovězení všech tří otázek.

Teplota vnitřního jádra se odhaduje na přibližně 5 000 Kelvinů (4 727 °C). Zpočátku je jádro kapalné, ale časem se ochlazuje, krystalizuje jeho pevný vnitřek a rozpíná se směrem ven. Toto uvolňování tepla vytváří deskové tektonické proudy.

Toto ochlazování je také zdrojem zemského magnetického pole. Velká část magnetické energie je dnes udržována zamrznutím tekutého vnějšího jádra, které pohání pevné centrální jádro.

Bez přímého přístupu k informacím jsou však vědci nuceni spoléhat se na odhady, aby pochopili mechanismus chlazení a vlastnosti jádra. Pro objasnění je nejdůležitějším faktorem určení jeho teploty tání.

Díky seismologii – studiu zemětřesných vln – přesně víme, kde leží hranice mezi pevným a kapalným jádrem. Teplota na této hranici je také bodem tání, bodem, ve kterém začíná tuhnutí.

Pokud tedy bude možné přesně určit teplotu tání, lidé budou lépe rozumět skutečné teplotě jádra a chemickému složení uvnitř něj.

Tajemná chemie

Existují dva hlavní přístupy k pochopení složení zemského jádra: studium meteoritů a analýza seismických dat.

Meteority jsou považovány za „zbytky“ planet, které se dosud nezformovaly, nebo za fragmenty jader zničených planet. Jejich chemické složení naznačuje, že zemské jádro se skládá převážně ze železa a niklu, případně smíchaných s několika procenty křemíku nebo síry. Tato data jsou však pouze předběžná a nejsou dostatečně podrobná, aby byla definitivní.

Seismologie na druhou stranu nabízí mnohem detailnější pohled. Seismické vlny ze zemětřesení se šíří Zemí různými rychlostmi v závislosti na materiálu, kterým procházejí. Porovnáním časů příchodu vln na měřicí stanice s experimentálními výsledky rychlosti šíření v minerálech a kovech mohou vědci vytvářet modely nitra planety.

Výsledky ukázaly, že zemské jádro je asi o 10 % lehčí než čisté železo. Zejména tekuté vnější jádro je hustší než pevné vnitřní jádro – paradox, který lze vysvětlit pouze přítomností některých minoritních prvků.

Ale i s omezeným rozsahem možných složení zůstává hádanka nevyřešena. Různé scénáře vedou k teplotám tání, které se liší o stovky stupňů Celsia, což ztěžuje přesné určení vlastností jádra.

Nové omezení

V nové studii vědci využili minerální fyziku k pochopení toho, jak začalo zemské jádro mrznout – což je specifičtější přístup než meteorologie i seismologie.

Simulace ukazují, že jak atomy v tekutém kovu krystalizují do pevné látky, každá slitina vyžaduje jinou úroveň „podchlazení“, neboli snížení teploty pod bod tání. Čím intenzivnější je proces, tím je pravděpodobnější, že kapalina zmrzne.

Například voda v mrazáku může být podchlazena na -5 °C po dobu několika hodin, než zmrzne, zatímco kapky vody v oblacích se mohou při -30 °C proměnit v kroupy již po několika minutách.

Výpočty naznačují, že maximální podchlazení jádra je asi 420 °C pod bodem tání. Pokud by byla tato teplota překročena, vnitřní jádro by bylo ve srovnání se seismickými daty neobvykle velké. Čisté železo by přitom potřebovalo ke krystalizaci 1 000 °C, což je nemožné, protože by celé jádro ztuhlo.

Přidání křemíku nebo síry také nepomůže a může dokonce jádro dále podchladit.

Teprve když se vezme v úvahu uhlík, dává obraz smysl. Pokud uhlík tvoří 2,4 % hmoty jádra, bylo by potřeba asi 420 °C, aby se vnitřní jádro zmrazilo; s 3,8 % uhlíku to klesne na 266 °C. Mnohem pravděpodobnější číslo. Toto je první důkaz, že uhlík hraje významnou roli v krystalizaci jádra.

Jádro však nemůže být tvořeno pouze železem a uhlíkem, protože seismická data vyžadují alespoň jeden další prvek. Výzkum naznačuje, že jádro může obsahovat také kyslík a dokonce i křemík.

Zdroj: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm