Po desetiletích debat vědci konečně rozluštili, jak se zemské jádro přeměnilo z kapalného na pevné, aniž by se přitom zhroutilo magnetické pole planety. Nová studie ukazuje, že klíčovou roli sehrál uhlík: právě jeho přítomnost v jádře umožnila krystalizaci železa při ideálních podmínkách.
Zdá se, že řešení dlouholeté geofyzikální záhady – jak se zformovalo zemské jádro, aniž by se zhroutilo jeho magnetické pole – spočívá v jediném prvku: uhlíku. Nejnovější výzkum odhalil, že tato chemická složka měla zásadní význam pro přechod jádra naší planety z kapalného do pevného skupenství, což je mnohem složitější proces, než se dosud předpokládalo, a který byl po desetiletí předmětem diskusí ve vědecké komunitě. Tento průlomový objev doplňuje další zjištění, která nadále odhalují složitost jádra naší planety, například podivný puls zjištěný v nitru Země, který rovněž vyvolal intenzivní vědeckou debatu.
Ve skutečnosti spočívala velká záhada v křehké teplotní rovnováze. Aby roztavené železo v jádře začalo krystalizovat, muselo se ochladit pod bod tání v jevu známém jako podchlazení. Problém spočívá v tom, že pokud by toto ochlazení bylo příliš drastické – přibližně z 800 na 1 000 stupňů Celsia – vnitřní dynamo, které vytváří magnetický štít chránící život na Zemi, by se zcela zastavilo. Studium této dynamiky je nejen zásadní pro pochopení planetární geofyziky, ale otevírá dveře budoucím inovacím, přičemž někteří navrhují, že energie budoucnosti by mohla pocházet přímo ze zemského jádra.
K jejímu vyřešení použil tým vědců počítačové simulace atomů a testoval, jak různé prvky ovlivňují tuhnutí železa při extrémních tlacích a teplotách. První výsledky jen přispěly k intrikám, protože přítomnost křemíku a síry oproti očekávání zpomalovala proces mrznutí. Tyto prvky zdaleka nebyly řešením, naopak ještě více ztížily vysvětlení současného stavu jádra.
Uhlík jako klíčový dílek geologické skládačky
Simulace nakonec přišly s přesnou kombinací, která vše vysvětluje. Složení, které zahrnuje 3,8 % uhlíku v jádře, umožňuje zahájit tuhnutí při podchlazení na pouhých 266 stupňů. To nejenže dokonale odpovídá geofyzikálním odhadům 250 stupňů, ale je to také jediná známá směs, která zdůvodňuje jak počátek krystalizace, tak současnou velikost vnitřního jádra.
Studie navíc odhaluje další pozoruhodný rys tohoto procesu. Na rozdíl od vzniku krupobití, které k zahájení tuhnutí potřebuje jako „semínko“ prachovou částici nebo ledový krystal, zemské jádro nepotřebovalo k tuhnutí žádný vnější činitel. Tento jev, nazývaný homogenní nukleace, dokazuje, že krystalizace tekutého železa probíhala spontánně, což podtrhuje výjimečnost vzniku naší planety.
Důsledky pro budoucnost Země
Objev významu uhlíku při tuhnutí zemského jádra nám nejen pomáhá lépe pochopit historii naší planety, ale má také důsledky pro její budoucnost. Magnetické pole Země, které vzniká pohybem tekutého železa ve vnějším jádře, je nezbytné pro ochranu před slunečním a kosmickým zářením. Bez tohoto štítu by byl život na povrchu ohrožen potenciálně smrtelnou úrovní radiace.
Pochopení toho, jak se zformovalo zemské jádro, by nám navíc mohlo pomoci identifikovat podobné planety v jiných slunečních soustavách. Hledání obyvatelných exoplanet se zaměřuje na hledání světů s charakteristikami podobnými Zemi a stabilní jádro a ochranné magnetické pole jsou klíčovými prvky pro obyvatelnost.
V konečném důsledku by tato studie mohla být také inspirací pro nové technologie. Schopnost napodobit nebo využít procesy probíhající v zemském jádře by mohla vést k inovacím v oblasti skladování energie nebo vytváření pevnějších materiálů. Zemské jádro zůstává v mnoha ohledech záhadou, ale každý nový objev nás přivádí o krok blíže k odhalení jeho tajemství.