Jak vlastně víme, co se nachází uvnitř Země?

Nikdo z nás nikdy nebyl v zemském jádru. Nejhlubší vrt na světě dosáhl jen něco přes 12 kilometrů – to je
méně než jedna tisícina poloměru Země. Přesto dnes s poměrně velkou přesností víme, že Země má kůru, plášť,
vnější a vnitřní jádro, a jaké mají přibližně složení i fyzikální vlastnosti. Jak je to možné?

Seismické vlny: „rentgen“ planety

Nejdůležitější informace o vnitřku Země pocházejí ze seismologie – studia zemětřesení.
Když dojde k zemětřesení, vznikají seismické vlny, které se šíří planetou různými rychlostmi
a různými cestami.

Existují dva základní typy tělesových vln:

• P-vlny (podélné) – šíří se pevnými, kapalnými i plynnými látkami,
• S-vlny (příčné) – šíří se pouze pevnou látkou, v kapalinách zanikají.

Když S-vlny „zmizí“ v určité hloubce a P-vlny se ohýbají (refrakce) a mění rychlost, ukazuje to,
že se mění vlastnosti prostředí. Právě z těchto změn vědci odvodili:

• že Země má kapalné vnější jádro (S-vlny přes něj neprojdou),
• že uvnitř se nachází pevné vnitřní jádro (P-vlny se v něm odrážejí a zrychlují),
• že kůra, plášť a jádro mají různé hustoty a složení.

Gravitační pole a hustota Země

Další stopou je gravitační pole Země. Z celkové hmotnosti planety
a jejího poloměru víme, jaká je průměrná hustota Země – a ta je vyšší než hustota hornin v kůře.
To znamená, že vnitřek musí být mnohem hustší než povrch.

Podrobné gravimetrické mapy ukazují i drobné změny v gravitaci,
z nichž lze usuzovat na rozložení hmoty v plášti a jádru.
To vše dohromady potvrzuje model s hustým kovovým jádrem a silikátovým pláštěm.

Magnetické pole: důkaz kapalného kovového jádra

Země má silné planetární magnetické pole, které chrání povrch před částicemi slunečního větru.
Podle současného chápání vzniká magnetické pole pohybem vodivého materiálu – tzv. geodynamo.

Nejlépe tomuto modelu odpovídá:

• kapalné vnější jádro tvořené převážně roztaveným železem a niklem,
• pevné vnitřní jádro, které se postupně ochlazuje a krystalizuje,
• konvekční proudění a rotace Země, které generují magnetické pole.

Bez takového kapalného kovového jádra by současné magnetické pole nemohlo existovat.

Meteority: stavební materiál naší planety

Dalším zdrojem informací jsou meteoriten – zejména tzv. železné a kamenné meteority.
Mnohé z nich jsou pozůstatky zničených protoplanet, které měly vlastní jádra a pláště.
Jejich složení ukazuje, z jakých materiálů se tvořily tělesa ve vnitřní části sluneční soustavy.

Chemické složení některých meteoritů (podíl železa, niklu, lehčích prvků) dobře odpovídá
tomu, co očekáváme u zemského jádra. Meteority nám tak poskytují „vzorky“ materiálu,
který se nachází v hloubkách, kam se nikdy nedostaneme.

Laboratorní experimenty při extrémních tlacích

V laboratořích dnes dokážeme vytvářet tlaky a teploty podobné těm v zemském plášti a jádru
– pomocí diamantových kovadlin a výkonných laserů.

Vědci zkoumají:

• jak se chová železo a slitiny při tlacích milionů atmosfér,
• jak se mění struktura hornin při extrémních podmínkách,
• jaká je rychlost šíření seismických vln v různých materiálech.

Porovnáním těchto výsledků s pozorovanými seismickými daty lze upřesnit,
jaké materiály se kde uvnitř Země nacházejí.

Nejhlubší vrt je jen „škrábanec“ na povrchu

Nejhlubší vrt na světě, Kola Superdeep Borehole v Rusku, dosáhl zhruba 12 km hloubky.
To je méně než 0,2 % poloměru Země. Přesto nám poskytl důležité informace:

• reálné teploty a tlaky v zemské kůře,
• zjištění, že horniny jsou ve větších hloubkách jiné, než se očekávalo,
• potvrzení, že model vnitřní struktury je správný, ale detaily jsou složitější.

Vrt je důkazem, že přímý přístup k hlubokému vnitřku planety nemáme – a proto jsou
nepřímé metody (seismologie, gravitace, magnetické pole, meteority, experimenty) tak důležité.

Když se díváme na planetu zvenčí, vidíme oceány, kontinenty a mraky.
Když ji zkoumáme fyzikou, vidíme vrstvy hornin, kovové jádro a dynamický systém,
který formuje naši geologickou historii i podmínky pro život.