Tajemnice wnętrza ziemi

A. Dlaczego jądro to ma się składać z żelaza, a nie np. z platyny lub innego ciężkiego metalu?
G. Oczywiście bezpośrednich dowodów na to nie mamy, pewne jednak fakty wskazują na to, że jądro ziemskie składa się głównie z żelaza z małą domieszką niklu. Przede wszystkim więc gęstość jądra jest zbliżona do gęstości żelaza, podczas gdy platyna jest dwa razy cięższa. Po wtóre duża jest obfitość tlenków żelaza w górnych warstwach naszego globu; w samej wierzchniej warstwie skorupy mamy ich 7%, natomiast niezmiernie mało tlenków innych metali ciężkich. Należy więc wnioskować, że wnętrze Ziemi będzie zawierać odpowiednio dużo żelaza metalicznego. Nasuwa się tu porównanie z piecem hutniczym, w którym nad roztopioną masą płynnego żelaza znajduje się warstwa jego tlenków. Zresztą istnienie żelaza metalicznego w jądrze ziemskim pokrywa się ze składem chemicznych meteorytów zwanych syderytami, złożonych z żelaza z domieszką niklu.

A. Cóż mają wspólnego meteoryty z jądrem Ziemi?
G. Bezpośrednio niewiele. Ponieważ jednak syderyty uważa się za szczątki centralnej części jakiejś rozpadłej planety, więc drogą analogii można przyjąć z dużą dozą prawdopodobieństwa, że żelazo z ową domieszką niklu stanowi również główny materiał naszego jądra ziemskiego.

A. Dobrze. Ale w takim razie dlaczego przyjmujecie na gęstość jądra aż 10, a nawet 11? Przecież gęstość żelaza, o ile wiem, wynosi niecałe 8.
G. Bardzo słuszne pytanie, ale charakterystyczne dla człowieka żyjącego na powierzchni Ziemi. Proszę nie zapominać, że we wnętrzu ziemi panuje tak olbrzymie ciśnienie, o jakim nawet nie mamy wyobrażenia: wynosi ono nie mniej niż 3 miliony atmosfer! Jak się zachowuje materia pod wpływem tak wielkich ciśnień, nie wiem, gdyż w laboratoriach możemy stosować ciśnienia zaledwie do kilkunastu tysięcy atmosfer. Prawdopodobnie pod wpływem tych ciśnień zachodzą zmiany molekularne, a może nawet wewnątrz – atomowe materii, w wynikiem tych zmian byłby właśnie ów wzrost gęstości.

A. Na jakiej podstawie uważacie, że jądro ziemskie jest płynne?
G. Mamy na to bezpośredni dowód sejsmiczny. Okazuje się więc, że wśród fal, wysyłanych przez odległe silne trzęsienia ziemi, jedynie fale tzw. Fale podłużne (analogiczne do fal akustycznych) przechodzą swobodnie przez jądro Ziemi, nie obserwowano natomiast nigdy fal tzw. poprzecznych, które by przez nie przeszły. Dowodzi to, że jądro nie jest ośrodkiem sprężystym, tzn. zachowuje się jak ciecz.

A. To jest zdumiewające, jak takie na pozór destrukcyjne zjawiska, jak trzęsienia ziemi, mogą być z powodzeniem wyzyskane do sondowania wnętrza naszej kuli ziemskiej. Nie przypuszczałem, że mogą one stać się tak niezrównanym środkiem badania w rękach geofizyka.
G. Tak jest. Falami sejsmicznymi potrafimy jak gdyby prześwietlać ciało naszej planety, podobnie jak lekarz prześwietla ustrój ludzki promieniami Rentgena. W każdym razie dzięki obserwacjom trzęsień ziemi i interpretacji otrzymanych wyników uzyskujemy pewien obraz budowy wnętrza Ziemi, jakiego byśmy nie otrzymali tak łatwo na innej drodze.

A. Jaka może być temperatura we wnętrzu Ziemi, a zwłaszcza w jądrze, jeżeli jest ono płynne?
G. W skorupie ziemskiej temperatura wzrasta z głębokością o jakieś 20 stopni Celsjusza na każdy kilometr, wskutek czego na dnie skorupy mamy już około 1200 stopni Celsjusza. Na większych głębokościach wzrost temperatury jest znacznie powolniejszy. Co do jądra, to do niedawna przyjmowano dlań około 5 tysięcy stopni, tj. mniej więcej tyle co w zewnętrznych warstwach naszego słońca. Ostatnie jednak badania, dokonane już w czasie wojny głównie w Anglii i Stanach Zjednoczonych, wskazują na znacznie wyższe temperatury, bo około 10 tysięcy stopni dla granicy jądra, a nieco więcej dla jego wnętrza. W ogóle muszę zaznaczyć, że obliczenie temperatur wgłębnych może być tylko przybliżone. Pomiary bezpośrednie w otworach wiertniczych ograniczają się zaledwie do głębokości około 4 km; cóż to jest w porównaniu z promieniem kuli ziemskiej, wynoszącym 6378 km!

A. A dlaczego wnętrze planetarne jest tak gorące?
G. Składają się na to dwie różne przyczyny. Wysoka temperatura wnętrza Ziemi w ogóle, a jądra w szczególności, jest pozostałością po młodzieńczym okresie Ziemi, w którym była ona rozżarzonym ciałem niebieskim..

A. Jak dawno to było?
G. O, bardzo dawno, jakieś dwa miliardy lat lub coś koło tego, ale to jest już raczej kosmogonia niż geofizyka. W każdym razie wskutek ostygania pokryła się Ziemia cienką skorupą krystaliczną, wnętrze zaś pozostało stopniowo i w miarę gorące. Do podtrzymania wysokiej temperatury wnętrza przyczyniają się w znacznej mierze ciała promieniotwórcze, jak rad, tor i zwykły potas, znajdujące się w skorupie ziemskiej. Ciepło, które Ziemia obecnie traci przez ostyganie w przestrzeni międzyplanetarnej, jest w 80% pochodzenia radioaktywnego, a zaledwie w 20% pochodzi z pierwotnego żaru.