Otwórz menu główne

Jądro Ziemi

centralna część wnętrza Ziemi
Budowa wnętrza Ziemi

Jądro Ziemi (barysfera, nife) – wewnętrzna część Ziemi.

Hipotezy o jego budowie i cechach fizyczno-chemicznych opierają się głównie na badaniu rozchodzenia się fal sejsmicznych podczas trzęsień ziemi.

Zgodnie z powszechnie przyjętymi poglądami jądro Ziemi jest kulą o promieniu 3470 km, masie 1,85·1024  kg i gęstości 9,6–18,5 g/cm³. Tworzy je stop niklu (Ni) i żelaza (Fe) (stąd dawniej używane określenie nife), być może z domieszką pierwiastków lekkich – krzemu, siarki i potasu. Uważa się, że występują w nim atomy pierwiastków ciężkich w stężeniu większym niż w płaszczu Ziemi.

Na podstawie badań sejsmologicznych w obrębie jądra wyróżniono trzy strefy: jądro zewnętrzne (nifesima), jądro wewnętrzne (nife) i położoną między nimi strefę przejściową (tzw. nieciągłość Lehmann).

Jądro zewnętrzne, o grubości ok. 2080 km, od płaszcza Ziemi oddziela nieciągłość Gutenberga. Jest ono płynne, a jego temperaturę szacuje się na 5500–6500 °C[1]. Jądro ma dużą przewodność elektryczną. W jądrze płynnym występują wielkoskalowe prądy konwekcyjne, unoszące silniej ogrzaną materię znajdującą się bliżej środka Ziemi wyżej (dalej od środka). W wyniku oddalania się od środka unosząca się porcja płynu zachowuje swój moment pędu, co odpowiada temu, że ma coraz mniejszą prędkość obrotową. Odwrotnie dzieje się z chłodniejszą substancją opadającą w kierunku środka Ziemi. Efekt zmiany kierunku ruchu unoszącej się i opadającej substancji można opisać jako efekt siły Coriolisa. A unosząca się i opadająca substancja tworzy wiry w większości kręcące się w płaszczyźnie obrotu Ziemi i w tę samą stronę.

Na skutek wyżej opisanego efektu oraz zmiennej prędkości obrotowej płaszcza ziemskiego, jądro wewnętrzne obraca się z inną prędkością niż płaszcz. Obecnie jądro wewnętrzne obraca się szybciej niż płaszcz Ziemi o około 0,3–0,5 stopnia rocznie.

Uważa się, że powstające uporządkowane wiry substancji przewodzącej prąd są przyczyną powstawania i utrzymywania pola magnetycznego Ziemi w zjawisku zwanym geodynamem, którego funkcjonowanie wyjaśnia magnetohydrodynamika zjawiskiem zwanym dynamem magnetohydrodynamicznym.

Jądro wewnętrzne (promień 1250 km), w odróżnieniu od zewnętrznego, wykazuje charakter ciała stałego o dużej sztywności. Odznacza się dużą gęstością, wzrastającą wraz z głębokością (podobnie jak ciśnienie i temperatura).

Ciśnienie jądra Ziemi wynosi ok. 13,5 mln atm[2].

Natężenie pola magnetycznego jest znacznie większe w jądrze Ziemi niż na jej powierzchni. Według obliczeń teoretycznych, przeciętne natężenie pola magnetycznego w jądrze zewnętrznym wynosi 25 gausów – 50 razy tyle co na powierzchni Ziemi[3].

Strefa przejściowa, zwana powierzchnią Lehmann, o stosunkowo niewielkiej grubości (ok. 140 km), według poglądów części uczonych stanowi strefę stopniowego przechodzenia od fazy ciekłej do stałej. Być może w strefie tej jądro wewnętrzne rozrasta się kosztem jądra zewnętrznego.

Alternatywne hipotezyEdytuj

Dawniej uważano, że jądro wewnętrzne może tworzyć żelazny monokryształ. Istnieje również koncepcja georeaktora, zaproponowana przez geochemika J. Marvina Herdona, mówiąca, że w centrum wewnętrznego jądra Ziemi znajduje się uran tworzący naturalny reaktor jądrowy, w którym uran ulega rozszczepieniu w reakcji łańcuchowej[4]. Hipoteza ta budzi jednak wiele kontrowersji i nie jest uznawana przez geofizykę[5], choć niewątpliwym jest, że uran i inne radioaktywne jądra rozpadają się, wydzielając ciepło i dając tym samym istotny wkład do bilansu cieplnego wnętrza Ziemi. Jest to jednak rozpad spontaniczny związany z nietrwałością ciężkich jąder, a nie wynik reakcji łańcuchowej.

PrzypisyEdytuj

  1. S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, G. Morard. Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction. „Science”. 340 n (6131), s. 464-466, 2013. DOI: 10.1126/science.1233514. PMID: 23620049. 
  2. Budowa wnętrza Ziemi, Edukator : Nowoczesny portal edukacyjny [dostęp 2019-03-27] (pol.).
  3. Moon and distant quasars facilitate first measurement of magnetic field in Earth’s core. W: Astronomy Magazine [on-line]. 2010-12-20. [dostęp 2015-01-29].
  4. Herndon,J. Marvin. Feasibility of a Nuclear Fission Reactor at the Center of the Earth as the Energy Source for the Geomagnetic Field. „Journal of Geomagnetism and Geoelectricity”. 45 (5), s. 423-437, 1993. DOI: 10.5636/jgg.45.423. 
  5. Schuiling, R.D.. Is there a Nuclear Reactor at the Center of the Earth?. „Earth Moon Planet”. 99 (1-4), s. 33-49, 2006. DOI: 10.1007/s11038-006-9108-4. 

Linki zewnętrzneEdytuj