Co obsahuje zemské jádro?

(Dan Tri Newspaper) - Pevné zemské jádro se neskládá jen ze železa, ale obsahuje také uhlík, kyslík a křemík. Tento objev otevírá dveře k vyřešení staletých záhad o tom, jak jádro formuje a udržuje své magnetické pole, které chrání život.

Zemské jádro nemůže být jen ze železa; zdá se, že obsahuje i uhlík. Nový výzkum zjistil, že obsahuje také kyslík a křemík (foto: Getty Images).

Jádro bohaté na železo v centru Země hraje klíčovou roli v evoluci planety. Nejenže pohání magnetické pole – štít chránící atmosféru a oceány před slunečním zářením – ale také pohání deskovou tektoniku a neustále přetváří kontinenty.

Navzdory jeho důležitosti zůstává mnoho základních vlastností jádra záhadou: jak je vlastně horké, z čeho se skládá a kdy začíná mrznout? Nedávný objev přiblížil vědce k zodpovězení všech tří otázek.

Vnitřní jádro má odhadovanou teplotu kolem 5 000 Kelvinů (4 727 °C). Zpočátku je jádro v kapalném stavu, ale časem postupně ochlazuje, krystalizuje do pevné složky a rozpíná se směrem ven. Toto uvolňování tepla vytváří tektonické toky desek.

Chlazení je také zdrojem zemského magnetického pole. Velká část dnešní magnetické energie je udržována zamrznutím tekutého vnějšího jádra, které pohání pevné jádro v jeho středu.

Protože je však přímý přístup nemožný, jsou vědci nuceni spoléhat se na odhady, aby pochopili mechanismy chlazení a vlastnosti jádra. Pro objasnění je nejdůležitějším faktorem určení jeho bodu tání.

Díky seismologii – vědě, která studuje vlny zemětřesení – přesně víme, kde leží hranice mezi pevným a kapalným jádrem. Teplota na této hranici je také bodem tání, výchozím bodem pro tuhnutí.

Pokud by tedy bylo možné přesně určit bod tání, lidé by lépe porozuměli skutečné teplotě jádra a jeho vnitřnímu chemickému složení.

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 ještě nezformovaly, nebo za fragmenty jader planet, které již byly zničeny. Jejich chemické složení naznačuje, že zemské jádro se skládá převážně ze železa a niklu, případně s několika procenty křemíku nebo síry. Tato data jsou však pouze předběžná a nejsou dostatečně podrobná, aby cokoli definitivně potvrdila.

Seismologie mezitím poskytuje mnohem konkrétnější pohled. Seismické vlny ze zemětřesení, které se šíří Zemí, mění svou rychlost v závislosti na typu materiálu, kterým procházejí. Porovnáním doby, kterou vlny potřebují k dosažení monitorovacích stanic, s experimentálními výsledky o rychlosti přenosu v minerálech a kovech mohou vědci konstruovat modely vnitřní struktury planety.

Výsledky ukazují, že zemské jádro je asi o 10 % lehčí než čisté železo. Je pozoruhodné, že vnější jádro, které je v kapalném stavu, je hustší než vnitřní jádro, což je paradox, který lze vysvětlit pouze přítomností některých cizích prvků.

I po zúžení možného složení však problém zůstává nevyřešen. Různé scénáře vedou k teplotám tání, které se liší o stovky stupňů Celsia, což ztěžuje přesné stanovení vlastností jádra.

Nové omezení

V novém výzkumu vědci využili mineralogii k pochopení toho, jak začalo zemské jádro mrznout – což je specifičtější přístup než meteorologie i seismologie.

Simulace ukazují, že když atomy v tekutém kovu krystalizují do pevných látek, každá slitina vyžaduje jinou úroveň „podchlazení“, tedy snížení teploty pod bod tání. Čím silnější je tento proces, tím snadněji kapalina mrzne.

Například voda v mrazáku může zůstat extrémně studená při -5 °C celé hodiny, než zmrzne, zatímco kapka vody v oblaku se při -30 °C promění v kroupy během několika minut.

Výpočty ukazují, že maximální teplota podchlazení jádra je přibližně o 420 °C nižší než bod tání. Pokud by tato teplota byla překročena, vnitřní jádro by bylo ve srovnání se seismickými daty neobvykle velké. Čisté železo přitom potřebuje ke krystalizaci 1 000 °C, což je nemožné, protože by do té doby celé jádro ztuhlo.

Přidání křemíku nebo síry nepomůže; mohlo by to dokonce vyžadovat další podchlazení jádra.

Teprve když se vezme v úvahu uhlík, dává obraz smysl. Pokud uhlík tvoří 2,4 % hmotnosti jádra, je k zamrznutí vnitřního jádra potřeba přibližně 420 °C; s 3,8 % uhlíku tato teplota klesne na 266 °C. Mnohem pravděpodobnější číslo. Toto je první důkaz naznačující, že uhlík hraje klíčovou roli v procesu krystalizace jádra.

Jádro se však nemohlo skládat pouze ze železa a uhlíku, protože seismická data naznačují přítomnost alespoň jednoho dalšího prvku. Výzkum naznačuje možnost, že jádro obsahuje také kyslík nebo dokonce křemík.

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