Vidinė Žemės šerdis sukasi savo greičiu, yra labai karšta ir greičiausiai padėjo išsaugoti gyvybę ir
Kaip Žemė galėjo taip greitai atkurti savo magnetinį lauką?
Mokslininkai vis labiau pradeda tuo tikėtitai lėmė Žemės vidinės šerdies atsiradimas. Tai kietos geležies sfera, esanti išlydytoje išorinėje šerdyje. Pastarasis susideda iš verdančio metalo, kuris sukuria planetos magnetinį lauką.
Tyrėjai teigia, kad vidinė šerdisatsirado praėjus maždaug 4 milijardams metų po pačios planetos gimimo. Augo lėtai, kelis milimetrus per metus. Tai, mokslininkų nuomone, paskatino aktyvumą išorinėje šerdyje ir išprovokavo magnetinio lauko galios padidėjimą.
„Vidinė šerdis atkūrė magnetinį laukąŽemė: ir tai įvyko pačiu tinkamiausiu evoliucijos momentu, sako Johnas Tarduno, Ročesterio universiteto geofizikas. „Kas būtų nutikę, jei jis nebūtų susiformavęs?
Mokslininkai vis dar domisi, kaip ir kodėl vidinisšerdis atsirado šiuo laikotarpiu. „Vidinė šerdis yra planeta planetoje“, – sakė Australijos nacionalinio universiteto (ANU) seismologas Hrvoe Tkalcic. „Turi savo topografiją, savo sukimosi greitį ir struktūrą. Tai mums po kojomis, bet vis dar daug ko nesuprantame, kaip tai veikia.
Kaip tiriama mūsų vidinė „planeta“?
Norėdami ištirti vidinę šerdį, mokslininkai naudoja retas seismines bangas iš žemės drebėjimų arba branduolinių bandymų, kurios prasiskverbia arba atsispindi nuo vidinės šerdies.
Taigi seismologai atrado, kad vidinė šerdissukasi nepriklausomai nuo likusios planetos dalies. Naudodamiesi kompiuteriniais modeliais, jie numatė jo struktūrą, taip pat neįprastą geležies lydinių elgesį esant aukštam slėgiui.
Ilgą laiką žmonija buvo neišsamiidėjos apie vidinę Žemės sandarą. Tik praėjusio amžiaus trečiojo dešimtmečio pradžioje danų seismologė Inge Lehmann pastebėjo naują P bangų arba slėgio bangų atmainą. Jie atkreipė dėmesį, kad Žemės šerdis nėra visiškai skysta. Iki 1936 m. Lehmannas padarė išvadą, kad Žemė turi tvirtą vidinę šerdį. Be to, mokslininkai pastebėjo, kad kiekvienais metais P bangos, einančios per vidinę šerdį, šiek tiek pagreitėja. Tai galima paaiškinti tik vienaip – vidinė šerdis sukasi greičiau nei likusi planetos dalis, maždaug 1° per metus. Kas 400 metų jie teigė 1996 m. gamtos dokumente, kad vidinė šerdis padarė papildomą revoliuciją Žemės viduje.
Šis atradimas sukrėtė daugelį geofizikų, kuriebuvo manoma, kad vidinė šerdis sukasi tokiu pat greičiu kaip ir mantija. Jei išnagrinėsite jo sukimąsi, tai padės suprasti, kaip vidinė šerdis jungiasi su išorine ir veikia magnetinį lauką. Taip pat bus paaiškinta, kodėl Žemės magnetiniai poliai retkarčiais klaidžioja ir apsiverčia.
Taigi vidinė šerdis juda greičiau nei Žemė, tiesa?
Tikrai ne.Tyrėjas Yi Yang vėliau sudarė didžiausią pasaulyje žemės drebėjimų duomenų bazę. Išanalizavęs juos, Yang atrado, kad vidinė šerdis sukasi tokiu pat greičiu kaip ir mantija. Tada atėjo dar neįprastesnis faktas: 2021 m. atlikto tyrimo duomenimis, vidinė šerdis sukasi lėčiau nei likusi planetos dalis – maždaug 0,05° per metus.
Tyrėjai ėmė spėlioti, kadvidinė šerdis turi savo ritmą. Dešimtmečius radijo astronomai stebėjo nedidelius Žemės sukimosi pokyčius. Jie buvo stebimi pagal erdvės atskaitos sistemą: sekė tolimų kosminių objektų padėties pokyčius. Dauguma svyravimų ištisus metus atsiranda dėl uraganų ir žemės drebėjimų, tačiau yra nedidelis reguliarus 6 metų svyravimas, kurio negalima lengvai paaiškinti.
„Dar nežinome, kodėl taip nutinka, bet visi lažinasi už pagrindą“, – „Academia Sinica“ tyrėjas Benjaminas Chao.
Iš ko pagaminta vidinė šerdis?
Vidinė šerdis yra pati metališkiausia vietaant žemės. Jame metalų yra net daugiau nei išoriniame. Abu jie daugiausia pagaminti iš geležies su nikeliu. Taip pat manoma, kad geležyje yra lengvesnių elementų, tokių kaip deguonis, anglis ir silicis, pėdsakų.
Kai geležis kristalizuojasi auginantvidinės šerdies paviršiaus, jis išstumia kai kuriuos iš šių elementų iš savęs. Rezultatas yra beveik gryna geležis. Tai tarsi ledas, susidarantis sūraus vandens kibire: jis išstumia druską ir dažniausiai tampa gėlu vandeniu. Iš šerdies išstumti elementai yra lengvesni už geležį: jie kyla ir veržiasi į priekį: šis procesas sukelia iki 80% konvekcijos, kuri sukuria Žemės magnetinį lauką.
Konvekcija yra šilumos perdavimo ir šilumos perdavimo būdas, kurio metu vidinė energija perduodama pačios medžiagos čiurkšlėmis ir srautais.
Ko mes vis dar nežinome apie vidinę šerdį?
Kas atsitiks su likusia geležimi – šia temavyksta diskusijos. Geležies atomai Žemės paviršiuje – kaip ir ketaus keptuvėje – turi kubinę struktūrą. Bet jei tarp dviejų deimantų suspaudžiami maži geležies pavyzdžiai ir sukuriamas slėgis, panašus į esantį vidinėje šerdyje, atomai persitvarko į šešiakampius.
Sunkumas tas, kad dar niekas to neturižino, kas atsitinka su geležimi, kai ji vienu metu suspaudžiama ir įkaitinama iki tūkstančių laipsnių, sako Lidunka Vochadlo, Londono universiteto koledžo skaičiavimo mineralų fizikė.
Laboratorijoje šias sąlygas sunku atkurti,nes deimantuose esanti anglis dažnai užteršia geležį kaitinant, pažymėjo Vochadlo. Jo komanda atliko kompiuterinį modeliavimą ir nustatė, kad šešiakampio arba šešiakampio forma yra stabiliausia struktūra vidinės šerdies sąlygomis. Modeliai taip pat rodo, kad gryna geležis tampa minkšta, kai pasiekia 98 % lydymosi temperatūros.
Pavyzdžiui, vanduo turi atvėsti žemiau taškoužšąla, kad susidarytų ledas. Tyrėjai teigė, kad geležis negalėtų sukietėti į šešiakampę formą, jei ji būtų beveik 1340 °C vėsesnė už vidinę šerdį. 2022 m. pradžioje buvo paskelbtas atominio mastelio modeliavimas, kuriame teigiama, kad vidinėje šerdyje besikaupianti geležis pirmiausia gali kristalizuotis kubinėje formoje, prieš pereinant į šešiakampę formą.
Kaip yra susiję vidinė šerdis ir gyvybė Žemėje?
Remiantis informacija iš ugnikalnio darinio, atsiradusio prieš 565 milijonus metų šiauriniame St. Upės Lorenso krante, magnetinis laukas tuo metu buvo viena dešimtoji dabartinio.
Tai tikriausiai lėmė tai, kad išorinisšerdis greitai prarado šilumą, sako Peteris Driscollas, Carnegie mokslo instituto geodinamikas. Jei Žemės magnetinis laukas visiškai išnyktų, gyvybė besivystanti būtų stipriai veikiama saulės blyksnių spinduliuotės. Padidėjusi radiacija gali išeikvoti deguonį, vertingą visos gyvybės šaltinį.
Vos po 30 milijonų metų magneto intensyvumaslaukeliai išaugo iki 70 % dabartinių verčių. Maždaug tuo pačiu metu aktyvus gyvybės vystymasis sukėlė revoliuciją Žemėje. Būtent tada atsirado dauguma gyvūnų grupių, atsirado pirmosios antžeminės rūšys.
Galbūt gimstantis pasaulis ir visos gyvos būtybėsŽemės planetoje jų egzistavimą lemia vidinė geležies šerdis, kuri yra 5000 km žemiau, po mūsų kojomis. Dabar mokslininkai laboratorijoje bando atkurti branduolyje nustatytas sąlygas: sudėtinga, bet būtina užduotis. Tokio eksperimento pagalba galima patvirtinti išvadas, kurias mokslininkai padarė anksčiau remdamiesi matematiniais modeliais.