Vnitřní jádro Země: složení, teplota a objevení Inge Lehmann

Vnitřní jádro Země: složení z železa a niklu, extrémní teplota ~5700 K, objev Inge Lehmann seismologií a tlak přes 3,5 mil. atm. Poznejte střed planety.

Vnitřní jádro je samotným středem Země a představuje nejžhavější a nejhustší část planety. Podle seismologických studií se jedná převážně o pevnou kouli o poloměru asi 1 220 km. V jádru převažuje slitina železa a niklu, doplněná o lehčí prvky (např. síru, křemík, kyslík nebo vodík). Teplota ve vnitřním jádru se odhaduje řádově na několik tisíc kelvinů — často se uvádí přibližně 5 700 K (což je srovnatelné s teplotou povrchu Slunce, tedy kolem 5 400 °C). Díky obrovskému tlaku však zůstává železo ve vnitřním jádru pevné.

Složení a fyzikální stav

Vnitřní jádro je tvořeno převážně železo–niklovou slitinou, ale přesný poměr a zastoupení lehčích prvků se určují nepřímo pomocí seismických dat, experimentů při vysokých tlacích a počítačových modelů. Některé klíčové vlastnosti:

• Stav: pevný — na rozdíl od vnějšího jádra, které je kapalné.
• Struktura: vysokotlaké krystalické uspořádání (moderní důkazy ukazují na hexagonální dichtě poskládanou (hcp) strukturu a anizotropii, tj. rychlost seismických vln závisí na směru šíření).
• Rozměry: poloměr přibližně 1 220 km; hranice mezi vnějším a vnitřním jádrem (tzv. vnitřní jádro–vnější jádro) leží kolem 5 150–5 200 km pod povrchem Země.

Teplota a tlak

Tlak ve vnitřním jádru dosahuje extrémních hodnot — odhadované hodnoty jsou v řádu stovek gigapascalů (přibližně 330–360 GPa), což odpovídá několika milionům atmosfér (řádově 3,3–3,6 milionu atm). Při tak vysokém tlaku se zvyšuje teplota tání železa natolik, že materiál zůstává pevný i přes teploty kolem 5 400–6 000 K (přibližně 5 100–5 700 °C). To vysvětluje, proč je vnitřní jádro pevné, zatímco méně stlačené vnější jádro je kapalné.

Objevení vnitřního jádra a role Inge Lehmann

Existence vnitřního jádra byla navržena díky analýze seismických vln. Inge Lehmann v roce 1936 publikovala studii, v níž na základě analýzy vln z velkých zemětřesení (mezi jinými byla použitá data z Novém Zélandu z roku 1929) ukázala, že seismické vlny vykazují chování konzistentní s přítomností pevného jádra uvnitř kapalného vnějšího jádra. Zemětřesení vyvolává v Zemi různé typy vln; některé z těchto vln (např. P‑vlny) se od vnitřního jádra odrážejí nebo jím procházejí jinak, než by tomu bylo v případě homogenního kapalného jádra. Lehmann tuto střední oblast nazvala vnitřní jádro. Její hypotéza byla původně přijímána zdrženlivě, ale v průběhu dalších desetiletí se akumulovalo více seismických důkazů a v 60.–70. letech byla existence pevného vnitřního jádra široce potvrzena.

Funkce vnitřního jádra a jeho vývoj

• Růst vnitřního jádra: vnitřní jádro se postupně zvětšuje krystalizací z tekutého vnějšího jádra; tento proces uvolňuje latentní teplo a mění složení okolního tekutého jádra (odbarvení lehčích prvků), což podporuje konvekci vnějšího jádra.
• Geodynamo: konvekční pohyby tekutého vnějšího jádra, poháněné tepelnými a složeními faktory (část z nich souvisí s růstem vnitřního jádra), jsou hlavním zdrojem generování zemského magnetického pole.
• Vnitřní rotace a anizotropie: existují důkazy, že vnitřní jádro se může otáčet mírně jinak než plášť; navíc anizotropické vlastnosti ukazují na orientované krystaly železa, což ovlivňuje rychlost seismických vln v různých směrech.
• Věk: odhady stáří vnitřního jádra se liší, často se uvádí, že vzniklo před řádem stovek milionů až jedné až dvou miliard let, současná odhady se pohybují asi mezi 0,5 až 1,5 miliardy let, podle modelů chladnutí Země a geodynamiky.

Zajímavosti a otevřené otázky

• Teplota ve vnitřním jádru je srovnatelná s teplotou povrchu Slunce, přesto je materiál pevný díky obrovskému tlaku.
• Přesné složení a struktura (např. množství lehkých prvků, přesná krystalografická struktura) jsou stále předmětem výzkumu.
• Seismologie, laboratorní experimenty při vysokém tlaku a počítačové modelování společně postupně upřesňují obraz o vnitřním jádru, ale některé detaily zůstávají nejasné.

Vnitřní jádro je tedy klíčovou částí Země nejen z hlediska její struktury a teplotních podmínek, ale hlavně pro dynamiku celého jádra a vznik a udržení geomagnetického pole, které chrání planetu před kosmickým zářením a nabitými částicemi slunečního větru.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je vnitřní jádro?

Otázka: Jaká je teplota vnitřního jádra?

Otázka: Jaký je poloměr vnitřního jádra?

Otázka: Z čeho se pravděpodobně skládá vnitřní jádro?

Otázka: Kdo a jak objevil vnitřní jádro?

Otázka: Kdy byla existence vnitřního jádra definitivně prokázána?

Otázka: Jaký je tlak ve vnitřním jádru Země?

Hledání podle dopisu