Gorące jądro planety

Po raz pierwszy w dziejach dokładnie zmierzono, ile ciepła produkuje jądro Ziemi - gigantyczny kaloryfer, dzięki któremu nasza planeta jest tak przyjemnym do życia globem

Jak wyliczyli uczeni, jeden metr kwadratowy ziemskiego jądra ma moc cieplną około 80 tys. kilowatów. Kilkadziesiąt metrów kwadratowych takiego pieca zapewniłoby ciepło całej Warszawie, a około tysiąca metrów (przyzwoita działka podmiejska) zaspokoiłoby potrzeby całej Polski. A to przecież zaledwie mikroskopijny ułamek powierzchni jądra liczącej około 150 mln km kw. Łatwo pomylić się w zerach, chcąc policzyć łączną moc planetarnego grzejnika. W każdym razie - jak informuje prof. Thorne Lay z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz (USA), szef zespołu - jest ona blisko trzy razy większa, niż to zakładały dotychczasowe teoretyczne wyliczenia.

Bliżej nam do Marsa

O tym, co jest w głębi naszej planety, wiemy mniej niż o powierzchni Marsa. Jak dotąd do środka Ziemi nie udało się wysłać żadnej sondy ani wprowadzić do niej jakiegoś gigantycznego endoskopu, przy pomocy którego moglibyśmy dokładnie obejrzeć jej wnętrzności. Na szczęście są jeszcze trzęsienia, podczas których rodzą się fale sejsmiczne wędrujące przez skały. Uczeni śledzą kierunek i prędkość rozchodzenia się tych fal, próbując wyciągnąć wnioski co do budowy planety. Tak właśnie postąpili autorzy badań, by oszacować, z jaką mocą grzeje nas jądro Ziemi. Zaskakujące wyniki swoich kalkulacji publikują w "Science".

Co jest źródłem tego ciepła? Najprawdopodobniej żelazo z domieszką niklu rozgrzane do ponad 5 tys. stopni Celsjusza. Ostatnio jednak pojawiła się koncepcja, wedle której w centrum planety może się znajdować promieniotwórczy uran dodatkowo ogrzewający planetę. Takich spekulacji są dziesiątki. Uczeni, zasypani danymi z sejsmografów rejestrujących przebieg fal, próbują zrozumieć ich mowę. Kalifornijscy badacze wyszli poza zaklęty krąg jałowych teoretycznych dociekań. Owszem, wykorzystali dane zgromadzone przez setki urządzeń rozstawionych w ostatnich latach wzdłuż pacyficznego wybrzeża Ameryki Północnej w ramach programu "EarthScope". Równocześnie jednak eksperymentowali w laboratorium, gdzie próbowali uzyskać dokładnie taką temperaturę i ciśnienie, jakie panują tuż ponad granicą dwóch warstw Ziemi - niżej leżącego jądra i wyżej położonego płaszcza. Granica między nimi przebiega na głębokości około 2900 km.

Wnętrze Ziemi w laboratorium

Podczas doświadczenia kawałki zwykłych skał ściskano i nagrzewano do momentu, aż zaczynały przypominać te pochodzące z wnętrza planety. Thorne Lay i jego koledzy mieli próbki takich skał zidentyfikowane w 2004 r. przez japońskich badaczy w pobliżu Hawajów. Od tych występujących blisko powierzchni planety różnią się tym, że mają silnie sprasowaną strukturę krystaliczną. Nic dziwnego, skoro przez dziesiątki milionów lat były poddawane olbrzymim ciśnieniom. Takie skały można dziś odnaleźć tylko w kilku miejscach na planecie, w których materia z dna ziemskiego płaszcza została jakimś cudem wypchnięta na powierzchnię. Tak właśnie powstały Hawaje, a także Islandia. Ponieważ fale sejsmiczne rozchodzą się inaczej w sprasowanych skałach, da się je łatwo wytropić w głębi Ziemi, co też uczynili amerykańscy badacze, korzystając z odczytów sejsmografów. A dzięki eksperymentom mogli jako pierwsi dokładnie odczytać temperaturę i ciśnienie panujące w głębi Ziemi.

- Skalny termometr okazał się niezwykle przydatny. Znając temperatury na rożnych poziomach, mogliśmy oszacować, ile ciepła płynie z jądra do płaszcza - objaśnia Lay. - Te pomiary odnoszą się jednak tylko do centralnej części Pacyfiku, gdzie prowadziliśmy badania. Szacunki dotyczące całego jądra mogą okazać się niezbyt dokładne. Ale raczej zaniżyliśmy jego moc cieplną, niż ją zawyżyliśmy. Dalsze pomiary to zweryfikują - mówi uczony.

Życiodajne ciepło planety

Po co w ogóle takie badania? Chodzi nie tylko o zaspokojenie ciekawości, ale też o praktyczną wiedzę, jak prognozować trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów. Są one efektem tego, co dzieje się w głębi Ziemi. Poza tym, że Ziemia jest w połowie nafaszerowana rozgrzanym metalem, sporo zawdzięczamy. Gdyby nie energia, która płynie nieustannie z kuli żelaza o średnicy dwa razy większej od średnicy Księżyca, nasza planeta pozostałaby niezamieszkała. Jej emanujące ciepłem jądro jest bowiem źródłem pola magnetycznego, które chroni żywe organizmy przed zabójczym promieniowaniem kosmicznym.

Na ziemskim globie nie byłoby też lądów. Powstały one, ponieważ w wyniku podgrzewania od spodu pękła jego wierzchnia warstwa - litosfera. Następnie podzieliła się ona na płyty, które od tego czasu przemieszczają się względem siebie. Lądy wyłoniły się jako jedna z konsekwencji tego ruchu.

Z tego samego powodu Ziemia nie jest równa. Pozbawiona swego gorącego jądra wyglądałaby jak w wizji XVII-wiecznego angielskiego teologa Thomasa Burneta, który uważał, że Bóg stworzył Ziemię jako idealnie gładką i jednolitą kulę. Dopiero pod ciężarem ludzkich grzechów jej powierzchnia zapadła się, uwalniając znajdującą się niżej wodę, która zalała świat, wywołując olbrzymią powódź. Ta woda doprowadziła następnie do powstania gór, dolin, jaskiń i poszarpanych brzegów morskich - niemych pomników naszego grzesznego życia.