Zvětšit obrázek

Vnitřnosti Země. Kredit: NASA Earth Observatory, Merritt Cartographic.

Zvětšit obrázek

Spoluautor studie Guillaume Morard s experimentálním zařízením v prostorách ESRF. Kredit: ESRF/Blascha Faust.

Uprostřed naší planety je fantaskní planetární pecka – mírně zploštělé žhavé jádro ze železa a niklu. Nikdo z nás tam nebyl a naše informace o tomto extrémním místě asi ještě dlouho zůstanou jenom kusé. Podle toho, co víme, tak poloměr vnitřního pevného jádra planety činí cca 1 220 kilometrů. Pak přechází do polotekutého vnějšího jádra, kde jsou kromě železa a niklu ještě výrazněji zastoupeny kobalt, síra, křemík a kyslík. Vnitřní jádro Země svírá příšerný tlak 3,3 až 3,6 milionů atmosfér a dlouho jsme měli za to, že je tam kolem 5 000 stupňů Celsia. Nejspíš ale budeme muset přidat.

Vědecký tým, který vedla Agnès Dewaele z Francouzské národní technologické výzkumné organizace CEA, teď totiž dospěl k hodnotám kolem 6 000 stupňů Celsia. To převyšuje původní odhady Reinharda Boehlera a spol. z roku 1993 o celých 1 000 stupňů. Teplotu vnitřního jádra přitom nezměříme teploměrem. K tomu jsou potřeba rafinovanější triky, jako například laboratorní experimenty s bodem tání železa za různého tlaku prostředí. Stlačovali železo v diamantové tavící pícce a pak ho žhavili laserovými paprsky. Na první pohled to možná vypadá docela prostě, ale vědci prý museli čelit mnoha komplikovaným výzvám. Vzorek železa by měl být tepelně izolovaný a zároveň nesmí chemicky reagovat s okolím. I když vědci napnou současné technologie k prasknutí, povede se jim napodobit podmínky ve vnitřním jádru jen na pár sekund. A v tak krátkém čase je strašlivě těžké zjistit, jestli už železo taje anebo stále zůstává pevné.

Zvětšit obrázek

Nový průřez planetou. Kredit: ESRF.

Zvětšit obrázek

ESFR v Grenoblu. Kredit: P. Ginter/ ESRF.

Naštěstí ale existuje rentgenové záření. Dewaele a spol. vyvinuli novou metodu analýzy vzorků železa, která spočívá ve vstřelení intenzivního paprsku rentgenového záření ze synchrotronu. Ten se našel v prostorách European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ve francouzském Grenoblu. Badatelé pak byli schopni analýzou difrakce rentgenového záření během sekundy zjistit, zda bylo železo pevné, kapalné či částečně natavené, což je dostatečně krátká doba na to, aby v experimentálním zařízení udrželi potřebný tlak a teplotu a zároveň se vyhnuli nežádoucím chemickým reakcím. Nakonec se jim povedlo určit bod tání železa při tlaku 2,2 miliónu atmosfér na 4 800 stupňů Celsia a z toho poté odvodit bod tání železa při tlaku 3,3 miliónu atmosfér na zmíněných 6 000 stupňů. Tato hodnota se prý ještě může mírně lišit od reálných čísel, pokud by železo mezi naměřenými a odvozenými teplotami procházelo doposud neznámým fázovým přechodem.

Zároveň se jim povedl husarský kousek, když vystopovali důvod, proč v roce 1993 Boehlerovu týmu vyšlo o 1 000 stupňů Celsia méně. Zjistili, že při teplotách kolem 2 400 stupňů začíná povrch vzorků železa rekrystalizovat. Boehler a spol. analyzovali své vzorky opticky a podle všeho tuto povrchovou rekrystalizaci považovali za tání. Takže, teď už se solidní jistotou víme, jak to v samotném středu Země vypadá a vděčíme za to pozoruhodné technologii synchrotronu, která nachází stále pestřejší uplatnění v mnoha odvětvích vědy a průmyslových aplikací.

Literatura

ESRF News 25.4. 2013, Wikipedia (Inner Core, Synchrotron).