Vidinis Žemės branduolys: apibrėžimas, sandara, sudėtis ir temperatūra

Sužinokite viską apie Vidinį Žemės branduolį: sandarą, geležies‑nikelio sudėtį, milžinišką slėgį ir ~5700 K temperatūrą bei atradimo istoriją.

Vidinis branduolys yra pats Žemės centras ir karščiausia planetos dalis. Pagal seismologinių tyrimų duomenis, tai daugiausia kietas rutulys, kurio spindulys yra apie 1220 km (760 mylių). Manoma, kad jį daugiausia sudaro geležies ir nikelio lydinys, o jo temperatūra yra maždaug tokia pati kaip Saulės paviršiaus: apie 5700 K (5400 °C).

Vidinį branduolį 1929 m., naudodamasis seismologiniais metodais, atrado Inge Lehmannas. Lehmanas tyrė didelį žemės drebėjimą Naujojoje Zelandijoje. Žemės drebėjimas sukelia virpesius, kurie juda Žemės viduje. Atrodė, kad Lehmano tirti virpesiai juda per kažką kieto planetos centre. Ji tai pavadino vidiniu branduoliu. Apie tai ji rašė daugelį metų, tačiau jo egzistavimas buvo įrodytas tik 1970 metais.

Vidinis branduolys yra daugiau kaip 5000 km po Žemės paviršiumi. Vidiniame Žemės branduolyje slėgis yra apie 3 500 000 atmosferų. Geležis gali būti kieta tik tokioje aukštoje temperatūroje, nes jos lydymosi temperatūra tokiame slėgyje smarkiai padidėja.

Sandara ir dydis

Vidinis branduolys yra centrinė Žemės dalis — kietas rutulys, kurio spindulys apie 1220 km. Kadangi Žemės spindulys yra apie 6371 km, vidinio branduolio paviršius (t. y. vidaus branduolio riba) yra maždaug 5150–5160 km gylyje po paviršiumi. Jį juosia skystasis išorinis branduolys; ta riba vadinama vidinio branduolio riba (ICB – inner core boundary).

Sudėtis

Pagrindinė vidinio branduolio sudedamoji dalis yra geležies ir nikelio lydinys, tačiau seismologiniai ir laboratoriniai tyrimai rodo, kad jame taip pat gali būti ir lengvųjų elementų (sieros, deguonies, silicio, anglies ar vandenilio) priemaišų. Dėl milžiniškų slėgių geležis kristalizuojasi į tankią, kietą struktūrą (greičiausiai heksagoninį artimiausiu priartėjimu kristalinį tinklą), todėl seismologiniai bangų greičiai vidiniame branduolyje skiriasi nuo likusios Žemės vidinių sluoksnių.

Temperatūra ir slėgis

Temperatūros vertinimai vidiniame branduolyje svyruoja, tačiau dažnai nurodomas dydis apie ~5000–7000 K (dažnai minima maždaug 5700 K, palyginant su Saulės fotosfera). Slėgis centre siekia šimtus gigapaskalių — maždaug 3,5 milijono atmosferų (anksčiau tekste nurodytas skaičius). Tokie aukšti slėgiai pakelia lydymosi temperatūrą, todėl medžiaga lieka kieta, nors temperatūra yra labai aukšta.

Tyrimo metodai ir atradimas

Vidinio branduolio egzistavimas buvo nustatytas per seismologinius stebėjimus: žemės drebėjimai sukelia P (ilgosios) ir S (skersines) bangas, kurios keliauja per planetos vidų. S bangos neplinta skystyje, todėl išorinio branduolio skystis sukelia tam tikrus bangų atspindžius ir konversijas. Inge Lehmann, analizuodama 1929 m. įvykusį žemės drebėjimą ir vėlesnius duomenis, 1936 m. pasiūlė, kad centrinėje Žemės dalyje turi būti atskira kieta sritis, kitaip paaiškinti tam tikrus P bangų stebėjimus neįmanoma. Vėlesni dešimtmečiai ir moderni seismologija (tinklai, tomografija, PKIKP ir kiti specialūs bangų tipai) suteikė vis tikslesnių įrodymų ir detalizavo vidinio branduolio struktūrą.

Dinaminės savybės ir neatitikimai

Seisminiai tyrimai atskleidžia, kad vidinis branduolys nėra visiškai vienodas: pastebima seisminė >anizotropija — bangų greitis skirtingomis kryptimis kinta, greičiausias dažnai yra maždaug paraleliai su Žemės sukimosi ašimi. Taip pat yra duomenų, kad vidinis branduolys gali suktis truputį skirtingu greičiu nei planeta kaip visuma (vadinama diferencialine arba „super-rotation“), tačiau tiksli jo dinamika ir sukimasis vis dar tiriami ir nėra visiškai aiškūs.

Reikšmė Žemės evoliucijai ir magnetiniam laukui

Vidinio branduolio kristalizacija iš skystojo išorinio branduolio laisvina latentą šilumą ir išstumia lengvesnius elementus į išorinį branduolį. Šie procesai skatina išorinį branduolio konvekciją, kuri kartu su planetos sukimu sukuria geodinaminį procesą, palaikantį Žemės magnetinį lauką (geodiną). Todėl vidinio branduolio augimas turi svarbią reikšmę planetos terminei ir magnetinei evoliucijai.

Atviri klausimai

Nors pagrindiniai faktai apie vidinį branduolį yra žinomi, lieka neatsakytų klausimų: tikslus cheminis sudėtis (kiek ir kokių lengvųjų elementų yra), vidinio branduolio amžius (vertinimai svyruoja — dažnai minima intervale ~0,5–1,5 mlrd. metų) ir detalios dinamikos mechanizmai. Tolimesni seismologiniai tyrimai, laboratoriniai bandymai didelio slėgio sąlygomis bei geofizikinės modelių tobulinimas padės šiuos klausimus aiškinti toliau.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra vidinis branduolys?

K: Kokia yra vidinio branduolio temperatūra?

K: Koks yra vidinio branduolio spindulys?

K: Iš ko, manoma, sudarytas vidinis branduolys?

K: Kas ir kaip atrado vidinį branduolį?

K: Kada galutinai buvo įrodytas vidinio branduolio egzistavimas?

K: Koks slėgis yra vidiniame Žemės branduolyje?

Paieška pagal raidę