Γιατί ο πυρήνας της Γης είναι πιο ζεστός από την επιφάνεια του Ήλιου χωρίς ποτέ να λιώνει;
Τα ηφαίστεια του νοτιοανατολικού Αιγαίου από την Σκάλα της Κεφάλου, Κω. Το κέντρο της Γης είναι τόσο ζεστό όσο η επιφάνεια του Ήλιου, κι όμως δεν είναι υγρό.
Μοιάζει σαν κάτι βγαλμένο κατευθείαν από μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας: βαθιά μέσα στον πλανήτη μας, ο σίδηρος θερμαίνεται σε απίστευτες θερμοκρασίες που ανταγωνίζονται την επιφάνεια του Ήλιου - και όμως, κόντρα σε όλες τις πιθανότητες (και τις προσδοκίες της τάξης φυσικής), παραμένει συμπαγής. Ποιο παράξενο κόλπο εμποδίζει τον εσωτερικό πυρήνα της Γης να λιώσει σε μια λίμνη λάβας; Η απάντηση είναι λιγότερο μυστηριώδης από ό,τι νομίζετε: μια αόρατη αλλά κολοσσιαία δύναμη - η πίεση!
Γιατί ζεσταίνεται περισσότερο όσο πιο βαθιά πηγαίνεις;
Οι μεταλλωρύχοι το γνωρίζουν αυτό εδώ και αιώνες, κυριολεκτικά από την αρχαιότητα: όσο πιο βαθιά σκάβεις, τόσο πιο ζεστή γίνεται. Οι γεωλόγοι το ονομάζουν γεωθερμική βαθμίδα-κλίση. Για παράδειγμα, μέσω του ηπειρωτικού φλοιού της Βόρειας Αμερικής, η θερμοκρασία αυξάνεται κατά περίπου 30°C ανά χιλιόμετρο (δηλαδή περίπου 87°F ανά μίλι, για όσους από εμάς εξακολουθούμε να προβληματιζόμαστε από το μετρικό σύστημα). Μόλις όμως σπρώξετε πέρα από τον φλοιό μέσα στον μανδύα, η αύξηση της θερμοκρασίας επιβραδύνεται σε περίπου 0,3°C ανά χιλιόμετρο (0,87°F ανά μίλι).
Στη βάση της λιθόσφαιρας: περίπου 1.300°C (2.372°F)
Στη βάση του μανδύα: περίπου 3.700-4.000°C (6.692-7.232°F)
Στο κέντρο της Γης, στον εσωτερικό πυρήνα: περίπου 5.500°C (9.932°F)-σχεδόν τόσο καυτή όσο η επιφάνεια του Ήλιου!
Ο πυρήνας είναι κάτι περισσότερο από απλό σίδηρο και νικέλιο
Έχουμε συνηθίσει να ακούμε ότι ο πυρήνας της Γης είναι κατασκευασμένος από κράμα σιδήρου-νικελίου. Αυτό είναι αλήθεια, αλλά η ιστορία, όπως συμβαίνει με τα περισσότερα γεωλογικά πράγματα, γίνεται πιο περίπλοκη όταν την κοιτάξει κανείς προσεκτικά. Τόσο ο εσωτερικός όσο και ο εξωτερικός πυρήνας περιέχουν ορισμένες ποσότητες των λεγόμενων «ελαφρών» στοιχείων - αν και οι επιστήμονες εξακολουθούν να διαφωνούν για το ποια ακριβώς είναι αυτά. Αυτό που είναι σαφές είναι ότι αυτά τα ελαφρύτερα στοιχεία παίζουν σημαντικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί ο πλανήτης μας βαθιά κάτω από την επιφάνεια.
Στερεός πυρήνας σε θερμοκρασίες παρόμοιες με τον Ήλιο: Το παράδοξο της πίεσης
Να το πραγματικό πρόβλημα: ενώ ο εσωτερικός πυρήνας είναι στερεός, περιβάλλεται από έναν εξωτερικό πυρήνα που είναι υγρός. Πώς είναι δυνατόν αυτό; Σε τόσο ακραίες θερμοκρασίες, δεν θα έπρεπε τα πάντα απλώς να λιώνουν; Σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, όχι ακριβώς.
Για να καταλάβετε γιατί, θυμηθείτε: η θερμοκρασία από μόνη της δεν καθορίζει αν μια ουσία είναι στερεά, υγρή ή αέρια. Η πίεση είναι εξίσου κρίσιμη. Πάρτε για παράδειγμα το αγαπημένο μέρος ενός ορειβάτη για πάρτι - στην κορυφή του Όρους Λευκό-Mont Blanc (την υψηλότερη κορυφή στις Άλπεις!), το νερό βράζει μόνο στους 84°C (183°F) περίπου λόγω της χαμηλότερης ατμοσφαιρικής πίεσης, σε σύγκριση με τους 100°C (212°F) στο επίπεδο της θάλασσας. Η αλλαγή της πίεσης, όπως αποδεικνύεται, αλλάζει τη θερμοκρασία στην οποία κάτι αλλάζει κατάσταση.
Με τον σίδηρο, το κύριο συστατικό του πυρήνα, η υψηλότερη πίεση σημαίνει ότι χρειάζεται ακόμη περισσότερη θερμότητα για να λιώσει. Όπως και με τη θερμοκρασία, η πίεση αυξάνεται καθώς προχωράτε βαθύτερα - αλλά τα δύο δεν βρίσκονται στην ίδια καμπύλη: η πίεση αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι η θερμοκρασία.
Στο κέντρο της Γης, η εκτιμώμενη πίεση είναι περίπου 360 γιγαπασκάλ (GPa) - δηλαδή 3,6 εκατομμύρια φορές την ατμοσφαιρική πίεση, που ισοδυναμεί με σύνθλιψη κάτω από σχεδόν 6.371 χλμ. στερεού βράχου. Κάτω από αυτή την αφόρητη συμπίεση, το σημείο τήξης του σιδήρου ανεβαίνει στους 6.000°C περίπου.
Ο πυρήνας δεν είναι τόσο «συμπαγής» όσο νομίζαμε
Έτσι, η θερμοκρασία στον εσωτερικό πυρήνα βρίσκεται ακριβώς -λίγο! -κάτω από το σημείο τήξης του σιδήρου σε αυτή την κολοσσιαία πίεση, γι' αυτό και εξακολουθεί να είναι στερεός, παρόλο που είναι θερμότερος από την επιφάνεια του Ήλιου (όπου, αντίθετα, η πίεση είναι πρακτικά μηδενική).
Ένας εξελισσόμενος πυρήνας- όχι πάντα συμπαγής
Αλλά δεν ήταν πάντα έτσι. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η στερεοποίηση της «φύτρας» (του στερεού μέρους του πυρήνα) είναι σχετικά πρόσφατη σε σύγκριση με την ηλικία της Γης. Ανάλογα με τη μελέτη που θα διαβάσετε, αυτή η κρυστάλλωση μπορεί να συνέβη μόνο πριν από 0,5 έως 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια!
Ο λόγος; Η Γη ήταν κάποτε πολύ πιο ζεστή. Πριν από περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ η πίεση στο κέντρο ήταν πιθανώς παρόμοια, η θερμοκρασία ξεπέρασε το σημείο τήξης του σιδήρου. Όταν η Γη σχηματίστηκε για πρώτη φορά, διατήρησε τεράστια θερμότητα από γιγάντιες συγκρούσεις κατά τη διάρκεια της συσσώρευσης (οι άγριες μέρες της πλανητικής δημιουργίας!). Με την πάροδο του χρόνου, αυτή η θερμότητα έχει σταδιακά διαφύγει στο διάστημα, επιτρέποντας στη θερμοκρασία στον πυρήνα να πέσει κάτω από το φράγμα τήξης-στερεοποίησης και να δημιουργήσει έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα - μια διαδικασία που βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη. Στην πραγματικότητα, η ακτίνα του εσωτερικού πυρήνα πιστεύεται ότι αυξάνεται κατά περίπου 0,5 έως 1 χιλιοστό ετησίως (περίπου 0,02 έως 0,04 ίντσες, αν προτιμάτε).
Έτσι, βαθιά μέσα στη Γη, και παντού αλλού στο σύμπαν, δεν είναι μόνο η θερμοκρασία που καθορίζει την κατάσταση της ύλης - είναι η ισορροπία μεταξύ θερμότητας και πίεσης που επιτρέπει στον σίδηρο να παραμένει στερεός σε θερμοκρασίες κατάλληλες για μια αστρική επιφάνεια.
Αν ποτέ παραπονεθείτε ότι το γραφείο σας είναι πολύ αποπνικτικό, απλώς να χαίρεστε που δεν εργάζεστε στο κέντρο του πλανήτη.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα futura-sciences
https://www.futura-sciences.com/en/why-earths-core-burns-hotter-than-the-suns-surface-without-ever-melting_36993/
