Barne nukleo

Barne nukleoa, Lurraren barreneko geruza da. Esfera solido bat da 1.220 kilometroko erradioa daukana, ilargiaren erradioaren %70 gutxi gorabehera, eta Lurraren %20 inguru^[1][2].

Lurraren egitura.

Ez dago barne nukleoko laginik edo harririk eskuragarri neurketa zuzenak egiteko, mantukoak izan ditzakegun bezala^[3]. Lurraren barne nukleoaren informazioa batez ere uhin sismikoen eta Lurraren eremu magnetikoaren analisitik datoz^[4]. Nikel eta burdin aleazio batez osatuta dago bai eta beste zenbait elementuz ere. Hau dela eta, bere dentsitatea oso altua da, ia 14 g/cm³-koa. Barne nukleoaren azaleko tenperatura 5.700 °K (5.430 °C) ingurukoa da, ia Fotosfera-ko tenperatura berbera^[5].

Aurkikuntza

P (konpresiozko) eta S (zizaila higidurako) uhinen abiadura Lurarren abrruan PREM ereduaren arabera. Gris iluneko eremua (6 zenbakizkoa) barne-nukleoa da kanpo nukleoaren azpian dagoena zeinek S uhinak pasatzen galarazten dituen.

Nukleoak barne geruza bat zeukala bere kanpo geruza likidoaz gain 1936an aurkitu zuen Inge Lehmann^[6] sismologo danimarkarrak. Hau, Zeelanda Berriko lurrikara batzuen sismogramak behatuz ikusi zuen. Lehnmannek uhin sismikoak aztertuz hauen isladapen bat zegoela ikusi zuen, barne nukleoaren mugan hain zuzen ere, eta islatutako uhinak lurrazalean zehar detekta zitezkeela sismagrama oso sentikorrei esker, gorputz honen erradioa lurraren erradioaren 1/6 zela aurresan zuen. Muga honi Bullen-en etena^[7] deritzo, askotan Lehnmannen etena^[8] ere. Urte batzuen ostean, 1940an, barne nukleoa burdinez egindako solido bat zelaren hipotesia egin zen 1971an onetsi egin zena^[9]. Kanpo nukleoa likidoa zela ondorioztatu zen hainbat behaketen ondoren zeinetan P uhinak (konpresiozkoak) gurutzatzen zuten baina S uhinak ez (zizaila higidurazkoak). S uhinek solidoetan barna ondo hedatzen dira baina likidoetan oso gutxi hedatzen dira ia hedaezinak direla esanik^[10]. PREM modeloari esker (Preliminary Reference Earth Model) bere dentsitatearen baloreak eman ziren: 12300 kg/m³ nukleoaren azalean eta 13100 kg/m³ lurraren zentruan.^[11] 1995ean, modelo sismologiko berri batek, ak135^[12], nukleoaren erradioa 1217,5 km-koa dela dio. Emaitz hauek Annie Souriau sismologo frantzesaren behaketekin bat egiten dute zeinek nukleoaren elipsizitatea aztertu zuen onden erreflexioaren bitartez.^[13]

2002an, ikerlari estatu batuarrak barne nukleoaren azpinukleo baten presentzia iragarri zuten^[14] (innermost inner core ingeleraz) beranduagoko ikerketa batek berretsi zuena. Ikerketa hauek nukleoaren anisotropia sismikoan oinarritzen dira.

Ezaugarri fisikoak

Uhin-sismikoen abiadura

Nukleoan S uhinen abiadura pixka bat aldatu egiten da: 3,7 km/s erdialdean eta 3,5 km/s gainazalean. Abiadura hori litosferako barnealdean S uhinen abiadura baino nabarmen txikiagoa da (4,5 km/s inguru) eta mantu sakoneko abiaduraren erdia baino gutxiago, kanpoko nukleoaren gainetik (7,3 km/s inguru)^[15].

P uhinek nukleoan duten abiadura ere pixka bat aldatzen da barne-nukleoan zehar, 11,4 km/s-tik (erdialdean) 11,1 km/s-ra (gainazalean). Jarraian, abiadura bat-batean jaisten da barneko nukleoaren eta kanpokoaren arteko mugan, 10,4 km/s-raino^[15].

Tenperatura

Barne nukleoaren tenperatura burdinaren urtze puntuarena baino handiagoa da. Hala ere, kanpo nukleoan gertatzen ez den bezala, barne nukleoa solidoa da presioa izugarri altua delako. Bi nukleoen arteko mugan tenperatura 5400 °C ingurukoa dela kalkulatu da. Presioa (3,6 milioi atmosfera baino gehiago, 330 GPa) eta dentsitatea hain handiak direnez, burdinaren atomoak ezin dira fase likidora pasa bere urtze tenperatura zeharo handitzen baita hain orden handiko presioetan (Clausius-Clapeyron ekuazioa)^[15][16][17]. Hala ere, 2013an S. Anzellinik eta bere taldeak tenperatura nabarmen altuagoa lortu zuten burdinaren urtze punturako, modu esperimentaldean: 6230 ± 500 K^[18].

Eremu-magnetikoa

2010ean, Bruce Buffettek zehaztu zuen kanpoko nukleo likidoaren batez besteko eremu magnetikoa 2,5 militesla ingurukoa dela (25 gauss), hau da, lurrazaleko intentsitate maximoa halako 40 inguru. Ilargiak eta Eguzkiak kanpoko nukleo likidoan itsasaldiak eragiten dituztela ezaguna den egitatetik abiatu zen, lurrazaleko ozeanoetan egiten duten bezala. Ikusi zuen likidoak eremu magnetiko lokalean zehar egiten duen mugimenduak korronte elektrikoak sortzen dituela, Ohmen legearen arabera energia bero moduan barreiatzen dutenak. Disipazio horrek, era berean, mareen mugimenduak moteltzen ditu eta Lurraren nutazioan lehenago antzemandako anomaliak azaltzen ditu^[19]. Azken efektu horren magnitudean oinarrituta, eremu magnetikoa kalkulatu ahal izan zuen. Pentsatzekoa da barne-nukleoaren eremuak antzeko intentsitatea izango duela. Zeharka bada ere, neurketa hori ez dago Lurraren bilakaerari edo nukleoaren osaerari buruzko hipotesien mende.

Biskositatea

Uhin sismikoak nukleoan zehar solidoa balitz bezala hedatzen diren arren, neurketek ez dute material solido bat eta oso likatsua den beste bat bereiztea ahalbidetzen. Horregatik, zientzialari batzuek pentsatu dute ea barne-nukleoan konbekzio geldoa egon daitekeen (mantuan dagoela uste den bezala). Hori azterketa sismikoetan antzemandako anisotropiaren azalpen bat izan liteke. 2009an, B. Buffettek barne nukleoaren biskositatea 10¹⁸ Pascaletan estimatu zuen^[20], hau da, uraren biskositatea baino sextilioi bat aldiz eta bikea halako mila milioi handiago.

Osaketa

Oraindik ez dago barne-nukleoaren osaerari buruzko zuzeneko frogarik. Hala ere, Eguzki Sistemako hainbat elementu kimikoren prebalentzia erlatiboan, planeta-eraketaren teorian eta Lurraren gainerako bolumenaren kimikak ezarritako edo inplizituki ezarritako murrizketetan oinarrituta, barne-nukleoa batez ere burdinazko eta nikelezko aleazioan datzala uste da.

Presio ezagunen eta nukleoaren tenperatura estimatuen arabera, burdina purua solidoa izan daitekeela aurreikusten da, baina bere dentsitateak nukleoaren dentsitate ezaguna % 3 inguru gaindituko luke. Emaitza horrek esan nahi du nukleoan elementu arinagoak daudela, hala nola silizioa, oxigenoa edo sufrea, baita nikela ere^[21]. Azken zenbatespenek (2007) % 10erainoko nikela eta identifikatu gabeko elementu arinagoen % 2-3a ahalbidetzen dute.

D. Alfè eta beste batzuen kalkuluen arabera, kanpoko nukleo likidoak % 8 eta % 13 arteko oxigenoa du, baina burdina barne-nukleoa osatzeko kristalizatu ahala, oxigenoa likidoan geratzen da gehienbat.

Laborategiko esperimentuek eta uhin sismikoen abiaduren analisiak adierazten dute barne-nukleoa burdinaz osatuta dagoela, pakete itxiko egitura hexagonala duen metalaren forma kristalinoa. Egitura horrek nikel kantitate txikiak eta beste elementu batzuk sartzea onar dezake oraindik^[22][23].

Eraketa

Lurraren hozketa dela eta, Lurraren zentruaren tenperatura nikel eta burdin aleazioko fusio tenperaturatik jaitsi zen. Ondorioz, poliki-poliki kanpo nukleo likidoa solidifikatzen hasi zen. Honek esan nahi du bi nukleoen arteko muga kristalizazio eremu bat dela. Honi esker geruza honen azaleko tenperatura jakitea ahalbidetzen gaitu betiere eskualde horretako presioa ezagutzen badugu. Hainbat mineralogistek burdin muestrak hartu eta nukleoak jarduten duen presioaren berdina eragin diote horrela burdinaren urtze tenperatura, eta aldi berean nukleoarena, kalkulatzeko. 5500K-ekoa dela kalkulatu da baina gaur egungo egoerarekin ezin da 500K errorea baino behaketa hobeagorik egin.

Historia

Hoztearen abiaduraren ondorioz, uste da barne nukleoa duela 0,5-tik 2 bilioiko tartean solidifikatzen hasi zela nukleo guztiz likidotik (planetaren osaketaren ostean sortu zena). Hau egia izango balitz, esan nahiko luke Lurraren barne nukleoa ez dela ezinbesteko ezaugarri bat planetaren osaketan baizik eta ezaugarri bat Lurra baino gazteagoa dena (Lurra 4,5 billioi urte inguru dauzka).

Dinamika

Barne nukleoa poliki-poliki handitzen dela uste da kanpo nukleoarekin mugan dagoen likidoa hoztu egiten baita eta solidifikatzen da Lurraren hozketa gradualaren ondorioz (100 °C / 1 Bilioi urte). Hainbat ikerlarik hasieran uste zuten barne nukleoa homogeneoa izango zela hasieran barne nukleoa hozten zihoan likido bat zelako, gaur egun gertatzen den prozesu berberaz. Hainbestekoa zen uste hau non barne nukleoa burdinezko kristal bakar bat zelaren hipotesia sortu zen baina predikzio hauek ezeztatuak izan ziren behaketei esker. Behaketa hauetan nolabaiteko anabasa zegoela ikusi zen uhin sismikoak zati batzuetatik azkarrago igarotzen baitziren beste leku batzuetatik baino. Nukleoaren atal hau, kanpo nukleo likidoari esker Lurraren gainontzeko egiturarekiko ez dago hain gogor lotuta, hori dela eta, ekialderantz biratzen duela konprobatu da lurrazala baino abiadura handiagoaz. Kalkulatu da abiadura honek urtean barne nukleoak beste planeta guztiak baino gradu bat gehiago egiten duela