Wiedza i Życie - wydanie specjalne 05/2011
W numerze m.in.:
Nadzieja w nauce Nie obserwujemy jej bezpośrednio. Nie możemy też jej wytworzyć ani zniszczyć. Nie możemy się również bez niej obejść i nieustannie usiłujemy nad nią zapanować. Bo od energii zależy istnienie naszej cywilizacji. Jak bardzo? Wystarczy przypomnieć sobie awarię sieci elektrycznej. Gdy nagle zabraknie prądu, na ulicach miast panuje chaos, jest ciemno, niekiedy robi się zimno i nie ma wody, przestają działać komputery, radio, telewizja, w wyłączonych lodówkach zaczyna się psuć żywność, stają pociągi… W 2008, świat zużył 474 ×1018 dżuli, czyli132 tys. terawatogodzin. A liczba ludności rośnie, bynajmniej nie liniowo. I mało prawdopodobne, aby mieszkańcy krajów, w których ten wzrost jest największy – a już na pewno nie tych, które właśnie ostatnio zaczęły się gospodarczo intensywne rozwijać – chcieli się samoograniczać. Mimo to bagatelizujemy zagrożenie, że paliwa kopalne się wyczerpią, mając wciąż nadzieję, że nas ten problem nie dotyczy, że jakoś to będzie, że jeszcze coś się wykopie, wypompuje, odkryje. Nie tylko zużywamy ogromne (w ziemskiej skali) ilości energii, to jeszcze mnóstwo jej marnujemy – dość powiedzieć, że przeciętnie gros energii napędzającej samochód jest zużywane do przemieszczenia samego pojazdu, a tylko kilka procent na przemieszczenie jego pasażera. Co dalej? Nadzieja w nauce. Czy nauczymy się efektywniej korzystać z energii Słońca (tanie ogniwa fotowoltaiczne), czy może zdołamy wytworzyć własne (energia temojądrowa) – nie wiadomo. Ale trzeba działać już. Bo możemy nie zdążyć.
Elżbieta Wieteska
Pełny spis treści

Wszechświat
Astronomia
Na kosmiczną skalę; Weronika Śliwa

Kosmologia
Ciemna energia; Krzysztof Bolejko

Entropia
Życie to forma istanienia tarcia; Fragment książki „Stąd do wieczności i z powrotem” Seana Carrolla

Energetyka przyszłości
Prognostyka
Paliwo dla świata; Adam Gwiazda

Surowce
Nadzieja w łupkach; Paweł Poprawa

Energetyka solarna
Tysiące luster, w każdym słońce; Andrzej Hołdys

Energetyka termojądrowa
Jak zrobić gwiazdę; Elżbieta Wieteska

Energia wiatrowa
Potęga wiatru; Wiesław B. Pietrzak

Energetyka jądrowa
Tor kontra uran; Krzysztof Andrzejewski

Biopaliwa
Cel: etanol; Adam Wawrzyński

Fotowoltaika
Jazda na glonach; Andrzej Hołdys

Życie
Fizjologia
Co nas napędza; Marta Żylicz

Fizjologia
Komórkowe elektrownie; Marek Jurgowiak

Z archiwum
Nowa siła, wielka moc

Felieton
Bazcenna aktywność wszechrzeczy; Jerzy Bralczyk

Aktualne numery
05/2020
04/2020
Kalendarium
Czerwiec
2
W 1897 r. Guglielmo Marconi uzyskał patent na radio.
Warto przeczytać
Sądzisz, że świadomie kierujesz swoim życiem, podejmujesz racjonalne decyzje i z rozwagą kształtujesz swoje relacje z innymi? Jeśli tak, jesteś w błędzie. Słynny naukowiec, Leonard Mlodinow odkrywa przed czytelnikami zaskakujące i egzotyczne siły działające pod powierzchnią naszych umysłów

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-06-13
Tajemnicze trzecie jądro

Ile jąder ma Ziemia? Z podręcznika dowiemy się, że dwa - zewnętrzne i wewnętrzne. Jednak w samym jej centrum może się znajdować jeszcze jedno - najmniejsze, lecz i najstarsze, pamiętające początki planety.

Pod koniec XVII wieku anglikański teolog Thomas Burnet, kształcony w Cambridge, opublikował obszerną, przetłumaczoną potem na wiele języków rozprawę geologiczną na temat budowy Ziemi. Ponieważ nie dysponował żadną wiedzą naukową, mógł polegać tylko na własnej intuicji i wyobrażeniach. Mimo to poczynał sobie nadzwyczaj śmiało, zapuszczając się w swoich rozważaniach w rejony niebezpieczne nawet dla badacza żyjącego obecnie. W dziele "Sacred Theory of The Earth" (1681), czerpiąc inspirację głównie z Biblii, dowodził, że Ziemia jest jak jajko - składa się z trzech warstw odpowiadających żółtku, białku i skorupce. Przeczucie go nie myliło.

Okazało się to ponad dwa wieki później, kiedy nastał czas pierwszych prawdziwych odkryć. W roku 1909 chorwacki badacz Andrij Mohorovičic zidentyfikował skorupę Ziemi i leżący pod nią płaszcz (było to "białko" Burneta), a pięć lat później Amerykanin Beno Gutenberg odkrył jądro ("żółtko"). Potwierdzono też, że nasza planeta jest rzeczywiście nieco spłaszczona, chociaż do jajka trochę jej brakuje.

W miarę jak przybywało danych, ten początkowo prosty obraz budowy planety stawał się coraz bardziej złożony. Płaszcz ziemski podzielono na dwie części - górną od zewnątrz i dolną wewnątrz. Również w jądrze wyodrębniono strefę zewnętrzną o płynnej konsystencji oraz wewnętrzną, gdzie materia jest w stałym stanie skupienia. By jeszcze bardziej rzecz skomplikować, dodajmy, że w warstwach gęstszych i sztywniejszych odkryto miejsca, gdzie materia jest płynna lub półpłynna, i odwrotnie - w obrębie warstw płynnych znajdują się partie zestalonej materii.
Dzięki nowym technikom badawczym naukowcy zdobywają też coraz więcej, co nie znaczy, że dużo, informacji o najbardziej tajemniczej strukturze Ziemi - jądrze wewnętrznym - a także o najwcześniejszych jej dziejach. Obie sprawy są ze sobą powiązane. Podróż do centrum Ziemi jest zarazem podróżą w czasie do początków globu, gdy dopiero formował się z materii międzygwiazdowej, zasysając niczym grawitacyjny odkurzacz kolejne drobiny pyłów i gazów.

Burnet uważał, że Bóg stworzył Ziemię jako idealnie gładką i jednolitą kulę. Dopiero pod ciężarem ludzkich grzechów jej powierzchnia się zapadła, uwalniając ukrytą niżej wodę, która zalała świat. Ta powódź doprowadziła do powstania gór, dolin, jaskiń i poszarpanych brzegów morskich. Oczywiście poglądy współczesnych geofizyków na temat ewolucji planety mają niewiele wspólnego z zupełnie nienaukową wizją angielskiego teologa. Na plus trzeba mu jednak zapisać, że przyczyn powstawania gór czy istnienia brzegów morskich szukał w głębi Ziemi, co okazało się słusznym założeniem. Gdyby nie energia cieplna płynąca z jądra, gdzie temperatury dochodzą do 5000 °C, wierzchnia warstwa globu byłaby może gładka jak kula Burneta. Jednak pod wpływem ciepła wynoszonego na zewnątrz przez prądy konwekcyjne skalna otoczka planety pękła, dzieląc się na wiele ruchomych fragmentów zwanych płytami litosfery. Konsekwencją ich ruchu jest m.in. powstanie gór i niebotycznych morskich otchłani.

Emanujące ciepłem jądro planety, zbudowane z żelaza z domieszką niklu, siarki i innych pierwiastków, jest też źródłem pola magnetycznego, które chroni żywe organizmy przed niektórymi rodzajami promieniowania kosmicznego. Burnet o tym nie wiedział, ale bez "żółtka" trzecia planeta od Słońca nie nadawałaby się do życia, przynajmniej dla istot takich jak my. Stąd tak wielkie zainteresowanie właściwościami i budową jądra.

Kryształowy rdzeń

Nowe badania wykonane metodami, które dopracowano dopiero w dwóch ostatnich dziesięcioleciach, przynoszą zaskakujące odkrycia. Wiosną tego roku grupa badaczy poinformowała, że ziemski glob może mieć nie dwa, lecz aż trzy jądra. Naukowcy opowiedzieli się w ten sposób za kontrowersyjną koncepcją przedstawioną w roku 2002 przez prof. Adama Dziewońskiego, polskiego sejsmologa pracującego na Harvardzie i zaliczanego do najwybitniejszych obecnie znawców ziemskiego jądra. To on w 1971 roku wspólnie z Freemanem Gilbertem dostarczył pierwszych przekonujących dowodów na to, że wewnętrzne jądro planety, wydzielone już w 1936 roku na podstawie głównie teoretycznych rozważań, jest rzeczywiście sztywne.

Sześć lat temu Dziewoński i jego doktorantka Miaki Ishii opublikowali w "Proceedings of the National Academy of Sciences" analizę obejmującą około 300 tys. pomiarów fal sejsmicznych, które przeszły przez jądro wewnętrzne planety. Tylko 3 tys. spośród nich dotarło w pobliże środka Ziemi. Ich wędrówka przebiegała inaczej, niż się spodziewano, co skłoniło oboje badaczy do postawienia tezy, że w centrum Ziemi znajduje się jeszcze jedno jądro. Pomiary sugerowały, że ma ono promień około 300 km i stanowi jedną dziesięciotysięczną objętości planety. Od pozostałych różni się innym uporządkowaniem cząsteczek żelaza. Niby drobiazg, ale niezwykle istotny. "To może być pozostałość z najwcześniejszego etapu formowania się Ziemi. Taka pestka, wokół której potem urosła planeta" - komentował Dziewoński w uczelnianej gazecie "Harvard Gazette", zastrzegając, że rzecz wymaga potwierdzenia.