Vědci vytvořili pekelné podmínky vnějšího jádra Země  
Vnější jádro naší planeta tvoří převážně kapalné železo s niklem. Je stlačené na 135 až 330 gigapascalů, čili 1,35 až 3,3 milionů atmosfér, a nažhavené na 4 až 5 tisíc kelvinů. Právě takové podmínky nedávno napodobili vědci s výkonnými lasery a prozkoumali chování železa za těchto podmínek.
Laboratorní hrátky s tlakem a teplotou. Kredit: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory.
Laboratorní hrátky s tlakem a teplotou. Kredit: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory.

V hloubce asi 2 890 kilometrů pod našima nohama se nachází hranice vnějšího jádra planety. Je to masivní vrstva kapalné hmoty, tvořené především železem a niklem, jejíž tloušťka je asi 2 400 kilometrů. Ve svém nitru ukrývá vnitřní jádro, které je pevné a představuje střed planety.

 

Ve vnitřním jádru panují spíše astrofyzikální než pozemské podmínky. Tlak se tam pohybuje kolem 330 až 360 gigapascalů, čili 3,3 až 3,6 milionů atmosfér, zatímco teplota dosahuje až asi 5 700 K, což odpovídá povrchu Slunce. Že vlastně chodíme po Slunci, by asi tušil jen málokdo.

Sébastien Merkel. Kredit: Université de Lille.
Sébastien Merkel. Kredit: Université de Lille.

 

Pokud jde o vnější jádro, tak tam jsou podmínky jen o něco méně pekelné. Hmotu drtí tlak 135 až 330 gigapascalů a teplota ji žhaví na 4 až 5 tisíc kelvinů. Právě takové podmínky nedávno v laboratoři napodobil tým, který vedl fyzik Sébastien Merkel z francouzské Université de Lille. Nedělali to pochopitelně jen tak pro zábavu. Snaží se o pochopení hlubin Země, které jsou pro nás vlastně exotičtější než cizí planety nebo hvězdy. V tomto konkrétním případě je rovněž zajímalo chování železa v uvedených podmínkách, především jeho strukturální deformace.

 

Železo za běžných podmínek krystalizuje v krychlové soustavě. Za extrémních tlaků vytváří krystaly v šesterečné (hexagonální) soustavě. Merkel a spol. zjišťovali, co se bude dít za ještě větších tlaků a za vysokých teplot, jako ve vnějším jádru. Badatelé si zašli do laboratoří SLAC National Accelerator Laboratory a tam pracovali se dvěma lasery. Optickým laserem pálili do mikroskopického vzorku železa, čímž vytvořili podmínky vnějšího jádra, konkrétně tlak 187 gigapascalů a teplotu 4 070 kelvinů.

 

Krystaly železa za extrémních podmínek. Vpravo dvojčatění. Kredit. S. Merkel/University of Lille, France.
Krystaly železa za extrémních podmínek. Vpravo dvojčatění. Kredit. S. Merkel/University of Lille, France.

Druhou a rozhodně náročnější částí bylo měřit atomární strukturu takto trápeného železa. Vědci k tomu použili rentgenový laser (Linac Coherent Light Source (LCLS) X-ray free-electron laser), s jehož pomocí mohli proměřit studovaný kousíček železa za miliardtinu sekundy. Z výsledných snímků zjistili, že krystaly železa reagují na ultraextrémní podmínky dvojčatěním (crystal twinning), tedy vznikem krystalů, které sdílejí část povrchu.

 

Výsledky výzkumu jsou velmi zajímavé pro geology, kteří modelují strukturu a chování hlubin Země i dalších vesmírných těles. Mají rovněž značný význam pro pochopení vesmírných srážek a dalších podobných jevů. Některé z modelů a hypotéz teď bude možné vyloučit. Pro nás ostatní je to exotický výlet do extrémních končin, které leží hluboko pod námi.

 

Literatura

Science Alert 12. 11. 2021.

Physical Review Letters 127: 205501.

Datum: 13.11.2021
Tisk článku

Související články:

Ve vnějším jádru Země teče obrovská řeka roztaveného železa     Autor: Stanislav Mihulka (27.12.2016)
Hlubiny Země skrývají ohromný poklad diamantů. Ale je nepřístupný     Autor: Stanislav Mihulka (17.07.2018)
Nový výzkum potvrzuje, že vnitřní jádro Země je pevné, i když ne zase moc     Autor: Stanislav Mihulka (24.10.2018)
Ze zemského jádra unikají těžké izotopy železa     Autor: Stanislav Mihulka (17.04.2020)



Diskuze:

Teorie

Pavel- Piskač,2021-11-15 07:34:22

Hm, ty názory o jádru jsou asi jen neověřitelné teorie. Kdosi cosi spočítal a ono se tomu věří.
Pokud mám pravdu, pak je třeba se vyjadřovat přesně - tedy pomocí slov ASI, MOHOU, SE DOMNÍVÁME, ...

Odpovědět


Re: Teorie

Josef Hrncirik,2021-11-15 20:50:24

DOMNÍVÁME SE, že ASI se MOHOU zajímat o chování ocelového pancíře při pokusu o perforaci Armaty.

Odpovědět

Tlak ve stredu zeme

Petr Bartoš,2021-11-14 06:42:47

Mohu se nekoho seriozne zeptat co zpusobuje tak veliky tlak ve stredu zeme? Ve stredu zeme preci gravitacni sila musi byt v rovnovaze a tudiz v podstate neco jako stav bez tize. Cim je tedy ten tlak zpusoben?

Odpovědět


Re: Tlak ve stredu zeme

Vladimír Pýcha,2021-11-14 08:57:20

Máte pravdu v tom, že v samotném středu Země se gravitace z opačných směrů vyruší a je tedy nulová.
Tlak je tam ale nejvyšší, protože i hmota na opačných stranách Zeměkoule se snaží přitáhnout k sobě a tlak se nevyrušuje, ale sčítá. Nemáte tam místnost, která by Vás izolovala od okolního tlaku, nehledě na teplotu, která by stavební materiál nejspíš roztavila.

Odpovědět


Re: Re: Tlak ve stredu zeme

Florian Stanislav,2021-11-14 09:45:02

https://cs.wikipedia.org/wiki/Zemsk%C3%A9_j%C3%A1dro
"Pevné vnitřní jádro je tvořeno pevným skupenstvím zmiňovaného železa a niklu. Jeho vznik (před 1 až 1,5 miliardou let)[1] je vysvětlován gravitační krystalizací původní taveniny. Zkrystalizovalo možná před 0,5 miliardou let.[2] Do dnešního dne není přesně známo, zdali bylo jádro roztaveno zcela, anebo jenom jeho část, ale v současnosti se spíše předpokládá, že bylo celé roztaveno v období planetisimál."
Můj názor:
a) Tlak ve středu Země nezávisí na tom, jestli je skupenství pevné nebo kapalné. Tlak je stejný i v úterý a ve čtvrtek.
b) Tlak přesně ve středu Země není nulový. Nehledě na to, že vnitřní jádro neodpovídá kulovému tvaru, ale je zploštělé, odpovídá tedy spíše elipsoidu. Takže s přesným středem Země to nebude jednoduché.
c) Když vezmu železný plát na kovadlinu a udeřím ocelovou palicí, proběhnou síly akce a reakce ( ve stejnou dobu, stejně veliké a opačného směru ), plát zůstane na místě, síly akce a reakce se vynulují někde uprostřed plátu. Kdyby tam byl tlak nulový, tak se tam plát rozpadne v podstatě na dva tenčí pláty.(??)

Odpovědět


Re: Tlak ve stredu zeme

Roman Guńka,2021-11-14 14:54:11

Gravitace vevnitř je sice nulová, ale pokud tam už je nějaký těžký prvek tak právě proto že ho gravitace neposlune někam jinam tak tam zůstane, a ty ostatní na ně tlačí ze všech stran

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace