Redakcja: Czym jest jądro Ziemi?

Prof. Marek Lewandowski: Ziemia to najważniejszy obiekt we Wszechświecie, którego „serce” stanowi właśnie jądro. Dzięki temu, że Ziemia ma jądro o określonej strukturze i właściwościach jest planetą aktywną oraz dynamicznie zmienną, a my możemy na niej żyć.

Jądro powstało we wczesnej fazie formowania się Ziemi, wskutek pewnych zaburzeń w rozkładzie pyłu kosmicznego. Ten rozkład nie był homogeniczny. Powstawały wówczas zalążki materii, które przyciągając się siłami grawitacji powodowały tworzenie się coraz większego obiektu. Planety typu skalnego, których pył grawitował do środka, za sprawą zderzeń coraz bardziej się rozgrzewały. Im bardziej rozgrzewały się cząstki i protoplaneta, tym wyższa była temperatura, która w końcu doprowadziła do tego, że Ziemia zaczęła formować się jako obiekt w stanie płynnym. Była rozgrzana powyżej temperatury topnienia nieistniejących jeszcze minerałów i skał oraz stanowiła jedną wielką kulę magmy. W takiej kuli za sprawą grawitacji cięższe pierwiastki przyciągały się do jej wnętrza, a lżejsze zostawały na zewnątrz. W ten sposób dochodziło do pierwszej segregacji pierwiastków tworzących Ziemię, która gwarantowała pewien układ struktur, czyli późniejszą budowę planety. Kiedy najcięższe z pierwiastków, szczególnie żelazo i nikiel, znalazły się w centrum Ziemi, zaczęło z nich powstawać jej przyszłe jądro. Pierwiastki lżejsze pozostawały w otoczce, tworząc płaszcz Ziemi, a najlżejsze znajdowały się już na zewnątrz, budując skorupę.

Taki zasadniczy trójpodział skał na Ziemi utrwalił się w jej historii. Wskutek tego, że jądro było niesłychanie gorące i miało 6 000 stopni Celsjusza, czyli mniej więcej tyle, co powierzchnia Słońca, a na zewnątrz Ziemia stykała się z zimną przestrzenią kosmiczną, dochodziło do znaczących różnic temperatury, które powodowały, że cięższe skały i tworzące się minerały migrowały jeszcze bardziej na zewnątrz, a płaszcz stawał się dynamiczny. W płaszczu zaczęła zachodzić konwekcja, tak jakby Ziemia była ogrzewana od środka, a prądy konwekcyjne przemieszczały się ku górze, przenosząc resztę lżejszych pierwiastków w kierunku skorupy. W ten sposób na gorącej jeszcze planecie tworzyły się pierwsze lądy.

Właśnie w tym czasie ma miejsce znamienne wydarzenie. Ziemia zderza się z inną, podobną do siebie planetą, dochodzi do stopienia obu obiektów oraz wyrzucenia substancji na zewnątrz. Z niej tworzy się Księżyc, natomiast część, która pozostaje to już nowe jądro, złożone z pierwotnego jądra ziemskiego oraz owej planety, która się z Ziemią zderza, stapia i homogenizuje. W tym sensie nasze dzisiejsze jądro jest wtórne. Nie jest tym jądrem, które powstało razem z Ziemią, a mieszaniną składników powstałych w wyniku zderzenia dwóch planet.

Co dalej dzieje się w jądrze? Zachowuje ono swoją wysoką temperaturę przez miliony lat, ale powoli stygnie, a stygnąc zaczyna krzepnąć, począwszy od centrum planety. Powstaje jądro stałe, które mamy dzisiaj, o średnicy równej w tej chwili średnicy Księżyca oraz zewnętrzne jądro ciekłe, które jest stopione i posiada lepkość znacznie większą od wody. W nim zachodzą procesy powodujące bardzo silną konwekcję termiczną, przez którą z kolei jądro zaczyna generować pole magnetyczne. Jeżeli temperatura stopionej magmy wynosi 5 000 stopni, to ruch konwekcyjny przekłada się na ruch cząstek naładowanych, a te generują właśnie prąd magnetyczny. Kiedy Ziemia obraca się dookoła własnej osi linie powstającego pola magnetycznego zaczynają powoli zakręcać, tworząc coś w rodzaju pętli przewodnika, który generując prąd elektryczny wytwarza jednocześnie prąd magnetyczny. Wspomniane linie wychodzą na zewnątrz Ziemi, co nazywamy tzw. polem poloidalnym i to one stanowią o tym, że Ziemia ma w ogóle pole magnetyczne.

Dzięki temu, że planeta posiada płynne jądro w części zewnętrznej, a do tego również pole magnetyczne możliwa jest jej ochrona przed cząstkami promieniowania kosmicznego, a szczególnie przed plazmą słoneczną, która nie dociera w pełni do powierzchni Ziemi, ponieważ jest odrzucana na bok. W przestrzeni kosmicznej tworzy się coś w rodzaju parasola ochronnego, który powoduje, że destrukcyjne promieniowanie nie dociera do powierzchni albo dociera do niej w niewielkim stopniu, ułatwiając powstawanie życia biologicznego. To właśnie dzięki temu, że Ziemia ma ten płaszcz ochronny, my możemy żyć i ewoluować zgodnie z prawami ewolucji.

Może powiedzmy sobie teraz kilka słów o odkryciu jądra Ziemi. Mniej więcej od 1600 r. uważano, że we wnętrzu Ziemi znajduje się magnes stały, czyli skały namagnesowane, które powodują, że cała Ziemia posiada pole magnetyczne pochodzące od wnętrza. Nie rozumiano jednak, jaki mechanizm i jaki rodzaj skał mógłby być za to odpowiedzialny. Dopiero na początku XX w. odkryto, że struktura wewnętrzna planety różni się bardzo wyraźnie pod względem sposobu rozchodzenia się fal sejsmicznych.

Oglądaj całość