V dvadsiatom storočí ľudstvo prostredníctvom mnohých štúdií odhalilo tajomstvo zemského vnútra, štruktúru zeme v kontexte spoznal každý školák. Pre tých, ktorí ešte nevedia, z čoho sa zem skladá, aké sú jej hlavné vrstvy, zloženie, ako sa volá najtenšia časť planéty, uvedieme množstvo významných faktov.
V kontakte s
Tvar a veľkosť planéty Zem
Na rozdiel od populárnej mylnej predstavy naša planéta nie je guľatá. Jeho tvar sa nazýva geoid a je to mierne sploštená guľa. Miesta, kde je zemeguľa stlačená, sa nazývajú póly. Os zemskej rotácie prechádza cez póly, naša planéta okolo nej urobí jednu otáčku za 24 hodín – pozemský deň.
V strede je planéta obklopená pomyselným kruhom rozdeľujúcim geoid na severnú a južnú pologuľu.
Okrem rovníka existujú meridiány - kruhy kolmá na rovník a prechádzajúca oboma pólmi. Jeden z nich, ktorý prechádza cez Greenwichské observatórium, sa nazýva nula - slúži ako referenčný bod pre geografickú zemepisnú dĺžku a časové pásma.
Medzi hlavné charakteristiky zemegule patria:
- priemer (km.): rovníkový - 12 756, polárny (v blízkosti pólov) - 12 713;
- dĺžka (km.) rovníka - 40 057, poludník - 40 008.
Naša planéta je teda akousi elipsou - geoidom, ktorý sa otáča okolo svojej osi a prechádza cez dva póly - severný a južný.
Strednú časť geoidu obklopuje rovník – kruh rozdeľujúci našu planétu na dve hemisféry. Ak chcete určiť, aký je polomer Zeme, použite polovičné hodnoty jej priemeru na póloch a rovníku.
A teraz o tom z čoho je zem akými škrupinami je pokrytá a čím sekčná štruktúra zeme.
Zemské škrupiny
Základné škrupiny zeme rozlíšené podľa ich obsahu. Keďže naša planéta je guľová, jej obaly, ktoré drží pohromade gravitácia, sa nazývajú gule. Ak sa pozriete na s trojica zeme v sekcii teda možno vidieť tri oblasti:
V poriadku(počnúc od povrchu planéty) sú umiestnené takto:
- Litosféra je pevný obal planéty vrátane minerálov vrstvy zeme.
- Hydrosféra – obsahuje vodné zdroje – rieky, jazerá, moria a oceány.
- Atmosféra - je škrupina vzduchu, ktorá obklopuje planétu.
Okrem toho sa rozlišuje aj biosféra, ktorá zahŕňa všetky živé organizmy, ktoré obývajú iné škrupiny.
Dôležité! Mnoho vedcov odkazuje obyvateľstvo planéty na samostatnú obrovskú škrupinu nazývanú antroposféra.
Zemské obaly – litosféra, hydrosféra a atmosféra – sa rozlišujú podľa princípu spájania homogénnej zložky. V litosfére je tvrdé skaly, pôda, vnútorný obsah planéty, v hydrosfére - to všetko, v atmosfére - všetok vzduch a iné plyny.
Atmosféra
Atmosféra je plynný obal jeho zloženie zahŕňa: , dusík, oxid uhličitý, plyn, prach.
- Troposféra - horná vrstva zeme, obsahujúca väčšinu zemského vzduchu a siahajúca od povrchu do výšky 8-10 (na póloch) do 16-18 km (na rovníku). V troposfére sa tvoria mraky a rôzne vzduchové hmoty.
- Stratosféra je vrstva, v ktorej je obsah vzduchu oveľa nižší ako v troposfére. Jeho priemerná hrúbka je 39-40 km. Táto vrstva začína na hornej hranici troposféry a končí vo výške asi 50 km.
- Mezosféra je vrstva atmosféry, ktorá sa rozprestiera vo výške 50-60 až 80-90 km nad zemského povrchu. Charakterizované stálym poklesom teploty.
- Termosféra – nachádza sa 200 – 300 km od povrchu planéty, sa od mezosféry líši nárastom teploty so stúpajúcou výškou.
- Exosféra – začína hornou hranicou ležiacou pod termosférou a postupne prechádza do vonkajší priestor, vyznačuje sa nízkym obsahom vzduchu, vysokým slnečným žiarením.
Pozor! V stratosfére vo výške asi 20-25 km je tenká vrstva ozónu, ktorá chráni všetok život na planéte pred škodlivými ultrafialové lúče. Bez nej by všetko živé veľmi skoro zahynulo.
Atmosféra je zemská škrupina, bez ktorej by život na planéte nebol možný.
Obsahuje vzduch potrebný na dýchanie živých organizmov, určuje vhodné poveternostné podmienky, chráni planétu pred negatívny vplyv slnečné žiarenie.
Atmosféru tvorí vzduch, vzduch tvorí približne 70 % dusíka, 21 % kyslíka, 0,4 % oxid uhličitý a iné vzácne plyny.
Okrem toho je v atmosfére vo výške asi 50 km dôležitá ozónová vrstva.
Hydrosféra
Hydrosféra sú všetky kvapaliny na planéte.
Táto škrupina podľa miesta vodné zdroje a stupeň ich slanosti zahŕňa:
- svetový oceán je obrovský priestor, ktorý zaberá slaná voda a zahŕňa štyri a 63 morí;
- povrchové vody kontinentov sú sladkovodné a príležitostne aj brakické vodné útvary. Delia sa podľa stupňa tekutosti na nádrže s tokom - rieky a nádrže so stojatou vodou - jazerá, rybníky, močiare;
- podzemná voda – sladká voda pod zemským povrchom. Hĺbka ich výskyt sa pohybuje od 1-2 do 100-200 a viac metrov.
Dôležité! Veľké množstvo sladká voda je momentálne vo forme ľadu – dnes v zónach permafrost v podobe ľadovcov, obrovských ľadovcov, trvalého netopiaceho sa snehu je tu asi 34 miliónov km3 zásob sladkej vody.
Hydrosféra je predovšetkým, zdroj čerstvého pitná voda, jeden z hlavných faktorov tvoriacich klímu. Vodné zdroje sa využívajú ako komunikačné prostriedky a objekty turistiky a rekreácie (rekreácie).
Litosféra
Litosféra je pevná ( minerál) vrstvy zeme. Hrúbka tejto škrupiny sa pohybuje od 100 (pod morom) do 200 km (pod kontinentmi). Litosféra zahŕňa zemskú kôru a vyššia časť plášť.
To, čo sa nachádza pod litosférou, je priamo vnútornou štruktúrou našej planéty.
Dosky litosféry pozostávajú hlavne z čadiča, piesku a hliny, kameňa a tiež z vrstvy pôdy.
Schéma štruktúry Zeme spolu s litosférou predstavujú tieto vrstvy:
- Zemská kôra - horné, pozostávajúce zo sedimentárnych, čadičových, metamorfovaných hornín a úrodná pôda. V závislosti od polohy existuje kontinentálna a oceánska kôra;
- plášť - je pod zemská kôra. Váži asi 67 %. celková hmotnosť planét. Hrúbka tejto vrstvy je asi 3000 km. Horná vrstva plášť je viskózny, leží v hĺbke 50-80 km (pod oceánmi) a 200-300 km (pod kontinentmi). Spodné vrstvy sú tvrdšie a hustejšie. Zloženie plášťa zahŕňa ťažké železné a niklové materiály. Procesy prebiehajúce v plášti určujú mnohé javy na povrchu planéty (seizmické procesy, sopečné erupcie, tvorba usadenín);
- Centrálna časť Zeme je jadro pozostávajúce z vnútornej pevnej a vonkajšej kvapalnej časti. Hrúbka vonkajšej časti je asi 2200 km, vnútorná 1300 km. Vzdialenosť od povrchu d o jadre zeme je to cca 3000-6000 km. Teplota v strede planéty je asi 5000 Cº. Podľa mnohých vedcov jadro pozemok podľa zložením je ťažká železo-niklová tavenina s prímesou ďalších prvkov podobnými vlastnosťami ako železo.
Dôležité! Medzi úzky kruh Vedci, okrem klasického modelu s poloroztaveným ťažkým jadrom, existuje aj teória, že v strede planéty sa nachádza vnútorné svietidlo, ktoré je zo všetkých strán obklopené pôsobivou vrstvou vody. Táto teória, okrem malého okruhu prívržencov vo vedeckej komunite, našla široký obeh v literatúre sci-fi. Príkladom je román V.A. Obruchev "Plutonia", ktorý rozpráva o expedícii ruských vedcov do dutiny vo vnútri planéty s vlastným malým svietidlom a o svete zvierat a rastlín vyhynutých na povrchu.
Taký obyčajný mapa zemskej štruktúry, vrátane zemskej kôry, plášťa a jadra, každý rok viac a viac zdokonaľované a rafinované.
Mnohé parametre modelu so zlepšením výskumných metód a príchodom nového vybavenia sa budú aktualizovať viackrát.
Napríklad, aby ste presne vedeli koľko kilometrov vonkajšej časti jadra, bude to trvať ďalšie roky vedeckého výskumu.
Na tento moment najhlbšia šachta v zemskej kôre, ktorú vykopal človek, má asi 8 kilometrov, takže štúdium plášťa a ešte viac jadra planéty je možné len v teoretickom kontexte.
Vrstvená štruktúra Zeme
Skúmame, z akých vrstiev sa Zem skladá vo vnútri
Záver
Po zvážení sekčná štruktúra zeme videli sme, aká zaujímavá a zložitá je naša planéta. Štúdium jeho štruktúry v budúcnosti pomôže ľudstvu pochopiť záhady prirodzený fenomén, umožní presnejšie predpovedať ničivé prírodné katastrofy, objaviť nové, zatiaľ nerozvinuté ložiská nerastných surovín.
Naša planéta Zem má vrstvenú štruktúru a skladá sa z troch hlavných častí: zemská kôra, plášť a jadro. Čo je stred zeme? Jadro. Hĺbka jadra je 2900 km a priemer je približne 3,5 tisíc km. Vnútri - obrovský tlak 3 milióny atmosfér a neuveriteľne vysoká teplota - 5000 ° C. Na to, aby zistili, čo je v strede Zeme, trvalo vedcom niekoľko storočí. Ani moderná technika nedokázala preniknúť hlbšie ako dvanásťtisíc kilometrov. Najhlbší vrt, ktorý sa nachádza na polostrove Kola, má hĺbku 12 262 metrov. Ďaleko od stredu zeme.
História objavenia zemského jadra
Jedným z prvých, kto hádal o prítomnosti jadra v strede planéty, bol koncom 18. storočia anglický fyzik a chemik Henry Cavendish. Pomocou fyzikálnych experimentov vypočítal hmotnosť Zeme a na základe jej veľkosti určil priemernú hustotu hmoty našej planéty - 5,5 g / cm3. Hustota známych hornín a minerálov v zemskej kôre sa ukázala byť približne dvakrát menšia. Z toho vyplynul logický predpoklad, že v strede Zeme je oblasť hustejšej hmoty - jadro.
V roku 1897 nemecký seizmológ E. Wiechert, študujúci prechod seizmologických vĺn vnútornými časťami Zeme, dokázal potvrdiť predpoklad o prítomnosti jadra. A v roku 1910 americký geofyzik B. Gutenberg určil hĺbku jeho polohy. Následne sa zrodili aj hypotézy o procese vzniku jadra. Predpokladá sa, že vznikla v dôsledku usadzovania ťažších prvkov do stredu a spočiatku bola látka planéty homogénna (plynná).
Z čoho je jadro vyrobené?
Je dosť ťažké študovať látku, ktorej vzorku nemožno získať, aby sme mohli študovať jej fyzikálne a chemické parametre. Vedci musia iba predpokladať prítomnosť určitých vlastností, ako aj štruktúru a zloženie jadra nepriamymi znakmi. Obzvlášť nápomocné pri štúdiu vnútornej stavby Zeme bolo štúdium šírenia seizmických vĺn. Seizmografy, umiestnené na mnohých miestach na povrchu planéty, zaznamenávajú rýchlosť a typy prechodu seizmických vĺn vznikajúcich z otrasov zemskej kôry. Všetky tieto údaje umožňujú posúdiť vnútorná štruktúra Zem vrátane jadra.
K dnešnému dňu vedci naznačujú, že centrálna časť planéty je heterogénna. Čo je v strede zeme? Časť susediaca s plášťom je tekuté jadro pozostávajúce z roztavenej hmoty. Podľa všetkého obsahuje zmes železa a niklu. Táto myšlienka viedla vedcov k štúdiu železných meteoritov, čo sú kúsky jadier asteroidov. Na druhej strane, získané zliatiny železa a niklu majú viac vysoká hustota než je odhadovaná hustota jadra. Preto mnohí vedci majú tendenciu predpokladať, že v strede Zeme, v jadre, sú aj ľahšie chemické prvky.
Prítomnosť tekutého jadra a rotácia planéty okolo vlastnej osi geofyziky vysvetľujú existenciu magnetické pole. Je známe, že elektromagnetické pole okolo vodiča vzniká pri pretekaní prúdu. Roztavená vrstva priliehajúca k plášťu slúži ako taký obrovský prúd nesúci vodič.
Vnútorná časť jadro je napriek teplote niekoľko tisíc stupňov pevná látka. Je to spôsobené tým, že tlak v strede planéty je taký vysoký, že horúce kovy sa stávajú pevnými. Niektorí vedci tvrdia, že pevné jadro pozostáva z vodíka, ktorý sa pod vplyvom neuveriteľného tlaku a obrovskej teploty stáva ako kov. Čo je teda stredom Zeme, ani geofyzici stále nevedia s istotou. Ak sa však na problém pozrieme z matematického hľadiska, môžeme povedať, že stred Zeme sa nachádza približne 6378 km. z povrchu planéty.
Po vhodení kľúčov do prúdu roztavenej lávy sa s nimi rozlúčte, lebo, kámo, sú všetko.
- Jack Handy
Pri pohľade na našu domovskú planétu môžete vidieť, že 70 % jej povrchu je pokrytých vodou.
Všetci vieme, prečo je to tak: pretože zemské oceány sa týčia nad skalami a bahnom, ktoré tvoria pevninu. Koncept vztlaku, v ktorom sa objekty s menšou hustotou vznášajú nad hustejšími objektmi, ktoré klesajú nižšie, vysvetľuje oveľa viac ako len oceány. 
Rovnaký princíp, ktorý vysvetľuje, prečo ľad pláva vo vode, héliový balón stúpa v atmosfére a kamene klesajú v jazere, vysvetľuje, prečo sú vrstvy planéty Zem usporiadané tak, ako sú.
Najmenej hustá časť Zeme, atmosféra, sa vznáša nad vodnými oceánmi, ktoré sa vznášajú nad zemskou kôrou, ktorá sedí nad hustejším plášťom, ktorý neklesá do najhustejšej časti Zeme: do jadra.
V ideálnom prípade by najstabilnejší stav Zeme bol taký, ktorý by bol v ideálnom prípade vrstvený, ako cibuľa, s najhustejšími prvkami v strede, a keď sa pohybujete smerom von, každá nasledujúca vrstva by pozostávala z menej hustých prvkov. A každé zemetrasenie vlastne posúva planétu k tomuto stavu.
A to vysvetľuje štruktúru nielen Zeme, ale všetkých planét, ak si pamätáte, odkiaľ tieto prvky pochádzajú.
Keď bol vesmír mladý - len niekoľko minút starý - existoval iba vodík a hélium. Vo hviezdach sa vytváralo stále viac ťažkých prvkov a až keď tieto hviezdy zomreli, ťažké prvky odišli do vesmíru a umožnili tak vznik nových generácií hviezd.
Ale tentoraz zmes všetkých týchto prvkov – nielen vodíka a hélia, ale aj uhlíka, dusíka, kyslíka, kremíka, horčíka, síry, železa a ďalších – tvorí nielen hviezdu, ale aj protoplanetárny disk okolo tejto hviezdy.
Tlak zvnútra von vo formujúcej sa hviezde vytláča ľahšie prvky von a gravitácia spôsobuje zrútenie nepravidelností v disku a vytváranie planét.
Kedy slnečná sústavaštyri vnútorný mier sú najhustejšie zo všetkých planét v systéme. Ortuť je tvorená najhustejšími prvkami, ktoré nedokázali udržať veľký počet vodík a hélium.
Iné planéty, hmotnejšie a vzdialenejšie od Slnka (a teda prijímajúce menej jeho žiarenia), dokázali pojať viac týchto ultraľahkých prvkov – tak vznikli plynní obri.
Vo všetkých svetoch, ako aj na Zemi, sú v priemere najhustejšie prvky sústredené v jadre, zatiaľ čo pľúca okolo neho vytvárajú postupne menej husté vrstvy.
Niet divu, že železo, najstabilnejší prvok a najťažší prvok vytvorený v veľké množstvá na hranici supernov a je tam najčastejší prvok zemského jadra. Ale možno bude prekvapujúce, že medzi tvrdé jadro a pevný plášť je tekutá vrstva hrubá viac ako 2000 km: vonkajšie jadro Zeme.
Zem má hrubú tekutú vrstvu obsahujúcu 30% hmotnosti planéty! A o jeho existencii sme sa dozvedeli pomerne dômyselnou metódou – vďaka seizmickým vlnám pochádzajúcim zo zemetrasení!
Pri zemetraseniach sa rodia seizmické vlny dvoch typov: hlavná tlaková vlna, známa ako P-vlna, prechádza pozdĺž pozdĺžnej dráhy.
A druhá šmyková vlna, známa ako S-vlna, podobná vlnám na hladine mora.
Seizmické stanice po celom svete sú schopné zachytiť P- a S-vlny, ale S-vlny neprechádzajú kvapalinou a P-vlny nielenže prechádzajú kvapalinou, ale sa aj lámu!
V dôsledku toho možno pochopiť, že Zem má tekuté vonkajšie jadro, mimo ktorého je pevný plášť, a vo vnútri - pevné vnútorné jadro! To je dôvod, prečo zemské jadro obsahuje najťažšie a najhustejšie prvky, a tak vieme, že vonkajšie jadro je tekutá vrstva.
Ale prečo je vonkajšie jadro tekuté? Ako všetky prvky, aj stav železa, či už tuhého, kvapalného, plynného alebo iného, závisí od tlaku a teploty železa.
Železo je zložitejší prvok ako mnohé, ktoré poznáte. Samozrejme, môže mať rôzne kryštalické pevné látky, ako ukazuje graf, ale to nás nezaujíma normálne tlaky. Zostupujeme do zemského jadra, kde sú tlaky miliónkrát vyššie ako na hladine mora. A ako vyzerá fázový diagram pre také vysoké tlaky?
Krása vedy je v tom, že aj keď nemáte hneď odpoveď na otázku, je pravdepodobné, že to už niekto urobil. správny výskum kde nájdete odpoveď! V tomto prípade Ahrens, Collins a Chen v roku 2001 našli odpoveď na našu otázku.
A hoci diagram ukazuje gigantické tlaky až 120 GPa, je dôležité si uvedomiť, že tlak atmosféry je len 0,0001 GPa, pričom vo vnútornom jadre dosahujú tlaky 330-360 GPa. Horná plná čiara ukazuje hranicu medzi roztaveným železom (hore) a pevným železom (dole). Všimli ste si, ako plná čiara na samom konci prudko stúpa nahor?
Aby sa železo roztavilo pri tlaku 330 GPa, je potrebná obrovská teplota, porovnateľná s tou, ktorá panuje na povrchu Slnka. Rovnaké teploty pri nižších tlakoch ľahko udržia železo v tekutom stave, a pri vyššej - v pevnom. Čo to znamená z hľadiska zemského jadra?
To znamená, že keď sa Zem ochladzuje, jej vnútorná teplota klesá, pričom tlak zostáva nezmenený. To znamená, že počas formovania Zeme bolo s najväčšou pravdepodobnosťou celé jadro tekuté a keď sa ochladzuje, vnútorné jadro rastie! A keďže pevné železo má vyššiu hustotu ako tekuté železo, Zem sa pomaly zmenšuje, čo vedie k zemetraseniam!
Takže zemské jadro je tekuté, pretože je dostatočne horúce na roztavenie železa, ale iba v oblastiach, kde je dostatočne nízky tlak. Ako Zem starne a ochladzuje sa, čoraz viac jadra sa stáva pevným, a tak sa Zem trochu zmenšuje!
Ak sa chceme pozrieť do ďalekej budúcnosti, môžeme očakávať rovnaké vlastnosti, aké sú pozorované u Merkúra.
Ortuť sa pre svoju malú veľkosť už výrazne ochladila a stiahla a má trhliny dlhé stovky kilometrov kvôli potrebe kontrakcie v dôsledku ochladzovania.
Prečo má teda Zem tekuté jadro? Lebo ešte nevychladla. A každé zemetrasenie je malou aproximáciou Zeme do konečného, ochladeného a pevného skupenstva skrz naskrz. Ale nebojte sa, Slnko vybuchne už dávno predtým a všetci, ktorých poznáte, budú ešte veľmi dlho mŕtvi.
Po vhodení kľúčov do prúdu roztavenej lávy sa s nimi rozlúčte, lebo, kámo, sú všetko.
- Jack Handy
Pri pohľade na našu domovskú planétu môžete vidieť, že 70 % jej povrchu je pokrytých vodou.
Všetci vieme, prečo je to tak: pretože zemské oceány sa týčia nad skalami a bahnom, ktoré tvoria pevninu. Koncept vztlaku, v ktorom sa objekty s menšou hustotou vznášajú nad hustejšími objektmi, ktoré klesajú nižšie, vysvetľuje oveľa viac ako len oceány.
Rovnaký princíp, ktorý vysvetľuje, prečo ľad pláva vo vode, héliový balón stúpa v atmosfére a kamene klesajú v jazere, vysvetľuje, prečo sú vrstvy planéty Zem usporiadané tak, ako sú.
Najmenej hustá časť Zeme, atmosféra, sa vznáša nad vodnými oceánmi, ktoré sa vznášajú nad zemskou kôrou, ktorá sedí nad hustejším plášťom, ktorý neklesá do najhustejšej časti Zeme: do jadra.
V ideálnom prípade by najstabilnejší stav Zeme bol taký, ktorý by bol v ideálnom prípade vrstvený, ako cibuľa, s najhustejšími prvkami v strede, a keď sa pohybujete smerom von, každá nasledujúca vrstva by pozostávala z menej hustých prvkov. A každé zemetrasenie vlastne posúva planétu k tomuto stavu.
A to vysvetľuje štruktúru nielen Zeme, ale všetkých planét, ak si pamätáte, odkiaľ tieto prvky pochádzajú.
Keď bol vesmír mladý - len niekoľko minút starý - existoval iba vodík a hélium. Vo hviezdach sa vytváralo stále viac ťažkých prvkov a až keď tieto hviezdy zomreli, ťažké prvky odišli do vesmíru a umožnili tak vznik nových generácií hviezd.
Ale tentoraz zmes všetkých týchto prvkov – nielen vodíka a hélia, ale aj uhlíka, dusíka, kyslíka, kremíka, horčíka, síry, železa a ďalších – tvorí nielen hviezdu, ale aj protoplanetárny disk okolo tejto hviezdy.
Tlak zvnútra von vo formujúcej sa hviezde vytláča ľahšie prvky von a gravitácia spôsobuje zrútenie nepravidelností v disku a vytváranie planét.
V prípade slnečnej sústavy sú štyri vnútorné svety najhustejšie zo všetkých planét v sústave. Ortuť sa skladá z najhustejších prvkov, ktoré nedokázali udržať veľké množstvo vodíka a hélia.
Iné planéty, hmotnejšie a vzdialenejšie od Slnka (a teda prijímajúce menej jeho žiarenia), dokázali pojať viac týchto ultraľahkých prvkov – tak vznikli plynní obri.
Vo všetkých svetoch, ako aj na Zemi, sú v priemere najhustejšie prvky sústredené v jadre, zatiaľ čo pľúca okolo neho vytvárajú postupne menej husté vrstvy.
Nie je prekvapením, že železo, najstabilnejší prvok a najťažší prvok vytvorený vo veľkých množstvách na okraji supernovy, je najrozšírenejším prvkom v zemskom jadre. Ale možno prekvapivo medzi pevným jadrom a pevným plášťom leží tekutá vrstva hrubá viac ako 2000 km: vonkajšie jadro Zeme.
Zem má hrubú tekutú vrstvu obsahujúcu 30% hmotnosti planéty! A o jeho existencii sme sa dozvedeli pomerne dômyselnou metódou – vďaka seizmickým vlnám pochádzajúcim zo zemetrasení!
Pri zemetraseniach sa rodia seizmické vlny dvoch typov: hlavná tlaková vlna, známa ako P-vlna, prechádza pozdĺž pozdĺžnej dráhy.
A druhá šmyková vlna, známa ako S-vlna, podobná vlnám na hladine mora.
Seizmické stanice po celom svete sú schopné zachytiť P- a S-vlny, ale S-vlny neprechádzajú kvapalinou a P-vlny nielenže prechádzajú kvapalinou, ale sa aj lámu!
V dôsledku toho možno pochopiť, že Zem má tekuté vonkajšie jadro, mimo ktorého je pevný plášť, a vo vnútri - pevné vnútorné jadro! To je dôvod, prečo zemské jadro obsahuje najťažšie a najhustejšie prvky, a tak vieme, že vonkajšie jadro je tekutá vrstva.
Ale prečo je vonkajšie jadro tekuté? Ako všetky prvky, aj stav železa, či už tuhého, kvapalného, plynného alebo iného, závisí od tlaku a teploty železa.
Železo je zložitejší prvok ako mnohé, ktoré poznáte. Samozrejme, môže mať rôzne kryštalické pevné látky, ako ukazuje graf, ale obyčajné tlaky nás nezaujímajú. Zostupujeme do zemského jadra, kde sú tlaky miliónkrát vyššie ako na hladine mora. A ako vyzerá fázový diagram pre také vysoké tlaky?
Krása vedy je v tom, že aj keď nemáte okamžite odpoveď na otázku, je pravdepodobné, že niekto už urobil správny výskum, v ktorom nájdete odpoveď! V tomto prípade Ahrens, Collins a Chen v roku 2001 našli odpoveď na našu otázku.
A hoci diagram ukazuje gigantické tlaky až 120 GPa, je dôležité si uvedomiť, že tlak atmosféry je len 0,0001 GPa, pričom vo vnútornom jadre dosahujú tlaky 330-360 GPa. Horná plná čiara ukazuje hranicu medzi roztaveným železom (hore) a pevným železom (dole). Všimli ste si, ako plná čiara na samom konci prudko stúpa nahor?
Aby sa železo roztavilo pri tlaku 330 GPa, je potrebná obrovská teplota, porovnateľná s tou, ktorá panuje na povrchu Slnka. Rovnaké teploty pri nižších tlakoch ľahko udržia železo v kvapalnom stave a pri vyšších tlakoch v pevnom stave. Čo to znamená z hľadiska zemského jadra?
To znamená, že keď sa Zem ochladzuje, jej vnútorná teplota klesá, pričom tlak zostáva nezmenený. To znamená, že počas formovania Zeme bolo s najväčšou pravdepodobnosťou celé jadro tekuté a keď sa ochladzuje, vnútorné jadro rastie! A keďže pevné železo má vyššiu hustotu ako tekuté železo, Zem sa pomaly zmenšuje, čo vedie k zemetraseniam!
Takže zemské jadro je tekuté, pretože je dostatočne horúce na roztavenie železa, ale iba v oblastiach, kde je dostatočne nízky tlak. Ako Zem starne a ochladzuje sa, čoraz viac jadra sa stáva pevným, a tak sa Zem trochu zmenšuje!
Ak sa chceme pozrieť do ďalekej budúcnosti, môžeme očakávať rovnaké vlastnosti, aké sú pozorované u Merkúra.
Ortuť sa pre svoju malú veľkosť už výrazne ochladila a stiahla a má trhliny dlhé stovky kilometrov kvôli potrebe kontrakcie v dôsledku ochladzovania.
Prečo má teda Zem tekuté jadro? Lebo ešte nevychladla. A každé zemetrasenie je malou aproximáciou Zeme do konečného, ochladeného a pevného skupenstva skrz naskrz. Ale nebojte sa, Slnko vybuchne už dávno predtým a všetci, ktorých poznáte, budú ešte veľmi dlho mŕtvi.
V akom nepamäti sa to stalo? Všetky tieto otázky už dlho trápia ľudstvo. A mnohí vedci chceli rýchlo zistiť, čo je tam v hĺbke? Ukázalo sa však, že študovať toto všetko nie je také ľahké. Veď aj dnes, keď má ľudstvo všetky moderné prístroje na vykonávanie najrôznejších výskumov, je schopné vŕtať studne do útrob len nejakých pätnásť kilometrov – nie viac. A pre plnohodnotné a komplexné experimenty by mala byť potrebná hĺbka rádovo väčšia. Vedci preto musia vypočítať, ako sa vytvorilo zemské jadro pomocou rôznych vysoko presných prístrojov.
Skúmanie Zeme
Od staroveku ľudia študovali skaly, nahý prirodzeným spôsobom. Útesy a svahy hôr, strmé brehy riek a morí... Tu môžete na vlastné oči vidieť to, čo existovalo pravdepodobne pred miliónmi rokov. A v niektorých vhodné miesta vŕtajú sa studne. Jeden z nich - vo svojej hĺbke - pätnásťtisíc metrov. Bane, pre ktoré sa ľudia prelamujú, tiež pomáhajú študovať vnútorné jadro, samozrejme, nemôžu ho „dostať“. Ale na druhej strane z týchto baní a vrtov môžu vedci extrahovať vzorky hornín, pričom sa týmto spôsobom dozvedia o ich zmene a pôvode, štruktúre a zložení. Nevýhodou týchto metód je, že sú schopné skúmať len pevninu a iba vrchnú časť zemskej kôry.
Rekreačné podmienky v jadre Zeme
Ale geofyzika a seizmológia, veda o zemetraseniach a geologickom zložení planéty, pomáhajú vedcom prenikať hlbšie a hlbšie bez kontaktu. Štúdiom seizmických vĺn a ich šírenia sa ukazuje, z čoho pozostáva plášť aj jadro (podobne sa to určuje napr. aj pri zložení padnutých meteoritov). Takéto poznatky sú založené na prijatých údajoch – nepriamych – o fyzikálne vlastnosti látok. Aj dnes je štúdium uľahčené modernými údajmi získanými z umelé satelity na obežnej dráhe.
Štruktúra planéty
Vedcom sa podarilo po zhrnutí získaných údajov pochopiť, že štruktúra Zeme je zložitá. Skladá sa minimálne z troch nerovnakých častí. V strede je malé jadro, ktoré je obklopené obrovským plášťom. Plášť zaberá asi päť šestín z celkového počtu zemegule. A zhora je všetko pokryté pomerne tenkou vonkajšou kôrou Zeme.
Štruktúra jadra
Jadrom je centrálna, stredná časť. Je rozdelená na niekoľko vrstiev: vnútornú a vonkajšiu. Podľa väčšiny moderných vedcov je vnútorné jadro pevné a vonkajšie je tekuté (je v roztavenom stave). A jadro je veľmi ťažké: váži viac ako tretinu hmotnosti celej planéty s objemom niečo vyše 15. V jadre je dosť vysoká teplota, pohybuje sa od 2000 do 6000 stupňov Celzia. Podľa predpokladov vedy stred Zeme pozostáva hlavne zo železa a niklu. Polomer tohto ťažkého segmentu je 3470 kilometrov. A jeho plocha je asi 150 miliónov štvorcových kilometrov, čo sa približne rovná ploche všetkých kontinentov na povrchu Zeme.
Ako vzniklo zemské jadro?
O jadre našej planéty je veľmi málo informácií a možno ich získať len nepriamo (neexistujú žiadne vzorky horninového jadra). Teórie o tom, ako sa vytvorilo jadro Zeme, sa preto dajú vyjadriť len hypoteticky. História Zeme je stará miliardy rokov. Väčšina vedcov sa drží teórie, že na začiatku sa planéta formovala ako pomerne homogénna. Proces izolácie jadra začal neskôr. A jeho zloženie je nikel a železo. Ako vzniklo zemské jadro? Tavenina týchto kovov postupne klesala do stredu planéty a vytvárala jadro. Bolo to spôsobené viac špecifická hmotnosť roztopiť.
Alternatívne teórie
Nájdu sa aj odporcovia tejto teórie, ktorí prinášajú svoje, celkom rozumné argumenty. Po prvé, títo vedci spochybňujú prechod zliatiny železa a niklu do stredu jadra (a to je viac ako 100 kilometrov). Po druhé, ak predpokladáme uvoľňovanie niklu a železa z kremičitanov podobných meteorickým, potom by mala nastať zodpovedajúca redukčná reakcia. To by malo byť sprevádzané uvoľňovaním obrovského množstva kyslíka Atmosférický tlak niekoľko stotisíc atmosfér. A neexistujú žiadne dôkazy o existencii takejto atmosféry v minulosti Zeme. Preto boli predložené teórie o počiatočnom vytvorení jadra počas formovania celej planéty.
V roku 2015 dokonca vedci z Oxfordu navrhli teóriu, podľa ktorej jadro planéty Zem pozostáva z uránu a má rádioaktivitu. To nepriamo dokazuje jednak takú dlhú existenciu magnetického poľa v blízkosti Zeme, ako aj fakt, že v súčasnosti naša planéta vyžaruje oveľa viac tepla, ako predpokladali doterajšie vedecké hypotézy.
