среда, 20. март 2019.

Unutrašnjost Zemlje- toplota




Šta je zaista ispod površine planete?

Struktura 


      Proučavanjem svojstava rasprostiranja (vremena putovanja, amplitude refleksija, karakteristike disperzije, itd.) seizmičkih valova naučnici su otkrili detaljnu strukturu Zemljine unutrašnjosti. Veći deo Zemljine unutrašnjosti je relativno jednostavan i može se predočiti sferom (unutrašnja jezgra) okruženom ljuskama (slika).
  Pitanje koje se nameće je kako su naučnici saznali za delove unutrašnjosti i veličinu pojedinih, npr, da zemljina jezgra počinje na 300 kilometara dubine? Odgovor  je dala seizmografija. Ona izučava rutu kojom se vibracije šire kroz različite delove Zemlje.Vibracije, S-valovi, proizvode zvuk koji čujemo. 'S-valovi' mogu odjeknuti kroz čvrsti, kruti materijal, ne i kroz tekućine. To što na putu širenja kroz Zemljinu unutrašnjost odjednom nestanu dovelo je seizmologe do zaključka da su morali naići na nešto tekuće. Tako je izračunato da se na oko 300 kilometara dubine stene i kamenje tope i pretvaraju iz krutog u tekuće agregatno stanje. To sugeriše da centar Zemlje čini gusta ali tekuća materija. 1930-ih godina danska seizmografkinja Inge Lehmann otkrila je postojanje još jedne vrste valova - 'P-valove'   koji neočekivano putuju kroz Zemljino središte, njenu jezgru, a njihov se uticaj oseća na drugom kraju planete. Ona je iz toga izvukla zaključak da je Zemljina jezgra podeljena u dva sloja.  Prema njenom otkriću, unutrašnji sloj Zemljine jezgre počinje na oko 5.000 kilometara dubine i zapravo je u krutom stanju, dok gornji sloj jezgre tvore metali i stene pretvoreni u tekućine. Njeno otkriće je potvrđeno 1970. godine. Dokazano je da valovi završavaju na drugom delu planete.




       Kako bi konkretno saznali nešto više o tome šta se nalazi u najpovršnijem delu kore Zemlje sovjetski naučnici su u periodu  od 1970. do 1989. godine , usred puste tundre, poluotoka Kola na samom severu Evrope,  iskopali rupu duboku 12.262 metara . Rupa je nazvana  Kolska superduboka bušotina. Iako je Kolska superduboka bušotina najdublja tačka na zemlji, dublja i od Marijanskog jarka, ona čini tek neznatan deo udaljenosti do središta Zemlje. Naime, do tamo je nekih 6.400 kilometara pa ovih  12.262 metara čini tek neznatnih 0,19 posto te udaljenosti. Drugim rečima, doslovno je tek zagrebana površina Zemlje.

Kolska bušotina 


Masa Zemlje, sastav ...

      I bez da se zašlo u dubine  Zemljine unutrašnjosti o njoj se zna poprilično mnogo. Na primer poznata je masa Zemlje. Ona se izračunala pomoću njene gravitacijske sile i objekat koji se nalaze na njenoj površini. Prema tim izračunima masa zemlje iznosi 6 x 10 na 24-tu kilograma, tačnije 59 i još 20 nula. 'Gustoća materijala na površini Zemlje je mnogo niža od prosečne gustoće cele Zemlje, stoga su naučnici zaključili da u njenoj unutrašnjosti postoji nešto mnogo gušće' (  prof. Simon Redfern, Univerzitet u Cambridgeu).
        Zna se, takođe, od kojih teških metala je Zemlja napravljena. Poznato je kako više od 80% Zemljine središnjice tvori gvožđe. Glavni dokaz tome su velike količine  koje se nalaze u svemiru koji okružuje Zemlju. Gvožđe je jedan od deset najčešćih elemenata koje pronalazimo u našoj galaksiji, a pronađeno je i u meteorima. A s obzirom na količinu u kojoj ga pronalazimo, gvožđa ima i na površini Zemlje i to u poprilično velikim količinama. Stoga teorija koja objašnjava nastanak Zemlje navodi i kako je pre 4.5 milijardi godina velika količina gvožđa nekako pronašla svoj put u središte Zemlje. Pretpostavlja se da je upravo središte najteži i najmasivniji deo našeg planeta. Poznato je da je  gvožđe relativno gust element u normalnim uslovima, ali se pod ekstremnim pritiskom  kojim je podvrgnuto u Zemljinoj unutražnjosti,verovatno slama te postaje još gušće. Upravo to objašnjava Zemljinu masu, te dokazuje da se u unutrašnjosti zemlje nalazi puno ovog metala.
     Ostatak Zemljine unutrašnjosti čine stene sačinjene od silikata kroz koje rastaljeno gvožđe  pronalazi put prema utrobi. Slično se događa i sa vodom kada protiče kroz masnu površinu te stežući se u kapljice putuje kroz zemlju. Gvožđe putuje u malenim, nazovimo ih rezervarima, izbegavajući razlevanje u velike i raširene potoke.
  Uglavnom hemijski sastav bi izgledao ovako :

Kora: O, Al, Si, Fe, Mg, Ca, Na, K
Plašt: Mg, Fe, Si
Jezgra: Fe, Ni

Zemljina termalna struktura

(Termalna konvekcija je prenos topline kretanjem zagrijanih delova materije.)

Pitanje temperature jezgre jedno je od najtežih. Zemlja je topla zbog tri uzroka: toplina od formiranja, toplina od hlađenja unutrašnje jezgre i radioaktivna toplina (radioaktivni raspad urana, torija i rubidija).


Konvekcija u plaštu je spora, nekoliko cm na godinu.
Konvekcija u jezgri je puno brža, nekoliko km na godinu.
Atmosferska konvekcija je silovita i kontrolisana toplinom od Sunca.

Toplina u Zemlji se u skladu s drugim zakonom termodinamike prenosi prema hladnijem mestu, dakle prema površini Zemlje. Da je Zemlja manja, toplina bi se prenosila samo vođenjem, ali zbog njezine veličine dolazi i do konvekcije. Kondukcija (vođenje) topline odvija se putem sudara molekula, dok se kod konvekcije materijal, kreće, talasa.

2013. godine francuski istraživači su u laboratoriji izazvali uslove iz unutrašnjosti Zemlje i dali najbolja predviđanja do sada. Testirajući čisto gvožđe kojeg su podvrgnuli visokom pritisku, nešto višem od polovine pretpostavljene temperature koja greje unutrašnjost Zemlje, zaključili su da je tačka taljenja gvožđa u unutrašnjosti Zemlje oko 6.230 stepeni Celzijusa, no zbog prisutnosti drugih metala, tačka taljenja je ipak nešto niža i to oko 6.000 što odgovara temperaturi na površini Sunca.

Zemlja je uspela zadržati svoju temperaturu od početka nastanka,a toplinu dobija zahvaljujući trenju gustih materijala od kojih je sačinjena te od raspadanja radioaktivnih elemenata. No svakih milijardu godina, Zemljina se jezgra ohladi za oko 100 stepeni Celzijusa-


Gde se sve i kako proizvodi toplota? 

                                   Globalna mapa 2015 (AGM2015)

Mapu je objavio naučni časopis "Sajentifik" i na njoj je prikazano kako se pomera toplota  u unutrašnjosti Zemlje


Naučnici imaju okvirnu ideju koliko toplote se proizvodi u unutrašnjosti planete, ali gde se ona tačno proizvodi do sada je bilo teško navesti. Zahvaljujući mapi globalne emisije antineutrina moglo bi da se sazna nešto više o unutrašnjosti Zemlje, kao i o toplotnim procesima koji se tamo dešavaju.
"Dejli mejl" je objavio  da je ova mapa prva sa detaljno navedenim emisijama antineutrina i može takođe da pomogne naučnicima da prate izvore radijacije koju ljudi proizvedu u nuklearnim reaktorima.



     Neutrino i njegov antimaterijski rođak antineutrino najsićušnije su subatomske čestice poznate nauci. Ove čestice su usputni proizvodi nuklearnih reakcija unutar zvezda, supernova, crnih rupa i čovekovom rukom napravljenih nuklearnih reaktora.
      Oni takođe mogu da budu rezultat i radioaktivnog raspadanja unutar naše planete, gde toplota, preostala iz vremena nastanka Zemlje, služi kao gorivo za pomeranje tektonskih ploča, vulkane i magnetno polje planete.



Mapu je objavio naučni časopis "Sajentifik" ( scientific reports )  i na njoj je prikazano kako se toplota pomera u unutrašnjosti Zemlje, što bi trebalo da omogući bolje shvatanje ovih procesa.
- Ova mapa antineutrina mogla bi da obeleži početak nove naučne pod-discipline. Ona je slična nastanku prve mape Severne Amerike nakon dolaska Kolumba, pošto su i ti rani istraživači imali na raspolaganju samo rasute informacije iz nekoliko nepovezanih poseta, a iskoristili su ih da naprave sveobuhvatnu alatku za mnoge druge mape - izjavili su  Džon L
ernd s Univerziteta Havaja.



Vilijam Mekdonou, profesor geologije na Univerzitetu Merilend koji je koautor studije, navodi da je "unutrašnjost Zemlje veoma teško videti, čak i uz pomoć moderne tehnologije"
- Ova mapa mogla bi da se pokaže posebno korisnom za buduća proučavanja procesa unutar donje kore i omotača jezgra - objasnio je Mekdonou.


                                               
 Nije loše pogledati i ove dve mape toplotnih "tačaka" na površini.

Antineutrino Global Map 2015 (AGM2015) daje informacije o površinskom elektronskom antineutrinskom toku Zemlje ( iznad energetskog spektra od 0 do 11 MeV ) ujedno  pomaže u identifikaciji neprijavljenih nuklearnih reaktora.


Google Maps 



Kombinacija prirodnih i od ljudi napravljen antineutrino flux

Googl Maps 


Нема коментара:

Постави коментар