Zemské jadro Z čoho je vyrobená najvnútornejšia časť našej planéty DER SPIEGEL
Ako zistíte, z čoho sa skladá jadro Zeme? „Ak by niekto len zišiel dole a pozrel sa,“ ste v pokušení odpovedať. Koniec koncov, ide o budovanie našej vlastnej planéty - nie o hviezdy alebo exoplanéty vzdialené bilión kilometrov.
V skutočnosti táto otázka nebola desaťročia definitívne zodpovedaná. Je známe, že 90 percent zemského jadra tvoria prvky železo a nikel. Čo však so zvyšnými desiatimi percentami? Zem si toto tajomstvo nechala pre seba dodnes - vedci sú však na stope tohto tretieho prvku.
Geofyzika, atómová bomba, potom opäť geofyzika
Pátranie sa začalo pred 65 rokmi, v roku 1952, na Harvardovej univerzite v USA. Počas druhej svetovej vojny americký geofyzik Francis Birch medzitým pomáhal s výstavbou atómovej bomby. Teraz, po vojne, sa Birch vrátila k poznávaniu Zeme.
Už vtedy sa vedelo, že v ich jadre je ukryté železo a možno aj nikel. Ale keď Birch porovnáva experimentálne údaje a teoretické predpovede, zistí, že tieto dva prvky nejdú dokopy.
Vo svojej eseji triezvo poznamenal: „Zdá sa možné, že hustota vrstvy E. možno o 10 až 20 percent nižšia ako hustota železa alebo niklu a železa za rovnakých podmienok. “Vrstva E., toto je jadro Zeme.
Hľadaný: tretí prvok
V jednoduchom jazyku to znamená: Keby jadro pozostávalo výlučne zo železa a niklu, muselo by to byť skutočne oveľa hustejšie, ako by naznačovali Birchove namerané údaje. Tretí, ľahký prvok sa musí skrývať medzi železom s vysokou hmotnosťou a niklom - aby bolo jadro ako celok nadýchanejšie.
Birch sám navrhuje uhlík alebo kremík ako tretí prvok. Ale v zásade je mysliteľné aj síra, kyslík a vodík, ako píše v článku výskumník Thomas Duffy.
Kandidátov je teda dosť. Ale Zem len tak ľahko neodhalí svoje najhlbšie tajomstvo. Má to dva dôvody: vzdialenosť od zemského povrchu k jadru je veľká a podmienky vo vnútri sú extrémne.
Vŕtať do jadra Zeme a odoberať vzorky - „ísť dole a pozrieť sa“ - je nemožné. Najhlbší vrt na svete má hĺbku dvanásť kilometrov - aby ste sa dostali do zemského jadra, museli by ste vyvŕtať takmer 3000 kilometrov, ako ukazuje graf:
Foto: SPIEGEL ONLINE
Na štúdium hlbokých vrstiev Zeme prišli geofyzici s niečím iným. Počúvate „koncert zemetrasenia“.
Funguje to asi takto: Seizmografy sú distribuované po povrchu Zeme ako poslucháči v koncertnej sále. Ak kdekoľvek na svete dôjde k otrasom, vlny sa šíria Zemou počnúc epicentrom. Čím bližšie je seizmograf k epicentru, tým skôr môžu byť vlny merané. Ak skombinujete niekoľko meracích staníc, môžete charakterizovať vlny.
Vrchol: na svojej ceste zemou vlny prechádzajú rôznymi vrstvami alebo sa na nich odrážajú - a preto nesú informácie o vrstvách, keď dosiahnu seizmograf.
Z týchto experimentov vieme, že Zem má kôru, plášť a jadro (pozri obrázok vyššie). Jadro sa zase skladá z dvoch častí: pevná guľa vo vnútri a tekutá časť vonku.
Skúšať, skúšať, skúšať
Samotná táto metóda však nestačí na objasnenie identity tretieho prvku. Vedci nevedia, ako sa možné materiály správajú za extrémnych podmienok v jadre Zeme. Tlak je tam trikrát väčší ako povrchový povrch Zeme. Teplota sa pohybuje medzi 3700 a 6200 stupňami Celzia.
Vedcom nezostáva nič iné, ako vyskúšať všetky možné kombinácie a zistiť, ktoré sa najviac zhodujú s výsledkami seizmografov.
Značky označujú kremík
Iba v posledných rokoch sa vedcom podarilo dosiahnuť vysoké tlaky a teploty v laboratóriu a súčasne zmerať rýchlosť vĺn v materiáloch. „Sú to veľmi ťažké experimenty,“ hovorí geofyzik David Rubie z Bavorského geoinštitútu v Bayreuthe. Vzorky sú upnuté medzi dvoma leštenými diamantmi - experimentu vydržia iba oni.
Japonskí vedci teraz použili túto metódu na testovanie kremíka a sú si istí, že našli tretí prvok. „Veríme, že kremík je nevyhnutnou súčasťou,“ uviedol pre BBC Eiji Ohtani z univerzity Tohoku.
„Výsledky súhlasia s našimi vlastnými výpočtami,“ tvrdí David Rubie, ktorý sa japonskej štúdie nezúčastnil. Porovnanie meraní v meteoritoch a v plášti Zeme by tiež podporilo hypotézu o kremíku.
Geofyzici už neveria, že uhlík, vodík alebo síra hrajú hlavnú úlohu. Podľa Rubieho je v prevádzke stále iba jeden kandidát: kyslík. Francúzski vedci zverejnili zodpovedajúce výsledky v roku 2013.
Aby sa rozptýlili tieto posledné pochybnosti o kremíkovej hypotéze, sú potrebné ďalšie experimenty. Je teda dosť možné, že hádanka Františka Bircha oslávi o päť rokov svoje 70. narodeniny.