W środku ciekłego jądra odkryto jeszcze jedno, stałe jądro
Ziemskie jądro nie jest jednorodne. Otaczające centrum jądro zewnętrzne jest ciekłe, ale w 1936 roku Inge Lehmann wykazała na podstawie fal sejsmicznych, że jeszcze głębiej musi istnieć stałe jądro wewnętrzne. Kluczem były słabe fale P pojawiające się w miejscach, do których prostszy model ciekłego jądra nie powinien ich doprowadzać. Dziś sejsmologia opisuje centralną część Ziemi jako stałą kulę o promieniu około 1220 km zanurzoną w ciekłym stopie żelaza. To imponujący przykład odkrycia całej warstwy planety wyłącznie z analizy bardzo subtelnych sygnałów.
Pierwszy model jądra był zbyt prosty
Na początku XX wieku dane sejsmiczne pozwoliły już wykazać istnienie gęstego jądra i ciekły charakter jego zewnętrznej części. Taki model dobrze tłumaczył strefy cienia fal P i S, ale nie wszystkie zapisy. W pewnych odległościach od silnych trzęsień rejestrowano bardzo słabe fale P w obszarze, w którym prosty model przewidywał ich brak. Duńska sejsmolożka Inge Lehmann zaproponowała, że wewnątrz ciekłego jądra znajduje się dodatkowa granica, od której fale mogą się odbijać lub przez którą mogą się załamywać. Model ze stałym jądrem wewnętrznym tłumaczył obserwacje lepiej.
Jak zobaczyć coś ukrytego ponad 5000 km pod powierzchnią
Nie było potrzebne bezpośrednie dotarcie do centrum. Potrzebny był model przewidujący, jakie fazy sejsmiczne powinny pojawić się na powierzchni dla różnych struktur. Jeśli ścieżka części energii może wejść do centralnej, stałej części, ulec tam załamaniu i później ponownie wyjść przez jądro zewnętrzne, na sejsmogramie powstają sygnały niemożliwe do uzyskania w modelu całkowicie ciekłego jądra. W kolejnych dekadach dokładniejsze sieci sejsmologiczne potwierdziły dwuczęściową budowę jądra i pozwoliły coraz lepiej określać własności jego wewnętrznej części.
Stałe nie znaczy chłodne
Najbardziej zaskakujące jest to, że jądro wewnętrzne jest stałe nie dlatego, że jest chłodniejsze. Temperatura w centrum Ziemi jest bardzo wysoka. O stanie skupienia decyduje jednak nie tylko temperatura, lecz także ciśnienie. Ciśnienie rośnie ku centrum tak bardzo, że temperatura topnienia żelaznego stopu również staje się bardzo wysoka. W jądrze zewnętrznym warunki pozwalają na fazę ciekłą, ale głębiej, przy większym ciśnieniu, stop krzepnie. Dlatego stała kula może znajdować się wewnątrz cieplejszego w sensie absolutnym, ale znajdującego się pod mniejszym ciśnieniem płynu.
Dlaczego odkrycie jądra wewnętrznego ma znaczenie
Granica jądra wewnętrznego i zewnętrznego jest elementem ewoluującym. W miarę bardzo powolnego chłodzenia Ziemi stała część rośnie kosztem ciekłej. Krystalizacja wpływa na przepływ ciepła i skład ciekłego stopu, a przez to na konwekcję w jądrze zewnętrznym. Ta konwekcja jest związana z działaniem geodynama. Odkrycie Lehmann nie było więc tylko dodaniem kolejnej warstwy do szkolnego przekroju Ziemi — otworzyło drogę do lepszego rozumienia termicznej i magnetycznej historii całej planety.
Odkrycie było możliwe dzięki „zbyt wczesnym” falom
Kluczową wskazówką nie było bezpośrednie zobaczenie jądra wewnętrznego, lecz słabe sygnały sejsmiczne pojawiające się tam, gdzie prosty model całkowicie ciekłego jądra przewidywał niemal pełny cień. Inge Lehmann zaproponowała w 1936 roku, że wewnątrz ciekłego jądra znajduje się mniejsza część stała, od której fale P mogą się załamywać i odbijać. Taki dodatkowy interfejs wyjaśniał anomalne przybycia fal. Późniejsze, znacznie dokładniejsze obserwacje globalne potwierdziły istnienie granicy jądra wewnętrznego i pozwoliły coraz lepiej mierzyć jego własności.
Jądro wewnętrzne nie jest idealnie prostą kulą w danych sejsmicznych
Współczesna sejsmologia pokazuje, że fale przechodzące przez jądro wewnętrzne nie zawsze poruszają się identycznie we wszystkich kierunkach. Różnice prędkości i tłumienia wskazują na uporządkowanie kryształów, możliwe zróżnicowanie struktury oraz historię wzrostu tej części planety. Szczegóły są nadal przedmiotem badań, ale najważniejszy obraz jest stabilny: centralna część jądra jest stała i ma inne własności niż otaczająca ją ciecz. To dobry przykład, jak po pierwszym odkryciu prostej granicy nauka przechodzi do znacznie subtelniejszego pytania o teksturę i ewolucję materiału.