Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Różne > Nowinka z dn. 10-09-2001  
 Jesteś tutaj
nowinka:
W czeluściach piekielnych...
autor:
Jarosław Włodarczyk
z dnia:
10-09-2001





W czeluściach piekielnych...
Ciśnienie przewyższające miliony razy ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi, temperatura sięgająca 6000 stopni - aż trudno uwierzyć, że to fizyczne piekło mamy pod stopami. A jednak tak wygląda najgłębsze wnętrze naszej planety. Z grubsza, bo wciąż skrywa przed nami wiele ze swych tajemnic. Ale uczeni się nie poddają. W "Nature" z 6 września 2001 r. ukazały się dwie prace, które tłumaczą pewne zadziwiające własności ziemskiego jądra.

To zdumiewające, ale najbardziej wewnętrzne obszary naszej planety - ziemskie jądro - stanowią dla nas zagadkę nie mniejszą (a pod pewnymi względami nawet większą) niż jądro Słońca lub wnętrza innych gwiazd.

Oto jak wyobrażamy sobie budowę Ziemi. My chodzimy po najbardziej zewnętrznej warstwie planety - skorupie kontynentalnej, której grubość nie przekracza 70 km (skorupa oceaniczna, jak łatwo się domyślić, "wyściełająca" dno oceanów, ma znacznie mniejszą grubość około 8 km). Skorupa to naskórek litosfery - chłodnej, sztywnej warstwy o grubości mniej więcej 100 km - która spoczywa na gorącym płaszczu. Płaszcz można sobie wyobrazić jako wielki gar z nieustannie gotującą się magmą. Ale to nie jest jeszcze najbardziej piekielne miejsce w ziemskim globie. Poniżej płaszcza tkwi żelazo-niklowe jądro Ziemi. Ze względu na stan tworzącej je materii wyróżniamy jądro zewnętrzne o grubości około 2260 km, które otacza jądro wewnętrzne o promieniu sięgającym 1230 km. Jądro zewnętrzne tworzy ciekła materia o temperaturze ponad 4000 stopni, dobrze przewodząca elektryczność. Ruchom materii jądra zewnętrznego przypisuje się moc generowania ziemskiego pola magnetycznego, które na powierzchni odchyla igły kompasów. Jądro wewnętrzne jest ciałem stałym, w którym w temperaturze ponad 6000 stopni i pod ciśnieniem przekraczającym 300 gigapaskali materia osiąga gęstość 16-18 razy większą od gęstości wody. Tak w skrócie wygląda podróż do wnętrza Ziemi.

Pojęcie o wewnętrznej strukturze naszego globu zawdzięczamy w dużej mierze badaniom rozchodzenia się w nim fal sejsmicznych. To, w jakich kierunkach się rozprzestrzeniają i z jaką prędkością biegną przez różne części Ziemi, niesie wiele ciekawych informacji. I wiele zagadek. W ten właśnie sposób odkryto, że pewien rodzaj fal sejsmicznych nie przenika głębiej niż jakieś 2900 km pod powierzchnię naszej planety, co świadczy o istnieniu ciekłego jądra zewnętrznego. Badając inny rodzaj fal sejsmicznych, uczeni stanęli przed zagadką: wędrując przez jądro w kierunku północ-południe (wzdłuż osi obrotu Ziemi), miały one większą prędkość niż wówczas, gdy przemieszczały się w płaszczyźnie ziemskiego równika (prostopadle do osi obrotu planety). Co więcej, im bardziej fale te zagłębiały się w jądro wewnętrzne, tym większa robiła się różnica prędkości ich propagacji w zależności od kierunku.

Rozwiązanie tej zagadki utrudniają piekielne warunki, w jakich znajdują się w jądrze Ziemi atomy żelaza i niklu. Niełatwo jest poddać takiej próbie materię na powierzchni planety - czy to w laboratorium, czy nawet na drodze obliczeń teoretycznych. Urządzenia laboratoryjne nie wytrzymują, obliczenia zaś robią się za skomplikowane. Do czasu. Oto dwóm zespołom uczonych udało się, wykorzystując metody mechaniki kwantowej i fizyki statystycznej, odtworzyć zachowanie atomów żelaza w ekstremalnych warunkach ziemskiego jądra.

Teoria wewnętrznego jądra Ziemi zakłada, że uwięzione w nim żelazo tworzy strukturę krystaliczną, opartą na przestrzennym wzorze, który przypomina prostopadłościan o podstawie sześciokąta foremnego. G. Steinle-Neumann i współpracownicy, autorzy pierwszej z opublikowanych w "Nature" prac, potrafili wykazać, że w warunkach tam panujących fale sejsmiczne powinny poruszać się mniej więcej 12% szybciej w poprzek takiej struktury krystalicznej (równolegle do płaszczyzn sześciokątów) niż wzdłuż. Poza tym z ich obliczeń wynika, że aby wytłumaczyć wyniki obserwacji fal sejsmicznych, wystarczy przyjąć, iż około 30% kryształów żelaza powinno ustawić się wzdłuż osi obrotu Ziemi. Czy istnieje jednak jakiś powód, by co trzeci kryształ zachowywał się w ten sposób. Mechanizm taki proponuje druga z prac przedstawionych w "Nature" 6 września 2001 r. Jej autorzy, B. A. Buffett i H.-R. Wenk, pokazują, że taką porządkującą rolę odgrywają siły elektromagnetyczne, generowane w ciekłym jądrze zewnętrznym.

Jarosław Włodarczyk
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach