Kas ir Zemes iekšējais kodols — definīcija, sastāvs un temperatūra

Iekšējais kodols: uzzini tā sastāvu, izcelsmi, milzīgo temperatūru un spiedienu — kā dzelzs-niķeļa sirds ietekmē Zemes dinamiku un seismoloģiskos atklājumus.

Iekšējais kodols ir Zemes centrs un karstākā planētas daļa. Saskaņā ar seismoloģiskajiem pētījumiem tas galvenokārt ir cieta lode ar aptuveni 1220 km (760 jūdžu) rādiusu. Tiek uzskatīts, ka tas sastāv galvenokārt no dzelzs un niķeļa sakausējuma un tā temperatūra ir aptuveni tāda pati kā Saules virsmas temperatūra - aptuveni 5700 K (5400 °C). Papildus dzelzs-niķelim iekšējā kodola sastāvā, visticamāk, ir mazākas daudzuma vieglie elementi (piem., sērs, skābeklis, silīcijs), kas ietekmē blīvumu un fizikālās īpašības.

Iekšējo kodolu 1929. gadā atklāja Inge Lehmans, izmantojot seismoloģiju. Lehmans pētīja lielu zemestrīci Jaunzēlandē. Zemestrīce rada vibrācijas, kas pārvietojas Zemes iekšienē. Šķita, ka vibrācijas, ko pētīja Lehmans, pārvietojas pāri kaut kam cietam planētas centrā. Viņa to sauca par iekšējo kodolu. Viņa par to rakstīja daudzus gadus, bet tā pastāvēšana tika pierādīta tikai 1970. gadā. Mūsdienās speciālisti šo slāni pēta, analizējot speciālās seismiskās fāzes (piem., PKIKP, PKiKP), kas atspoguļo un caurstrāvo robežu starp šķidro ārējo kodolu un cieto iekšējo kodolu.

Iekšējais kodols atrodas vairāk nekā 5000 kilometru dziļumā zem Zemes virsmas; robeža starp ārējo un iekšējo kodolu (ICB) atrodas apmēram 5150–5200 km dziļumā, bet iekšējā kodola rādiuss ir aptuveni 1220 km. Spiediens Zemes iekšējā kodolā ir aptuveni 3 300 000–3 600 000 atmosfēru (apm. 330–360 GPa). Dzelzs var būt cieta tikai tik augstā temperatūrā, jo pie šāda spiediena tās kušanas temperatūra krasi palielinās; tajā pašā laikā iekšējā kodola cietība ļauj tam pārraidīt S-tipus seismiskās viļņus, kas ir pierādījums tā cietajai konsistencei.

Sastāvs un blīvums

Seismiskie un ģeofiziskie mērījumi kopā ar kokeļiem un laboratori nosacītiem eksperimentiem liecina, ka iekšējais kodols galvenokārt sastāv no dzelzs (Fe) ar niķeļa (Ni) piemaisījumu. Tomēr kodola blīvums un seismiskās viļņu īpašības neatbilst tīram dzelzijam, tāpēc tiek pieņemts, ka sastāvā ir arī vieglie elementi. Vidējais iekšējā kodola blīvums ir aptuveni 12–13 g/cm3, kas ir lielāks nekā ārējam kodolam.

Temperatūra un spiediens

Iekšējā kodola temperatūru novērtē, izmantojot eksperimentālas fāzes diagrammas dzelzim pie augsta spiediena un seismiskos datus. Novērtējumi par temperatūru svārstās, tomēr plaši citēta aplēse ir apmēram 5000–7000 K; daži avoti min vērtību apmēram 5700 K, līdzīga Saules virsmas temperatūrai. Spiediens centrā sasniedz simtiem gigapaskāli (aptuveni 330–360 GPa), kas būtiski ietekmē materiālu fizikālās īpašības.

Īpašības un struktūra

• Anizotropija: seismiskie viļņi iekšējā kodola materiālā pārvietojas ātrāk gar Zemes poliem nekā gar ekvatoriālajām virzieniem; tas norāda uz dzelzs kristālu orientācijas vai tekstūras esamību.
• Hemisfēru atšķirības: seismiskie pētījumi rāda atšķirības starp austrumu un rietumu puslodēm iekšējā kodola īpašībās.
• Rotācija: ir hipotēzes un seismiskie pierādījumi, ka iekšējais kodols var rotēt nedaudz ātrāk nekā planētas virskārta (t.s. super-rotācija), taču šī tēma joprojām ir zinātniski diskutabla un prasīga papildu datiem.

Iekšējā kodola loma Zemes dzīvotspējā

Iekšējā kodols aug un veidojas, kad ārējā kodola šķidrais materiāls kondensējas un kristalizējas pie robežas. Šis process atbrīvo latentā siltuma un vieglākas ķīmiskās sastāvdaļas, kas veicina konvekciju ārējā kodolā. Konvekcija ārējā kodolā kopā ar Zemes rotāciju rada ģeodinamisko efektu, kas uztur Zemes magnētisko lauku. Tādējādi iekšējais kodols netieši veicina magnētiskā lauka uzturēšanu, kas ir svarīgs planētas aizsargmehānisms pret kosmisko starojumu.

Vecums un attīstība

Iekšējā kodola izveidošanās sākās pēc tam, kad Zeme ilgi atdzisa kopš tās formēšanās. Precīzs iekšējā kodola vecums nav viennozīmīgi noteikts — aplēses svārstās, bet plaši minētās vērtības ir aptuveni no 0,5 līdz 1,5 miljardiem gadu (daži pētījumi norāda apmēram 1 miljardu gadu). Turpmāka atdzišana un iekšējā kodola pieaugums turpinās pat mūsdienās, kaut arī ļoti lēni.

Kā mēs pētām iekšējo kodolu

Galvenais pētījumu instruments ir seismoloģija: zemestrīces radītie primārie (P) un sekundārie (S) viļņi, to laiki, amplitūdas un ceļi ļauj analizēt Zemes iekšējo slāņu struktūru. Pola virziena ātruma atšķirības, viļņu atstarošanās un pārveidošanās pie robežām sniedz informāciju par cietības stāvokli, sastāvu un anizotropiju. Papildus seismoloģijai tiek izmantoti eksperimentāli augsta spiediena nosacījumi laboratorijās un datora modeļi, kas simulē materiālu uzvedību zem kodolstāvokļiem.

Apkopojot — iekšējais kodols ir maza, bet īpaši nozīmīga Zemes daļa: cieta dzelzs-niķeļa lode, kas atrodas ļoti augstā spiedienā un temperatūrā, ietekmē planētas ģeodinamiku un magnētisko lauku, un kuru mēs pētniecībā atklājam galvenokārt ar seismoloģijas palīdzību.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir iekšējais kodols?

Q: Kāda ir iekšējā kodola temperatūra?

J: Kāds ir iekšējā kodola rādiuss?

J: No kā, domājams, sastāv iekšējais kodols?

J: Kas un kā atklāja iekšējo kodolu?

J: Kad beidzot tika pierādīta iekšējā kodola pastāvēšana?

J: Kāds ir spiediens Zemes iekšējā kodolā?

Meklēt pēc burta