Wewnętrzne jądro Ziemi obraca się z własną prędkością, jest bardzo gorące i najprawdopodobniej pomogło w utrzymaniu życia
Jak Ziemia mogła tak szybko przywrócić swoje pole magnetyczne?
Naukowcy coraz częściej zaczynają w to wierzyćbyło to spowodowane pojawieniem się wewnętrznego jądra Ziemi. Jest to kula z litego żelaza, która znajduje się wewnątrz stopionego rdzenia zewnętrznego. Ten ostatni składa się z wrzącego metalu, który wytwarza pole magnetyczne planety.
Naukowcy sugerują, że rdzeń wewnętrznypojawił się około 4 miliardy lat po narodzinach samej planety. Rośnie powoli, kilka milimetrów rocznie. Naukowcy uważają, że doprowadziło to do aktywności w jądrze zewnętrznym i spowodowało wzrost mocy pola magnetycznego.
„Wewnętrzny rdzeń przywrócił pole magnetyczneZiemia: i wydarzyło się to w najbardziej odpowiednim momencie ewolucji, mówi John Tarduno, geofizyk z University of Rochester. „Co by się stało, gdyby się nie uformowało?”
Naukowcy wciąż zastanawiają się, jak i dlaczego wewnętrznerdzeń pojawił się w tym okresie. „Wewnętrznym jądrem jest planeta wewnątrz planety” – powiedział Hrvoe Tkalcic, sejsmolog z Australian National University (ANU). „Ma własną topografię, własną prędkość obrotową i strukturę. Jest pod naszymi stopami, ale wciąż jest wiele rzeczy, których nie rozumiemy na temat tego, jak to działa”.
Jak badana jest nasza wewnętrzna „planeta”?
Do badania jądra wewnętrznego badacze wykorzystują rzadkie fale sejsmiczne powstałe w wyniku trzęsień ziemi lub testów nuklearnych, które przenikają lub odbijają się od jądra wewnętrznego.
Więc sejsmolodzy odkryli, że wewnętrzne jądroobraca się niezależnie od reszty planety. Korzystając z modeli komputerowych, przewidzieli jego strukturę, a także niezwykłe zachowanie stopów żelaza pod wysokim ciśnieniem.
Przez długi czas ludzkość była niekompletnapomysły dotyczące wewnętrznej struktury Ziemi. Dopiero na początku lat trzydziestych Inge Lehmann, duński sejsmolog, zauważył nową odmianę fal P, czyli fal ciśnienia. Wskazywali, że jądro Ziemi nie jest całkowicie płynne. W 1936 Lehmann doszedł do wniosku, że Ziemia ma solidne jądro wewnętrzne. Co więcej, naukowcy zauważyli, że każdego roku fale P przechodzące przez jądro wewnętrzne są nieznacznie przyspieszane. Można to wytłumaczyć tylko w jeden sposób - jądro wewnętrzne obraca się szybciej niż reszta planety, około 1° rocznie. Co 400 lat, jak sugerowali w artykule Nature z 1996 roku, wewnętrzny rdzeń dokonywał dodatkowej rewolucji wewnątrz Ziemi.
To odkrycie zszokowało wielu geofizyków, którzy:zakładano, że wewnętrzny rdzeń obraca się z taką samą prędkością jak płaszcz. Jeśli przestudiujesz jego rotację, pomożesz zrozumieć, w jaki sposób rdzeń wewnętrzny łączy się z zewnętrznym i wpływa na pole magnetyczne. Wyjaśni również, dlaczego bieguny magnetyczne Ziemi od czasu do czasu wędrują i przewracają się.
Więc rdzeń wewnętrzny porusza się szybciej niż Ziemia, prawda?
Nie bardzo.Badacz Yi Yang stworzył później najobszerniejszą na świecie bazę danych o trzęsieniach ziemi. Po ich przeanalizowaniu Yang odkrył, że jądro wewnętrzne obraca się z tą samą prędkością co płaszcz. Potem pojawił się jeszcze bardziej niezwykły fakt: według badania z 2021 roku wewnętrzne jądro wirowało wolniej niż reszta planety, o około 0,05° rocznie.
Naukowcy zaczęli spekulować, żewewnętrzny rdzeń ma swój własny rytm. Od dziesięcioleci radioastronomowie śledzą drobne zmiany w obrocie Ziemi. Obserwowano je zgodnie z kosmicznym układem odniesienia: śledziły zmiany położenia odległych obiektów kosmicznych. Większość wahań w ciągu roku jest spowodowana huraganami i trzęsieniami ziemi, ale istnieje niewielka, regularna, 6-letnia fluktuacja, której nie da się łatwo wytłumaczyć.
„Nie wiemy jeszcze, dlaczego tak się dzieje, ale wszyscy stawiają na rdzeń” – Benjamin Chao, geodeta w Academia Sinica.
Z czego wykonany jest rdzeń wewnętrzny?
Wewnętrzny rdzeń jest najbardziej metalicznym miejscemna ziemi. Zawiera jeszcze więcej metali niż zewnętrzna. Oba wykonane są głównie z żelaza z domieszką niklu. Uważa się również, że żelazo zawiera śladowe ilości lżejszych pierwiastków, takich jak tlen, węgiel i krzem.
Kiedy żelazo krystalizuje na wzrościepowierzchni rdzenia wewnętrznego, wyrzuca z siebie niektóre z tych pierwiastków. Rezultatem jest prawie czyste żelazo. To jak lód tworzący się w wiadrze ze słoną wodą: wypiera sól i staje się głównie świeżą wodą. Pierwiastki wyrzucane z jądra są lżejsze od żelaza: unoszą się i pędzą do przodu: proces ten powoduje do 80% konwekcji, która generuje pole magnetyczne Ziemi.
Konwekcja to rodzaj wymiany ciepła i wymiany ciepła, podczas której energia wewnętrzna jest przekazywana przez strumienie i przepływy samej substancji.
Czego wciąż nie wiemy o wewnętrznym rdzeniu?
Co dzieje się z pozostałym żelazem - na ten temattrwa debata. Atomy żelaza na powierzchni Ziemi – niczym te na żeliwnej patelni – mają strukturę sześcienną. Jeśli jednak maleńkie próbki żelaza zostaną ściśnięte pomiędzy dwoma diamentami i wytworzy się ciśnienie podobne do tego w wewnętrznym jądrze, atomy przeorganizują się, tworząc sześciokąty.
Trudność w tym, że jeszcze nikt tego nie zrobiłwie, co dzieje się z żelazem, gdy jest ono jednocześnie ściskane i podgrzewane do tysięcy stopni, mówi Lidunka Vochadlo, obliczeniowa fizyka minerałów na University College London.
Warunki te są trudne do odtworzenia w laboratorium,ponieważ węgiel w diamentach często zanieczyszcza żelazo po podgrzaniu, zauważył Vochadlo. Jego zespół przeprowadził symulacje komputerowe i odkrył, że kształt sześciokąta lub sześciokąta jest najbardziej stabilną strukturą w warunkach jądra wewnętrznego. Modele pokazują również, że czyste żelazo staje się miękkie, gdy ma 98% temperatury topnienia.
Na przykład woda musi ostygnąć poniżej punktuzamarzając, tworząc lód. Naukowcy zasugerowali, że żelazo nie mogłoby zestalić się w sześciokątny kształt, gdyby było o prawie 1340°C chłodniejsze niż jądro wewnętrzne. Na początku 2022 roku opublikowano modelowanie w skali atomowej sugerujące, że żelazo gromadzące się w rdzeniu wewnętrznym może najpierw krystalizować w formie sześciennej, a następnie przejść w formę sześciokątną.
Jak połączone są wewnętrzne jądro i życie na Ziemi?
Według informacji pochodzących z formacji wulkanicznej, która pojawiła się 565 milionów lat temu na północnym brzegu rzeki St. w Lawrence, ówczesne pole magnetyczne stanowiło jedną dziesiątą tego, co jest dzisiaj.
Prawdopodobnie wynikało to z faktu, że zewnętrznerdzeń szybko tracił ciepło, mówi Peter Driscoll, geodynamik z Carnegie Institution for Science. Gdyby ziemskie pole magnetyczne całkowicie zniknęło, życie w miarę jego rozwoju byłoby silnie narażone na promieniowanie pochodzące z rozbłysków słonecznych. Zwiększone promieniowanie może wyczerpać tlen, cenny zasób niezbędny do życia.
Zaledwie 30 milionów lat później intensywność pola magnetycznegopola wzrosły do 70% obecnych wartości. Mniej więcej w tym samym czasie aktywny rozwój życia spowodował rewolucję na Ziemi. To wtedy powstała większość grup zwierząt, pojawiły się pierwsze gatunki lądowe.
Być może rodzący się świat i wszystkie żywe istotyna planecie Ziemia zawdzięczają swoje istnienie wewnętrznemu żelaznemu jądrze, które znajduje się 5000 km poniżej, pod naszymi stopami. Teraz badacze próbują odtworzyć w laboratorium warunki panujące w rdzeniu: jest to trudne, ale konieczne zadanie. Za pomocą takiego eksperymentu możliwe jest potwierdzenie wniosków, jakie badacze wyciągnęli wcześniej na podstawie modeli matematycznych.