Zkoumáme sluneční soustavu i vzdálené končiny vesmíru. O tom, co se děje pod našima nohama, však víme pramálo. Nová studie rozšiřuje naše poznatky o zemském nitru o popis bizarního jevu - křemíkového sněžení v zemském jádru.

Our new paper about silicon-rich crystals in the Earth's outer core appeared in journal Nature today. It is remarkable that the experiments were all conducted during the Pandemic. https://t.co/dkmXmdMawZ https://t.co/b7i5z05f2s

— Dan Shim 심상헌 (@DanShim4) February 15, 2023

Železný svět s křemíkovým sněhem

Do Země se lidé provrtali nejhlouběji v roce 1983 v severozápadním Rusku na poloostrově Kola. Tamní vrt dosáhl 12,2 kilometru pod povrch. Skrz zemskou kůru, která sahá do hloubky 20 až 90 kilometrů, jsme nepronikli.

Na to, abychom nahlédli pod zemskou kůru až do zemského jádra, které začíná v hloubce kolem 2900 kilometrů, zatím nemůžeme pomýšlet. Naše poznatky o zemském jádru proto vycházejí z měření seismických vln při zemětřeseních, anebo z modelů a simulací, které vytvářejí vědci v laboratorních podmínkách.

Právě tímto způsobem postupovali geovědci z Arizonské státní univerzity, kteří zkoumali podmínky ve vnějším jádru planety. Narazili přitom na překvapivý jev.

Ve studii, zveřejněné ve středu v časopise Nature, popisuje vědecký tým experiment, při němž pozoroval tvorbu krystalů bohatých na křemík v kapalné slitině železa a vodíku za vysokého tlaku a vysoké teploty, které se předpokládají ve vnějším jádru.

Vnější část jádra je vrstvou, kde prouděním slitiny vzniká magnetické pole planety, které nás jako štít chrání před slunečním větrem, kosmickým zářením a radiací. Kromě toho, spolu s tektonickou aktivitou a vulkanismem ochraňuje magnetické pole život tím, že stabilizuje globální teploty a formuje uhlíkové cykly.

Jak ale v jádře planety sněží?

Úplně jinak, než na jejím povrchu. Jednoduše řečeno, není sníh jako sníh. A sníh v zemském jádru, není sněhem, který známe. Tvoří se za úplně odlišných podmínek, jeho vločky se skládají z krystalů bohatých na křemík.

Tento sníh, který vzniká u hranice mezi vnějším jádrem a zemským pláštěm, se nepropadá se do středu Země. Stoupá, protože díky vysokému obsahu křemíku má menší hustotu než slitina železa, v níž se nachází.

„Krystalizaci slitiny bohaté na křemík jsme zjistili během našich experimentů v zasněžených zimních dnech. Takové chování, které může vést ke stoupajícímu sněhu ve vnějším jádře, náš překvapilo,“ cituje web Arizonské státní univerzity jednoho z autorů studie Sang-Heona Dana Shima.

Když v jádru nasněží…

Během experimentu výzkumníci v Argonové národní laboratoři amerického ministerstva energetiky ve státě Illinois pozorovali chování slitiny železa a křemíku v plynné směsi vodíku a argonu při podmínkách předpokládaných ve vnějším jádře.

Stavba Země: Zleva – vnitřní jádro, vnější jádro, spodní plášť, atmosféra, zemská kůra, horní plášť. | zdroj: Profimedia

Směs stlačili a zahřívali laserovými paprsky. Krystalizaci sledovali pomocí extrémně jasných rentgenových paprsků.

Během simulací výzkumníci pozorovali nejen to, že ve vnějším jádru sněží. Zjistili také, že na hranici mezi tekoucím kovovým jádrem a skalnatým pláštěm, kde se při seismických zobrazovacích studiích už po desetiletí objevuje mnoho záhadných jemných struktur, mohou vznikat ‚sněhové vrstvy‘ bohaté na křemík.

Geovědci z Arizonské státní univerzity tak do mozaiky poznatků o nitru naší planety přidali dalších kamínek. Bude však trvat ještě dlouho, než bude mozaika kompletní.