A Föld belső magja: szerkezete, összetétele és hőmérséklete

Föld belső magja: részletes áttekintés szerkezetéről, vas‑nikkel összetételéről, 5700 K körüli hőmérsékletéről és felfedezésének történetéről.

A belső mag a Föld középpontjában található, a bolygó legbelsőbb és legforróbb része. A szeizmológiai vizsgálatok szerint ez egy nagyrészt szilárd gömb, amelynek sugara körülbelül 1220 km (760 mi). A belső magot nagyrészt vas-nikkel ötvözetből áll, de valószínűleg kisebb mennyiségű könnyű elem (például kén, szilícium vagy oxigén) is jelen van, amelyek befolyásolják a sűrűséget és a fizikai tulajdonságokat.

Szerkezet és határvonalak

A belső magot körülveszi a folyékony külső mag, amely szintén főként vasból és nikkelből áll, de hígítva a könnyebb elemekkel. A külső mag és a belső mag határán éles átmenet van: a külső mag folyékony, ezért a szeizmológiai mérések az S-hullámok eltűnéséből és a P-hullámok viselkedéséből következtetnek a fázisokra. A belső mag sugara miatt a Föld belső szerkezete réteges: kéreg, köpeny, folyékony külső mag és szilárd belső mag.

Hőmérséklet és nyomás

A belső mag hőmérsékletét csak közvetett módszerekkel lehet megbecsülni, de a legtöbb modell szerint a középpont közelében a hőmérséklet valahol 5000–7000 K között van. Gyakran idézik azt a számértéket is, hogy a belső mag hőmérséklete közelíthetően megegyezik a Nap felszínének hőmérsékletével (kb. 5700 K), de az értékek bizonytalansága miatt inkább tartományokat adnak meg. A belső magban uralkodó nyomás rendkívül nagy: a középpontban a nyomás nagyságrendileg több millió atmoszféra (kb. 330–360 GPa), ami jelentősen növeli az anyagok olvadáspontját — ezért maradhat a vas szilárd még ilyen magas hőmérsékleten.

Felfedezés és bizonyítékok

A Inge Lehmann által feltárt jelenségre vezethető vissza a belső mag felismerése: Lehmann egy új-zélandi földrengés adatait elemezte, és arra a következtetésre jutott, hogy a Föld belsejében egy szilárd mag létezik. A vizsgált földrengés hullámai viselkedésében olyan eltéréseket talált, mintha a bolygó középpontjához közel egy szilárd test létezne; ezt a jelenséget ő belső magnak nevezte el. Lehmann 1936-ban publikálta az eredményeit, és azóta a sokféle szeizmikus megfigyelés, köztük a hullámút-elemzés és a szeizmikus tomográfia, egyre pontosabb képet adott a belső magról. Egyes források szerint a belső mag létezését az 1960–1970-es években gyűlt össze meggyőzőbb és részletesebb bizonyítékok tették általánosan elfogadottá, de a mai módszerekkel szerzett adatok folyamatosan finomítják ismereteinket.

Fizikai tulajdonságok és dinamikai szerep

• A belső mag sűrűsége a középpont felé növekszik; a középpont körüli sűrűség nagyjából 12–13 g/cm³ nagyságrendű.
• Az anyag szilárdsága és a nagy nyomás miatt a belső mag transzmissziós, visszaverődési és eltérülési hatásokat okoz a szeizmikus hullámokban, ami lehetővé teszi a szerkezet vizsgálatát.
• Szeizmikus megfigyelések arra utalnak, hogy a belső mag belső szerkezete anizotróp: bizonyos irányokban a hullámok gyorsabban haladnak, ami a kristályos szerkezet vagy textúra irányultságára utalhat.
• A belső mag folyamatosan növekszik: a külső magból kifagyó anyag kristályosodik a belső mag külső határán, így az évmilliárdok alatt lassan növekszik. Ez a növekedés hő- és kémiai energiát szabadít fel (vagyis latens hőt és könnyű elemek kiszorulását), ami fontos szerepet játszik a geodinamo működésében — vagyis a Föld mágneses terének fenntartásában.
• Vannak felvetések és részben vitatott eredmények arról, hogy a belső mag relatíve lassan, de eltérő szögsebességgel foroghat a köpenyhez és a lemezhez képest (ún. belső mag „szuperforgása”), ám ennek mértéke és következményei még kutatás tárgyát képezik.

Kutatás és bizonytalanságok

A belső magról alkotott kép nagyrészt közvetett adatokon alapul: a földrengések hullámainak mérésein, kísérleti nyomáson és hőmérsékleten végzett anyagvizsgálatokon, valamint elméleti számításokon. Emiatt sok fontos részlet — például a pontos kémiai összetétel, a belső mikroszerkezet, az anizotrópia oka és a növekedés üteme — továbbra is aktív kutatási téma. Az újabb szeizmikus hálózatok, földmegfigyelési technikák és a laboratóriumi kísérletek folyamatosan javítják ismereteinket.

Összefoglalva: a Föld belső magja egy szilárd, vas-nikkel alapú, nagy nyomás és magas hőmérséklet alatt létező gömb, amelynek vizsgálata alapvető a bolygó belső dinamikájának, hőháztartásának és mágneses tere kialakulásának megértéséhez.

Kérdések és válaszok

K: Mi a belső mag?

K: Milyen hőmérsékletű a belső mag?

K: Mekkora a belső mag sugara?

K: Miből állhat a belső mag?

K: Ki és hogyan fedezte fel a belső magot?

K: Mikor bizonyították be véglegesen a belső mag létezését?

K: Mekkora a nyomás a Föld belső magjában?

Keresés betűvel