Mokslininkai paskaičiavo kiek metų Žemės branduolys išliks karštas

Po mūsų kojomis, giliai po pluta yra neįtikėtinai karšta vieta - Žemės branduolys! Bet kiek ilgai jis gali išlikti karštas?

Kodėl taip karšta Žemės centre?

Ekspertai mano, kad Žemės branduolys viršija aukštesnę nei Saulės paviršiaus temperatūrą - viršija 7000 laipsnių pagal Celsijų. Bet kodėl jis išvis tokia karšta?

Pagal vieną teoriją, maždaug prieš 4,5 milijardo metų mūsų Saulės sistemą sudarė šaltų dulkių dalelių debesis. Šis dujų ir dulkių debesis kažkaip sutriko ir pradėjo griūti, kai gravitacija viską sutraukė ir suformavo didžiulį besisukantį diską.

Disko centras tapo Saulė, o dalelės išoriniuose žieduose virto dideliais ugningais dujų ir išlydyto skysčio kamuoliukais, kurie atvėso ir kondensavosi, kad įgytų kietą formą.

Tuo pačiu metu naujai susiformavusios planetos paviršius buvo nuolat bombarduojamas krentančių didelių kūnų, kurie jos viduje generavo didžiulę šilumą, kuri tirpdė planetos viduje esančias kosmines dulkes.

Kai susiformavo Žemė, tai buvo vientisas karšto akmens kamuolys. Dėl radioaktyvaus skilimo ir likusios šilumos, susidariusios dėl planetos susidarymo, šis kamuolys tapo dar karštesnis. Galiausiai po maždaug 500 milijonų metų Žemės temperatūra pasiekė geležies lydymosi temperatūrą – apie 1538 °C.

Tai leido dar greičiau judėti išlydytai Žemės medžiagai. Santykinai plūduriuojančios medžiagos, tokios kaip silikatai, vanduo ir net oras, liko netoli planetos išorės ir tapo ankstyvąja mantija ir pluta. Geležies, nikelio ir kitų sunkiųjų metalų lašai traukiasi į Žemės centrą, formuodami ankstyvąją šerdį. Šis procesas vadinamas planetų diferenciacija.

Skirtingai nuo daug mineralų turinčios plutos ir mantijos, manoma, kad branduolys  susideda beveik vien tik iš metalo – geležies ir nikelio. Manoma, kad vidinė šerdis yra vientisas rutulys, kurio spindulys yra maždaug 1220 km, o paviršiaus temperatūra yra 5700 K (5430 °C), o išorinė šerdis yra apie 2400 km storio skysčio sluoksnis, kurio temperatūra siekia nuo 3000 K (2730 °C) iki 8000 K (7730 °C).

Manoma, kad branduolys yra toks karštas dėl radioaktyviųjų elementų irimo, šilumos, likusios dėl planetų susidarymo, ir šilumos, išsiskiriančios, kai skysta išorinė šerdis sustingsta netoli savo ribos su vidine šerdimi.

Taigi, branduolys yra nepaprastai karštas, bet kiek ilgiai jis tokia bus? Žemės tektoninių plokščių judėjimui ir planetos magnetiniam laukui reikia didžiulio energijos kiekio, kuris gaunamas iš Žemės centro.

Merilendo universiteto mokslininkai tvirtina, kad šerdis labai, labai lėtai vėsta.

©PXHere | pxhere.com

Kiek ilgai Žemės branduolys išliks karštas?

Nuo pat savo susiformavimo planeta gerokai atvėso. Tačiau šiluma, susidariusi dėl Žemės susidarymo, išliko. Nors pirmykštė šiluma daugiausia išsisklaidė, kita šilumos forma ir toliau šildo Žemės mantiją ir plutą.

Žemėje natūraliai radioaktyviųjų medžiagų yra dideli kiekiai. Natūralaus radioaktyviosios medžiagos irimo proceso metu išsiskiria šiluma.

Mokslininkai yra paskaičiavę, kad šilumos kiekis, sklindantis iš Žemės gelmių į kosmosą, siekia maždaug 44 × 10¹² W (TW). Tačiau jie nežino, kiek šilumos yra likusios iš planetos formavimosi.

Jei Žemės šiluma daugiausia yra pirmapradė, tada ji atvės žymiai greičiau. Tačiau jei šiluma daugiausia susidaro dėl radioaktyvaus irimo, tai Žemės karštis truks daug ilgiau.

Kai kurie Žemės šerdies atvėsimo skaičiavimai rodo, kad tai užtruks net 91 milijardą metų. Tai yra labai ilgas laikas, ir iš tikrųjų kuras Saulėje greičiausiai išdegs dar gerokai prieš Žemės šerdį - maždaug po 5 milijardus metų.

Kodėl yra svarbi Žemės branduolio temperatūra?

Žemės branduolys palaiko stabilią temperatūrą, bet dar svarbiau, kad sukuria ir išlaiko Žemės magnetinį lauką. Žemės magnetinį lauką sukuria išlydyto metalinio išorinio šerdies judėjimas.

Žemės magnetinis lauko žiedai komose, žinomi kaip Van Alleno žiedai, sukuria neįveikiamą barjerą erdvėje, kuris trukdo greičiausiems, energingiausiems Saulės vėjo elektronams pasiekti Žemę, o tai suteikia galimybę gyvybei klestėti Žemės paviršiuje. Be magnetinio lauko skydo, saulės vėjas pašalintų Žemės ozono sluoksnį, kuris apsaugo gyvybę nuo kenksmingų ultravioletinių spindulių.

Be magnetinio lauko mūsų planeta būtų nevaisinga ir negyva. Manoma, kad Marsas kadaise turėjo Van Alleno žiedus, kurie taip pat apsaugojo jį nuo mirtino Saulės vėjo. Tačiau kai šerdis atvėso, jis prarado savo skydą, o dabar tėra negyva dykuma.

Van Alleno žiedų schema ©Booyabazooka | commons.wikimedia.org

Kaip skaičiuojamas laikas kiek kuro užteks Žemės branduoliui?

Norėdami nustatyti, kiek branduolinio kuro lieka Žemėje, mokslininkai pasitelkėpažangius jutiklius tam, kad aptiktų mažiausias subatomines daleles, žinomas mokslui – geoneutrinus. Geoneutrino dalelės yra šalutiniai produktai, susidarantys branduolinėse reakcijose, vykstančiose žvaigždėse, supernovose, juodosiose skylėse ir žmogaus pagamintuose branduoliniuose reaktoriuose.

Geoneutrino dalelių nustatymas yra nepaprastai sunki užduotis. Masyvūs mažo biurų pastato dydžio detektoriai yra daugiau nei kilometro gylyje po žeme. Toks didelis gylis būtinas, norint sukurti skydą nuo kosminių spindulių, galinčių pakenkti rezultatų tikslumui.

Veikdamas detektorius gali aptikti geoneutrinus, kai jie susiduria su vandenilio atomais aparato viduje. Po susidūrimo galima aptikti du ryškius blyksnius, kurie parodo kada įvyko susidūrimas.

Suskaičiavę susidūrimų skaičių, mokslininkai gali nustatyti urano ir torio atomų skaičių, kurie lieka mūsų planetoje po tokių susidūrimų.

Deja, detektoriai „KamLAND“ Japonijoje ir „Borexino“ Italijoje aptinka tik apie 16 įvykių per metus, todėl procesas yra labaii lėtas. Tačiau planuojama, kad netrukus sus paleisti trys nauji detektoriai – „SNO+“ detektorius Kanadoje ir „Jinping“ bei „JUNO“ detektoriai Kinijoje. Tyrėjai tikisi daugiau nei 500 aptiktų įvykių per metus.

Kinijos „Jinping“ detektorius yra daugiau nei keturis kartus didesnis nei visi iki šiol buvę detektoriai. Nors detektorius yra didelis, JUNO detektorius bus stulbinamai 20 kartų didesnis už visus esamus detektorius.

Šie nauji delektoriai padės tiksliau apskaičiuoti kiek kuro liko Žėmės branduoliui.

Parengta pagal:

• Interesting Engineering
• Šaltinis Technologijos.lt