Notranje jedro Zemlje: definicija, sestava, temperatura, odkritje

Notranje jedro je središče Zemlje in najbolj vroč del planeta. Po seizmoloških raziskavah je v glavnem trdna krogla s polmerom približno 1 220 km. Sestavljena naj bi bila večinoma iz zlitine železa in niklja, njena temperatura pa naj bi bila približno enaka temperaturi površine Sonca: približno 5700 K (5400 °C).

Sestava in struktura

Notranje jedro je predvsem iz železa z manjšimi količinami niklja in verjetno tudi lažjih elementov (npr. žveplo, kisik, silicij). Na podlagi seizmičnih hitrosti in laboratorijskih meritev pod visokim tlakom geofiziki sklepajo, da je notranje jedro sestavljeno iz goste kovinske faze, verjetno kristalne strukture železa (najverjetneje hexagonal close-packed, hcp). Povprečna gostota notranjega jedra je ocenjena okoli 12,8–13 g/cm³.

Fizikalne razmere

Notranje jedro se nahaja približno 5 150–5 200 km pod površjem (razdalja od površja do roba notranjega jedra je približno 6 371 km − 1 220 km). Tlak v Zemljinem notranjem jedru je približno 3.500.000 atmosfer (kar ustreza približno 330–360 GPa). Pri tako visokih tlakih se točke tališča železa močno povečajo, zato je kovina lahko trdna kljub izredno visokim temperaturam.

Temperatura notranjega jedra ni neposredno merjena, temveč ocenjena iz seizmičnih podatkov in eksperimentalnih študij; ocene se gibljejo približno med 5 000 in 7 000 K, tipična navedba je ~5 700 K (približno 5 400 °C).

Odkritje in seizmični dokazi

Notranje jedro je leta 1936 s pomočjo seizmologije predlagala Inge Lehmann. Lehmann je preučevala velik novozelandski potres iz preteklih let in opazila nenavadne priostope potresnih valov. Potres povzroči vibracije, ki se širijo po notranjosti Zemlje; pri analizi prihajajočih seizmičnih faz je Lehmann ugotovila, da valovi kažejo znake, kot da bi se v središču planeta nahajalo trdno jedro, ločeno od tekočega zunanjega jedra. To hipotezo je pozneje potrdilo več opazovanj in izboljšane seizmične mreže, polna konsolidacija dokazov pa je potekala postopoma skozi sredino 20. stoletja.

Seizmični dokazi vključujejo prehode in odbitke potresnih faz (npr. PKP, PKiKP), ki kažejo obstoj ločilne površine med tekočim zunanjim in trdnim notranjim jedrom (t. i. notranjejedrna meja ali ICB). Poleg tega so zabeležene anizotropije (odvisnost hitrosti valov od smeri), ki nakazujejo usmerjeno urejenost kristalov ali heterogenost v notranjem jedru.

Razvoj, starost in vloga v notranjih procesih Zemlje

Notranje jedro nastaja postopoma z ohlajanjem Zemlje in kristalizacijo železa iz zgostega zunanjega jedra. Ocenjena starost notranjega jedra je predmet raziskav in negotovosti; pogoste ocene se gibljejo med 0,5 in 1,5 milijarde let. Pri strjevanju notranjega jedra se sproščata latentenčna toplota in lažji elementi, kar spodbuja konvekcijo v tekočem zunanjim jedru. Ta konvekcija skupaj z rotacijo planeta vzdržuje geodinamo, ki ustvarja Zemljino magnetno polje.

Nekatere sodobne študije kažejo, da se notranje jedro morda vrti nekoliko hitreje od skorje in plašča (fenomen, imenovan "super-rotacija"), poleg tega pa so opažene strukture, kot so vredne razlike med notranjim in "notranjim-notranjim" jedrom ter prostorska heterogenost hitrosti valov.

Metode študija in odprta vprašanja

Za preučevanje notranjega jedra se uporabljajo predvsem seizmološke metode (analiza potresnih valov), laboratorijske meritve pri visokem tlaku in temperaturi (diamond anvil cell, šokovni eksperimenti) ter numerične simulacije. Kljub napredku ostaja več odprtih vprašanj: natančna količina lažjih elementov v jedru, mikroskopska kristalna struktura, natančen temperaturni profil in zgodovina rasti jedra ter podrobnosti o njegovi dinamiki in interakciji z geodrivinim procesom.

Sklep: Notranje jedro je ključen, a še vedno delno skrivnosten del Zemlje. Čeprav vemo osnovne parametre (polmer ~1 220 km, zelo visoka gostota, tlak ~3,5 milijona atmosfer, zelo visoka temperatura in prevladujoča sestava železa in niklja), natančne fizikalne in kemične podrobnosti ter zgodovina razvoja jedra ostajajo predmet aktivnih raziskav.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je notranje jedro?

V: Kakšna je temperatura notranjega jedra?

V: Kakšen je polmer notranjega jedra?

V: Iz česa naj bi bilo sestavljeno notranje jedro?

V: Kdo in kako je odkril notranje jedro?

V: Kdaj je bil dokončno dokazan obstoj notranjega jedra?

V: Kakšen je tlak v Zemljinem notranjem jedru?

Išči po črki