Nukleo (geologia)

Nukleo planetarioa planeta bateko geruza sakonena da, geruza solido edo likidoz osatuta egon daitekeena. Planeta batzuetan nukleo osoa guztiz likidoa edo guztiz solidoa izan daiteke. Eguzki sisteman planetaren arabera nukleoaren erradioa alda daiteke. Ilargiaren kasuan %20 ingurukoa da eta Merkuriorenean %85.

Lurraren kasuan, nukleoa burdinez eta nikelez osatuta dago. Neurketa sismikoen bidez nukleoa bi zatitan banatua dagoela ondorioztatu da:
 Kanpo-nukleoa: Lurrazaletik 2885 kilometrora hasi (Gutenberg etenunea) eta barne nukleoa hasten den puntua arte (Lehman etenunea) luzatzen da, guztira 2270 kilometroko erradioa izanda. Sakonera honetan tenperatura eta presioa oso handiak dira eta tenperatura altuak eragin handiagoa izanik geruza likidoa da.

 Barne-nukleoa: Geruza sakonena da eta lurrazaletik 5185 kilometrora hasten da, Gutenberg etenunean. Guztira 1186 kilometroko erradioa du. Haren osagaiak gehienbat burdina eta nikel apur bat direla uste da. Zientzialari batzuen ustez, burdinezko kristal bakar eta erraldoi batez osatua dago, hau da, solidoa da. Tenpertatura hain altuan arraroa da materiala egoera solidoan egotea, baina presioa hain handia denez, barne nukleoa solidoa da.

Lurraren dentsitatea 5.515 kg/m³ dela kalkulatu da, eguzki-sistemako handiena. Jakinik lurrazaleko materialen batez besteko dentsitatea 3.000 kg/m³ dela, pentsa daiteke nukleoaren dentsitatea oso handia dela. Sismologiaren bidez uste hori baieztatu da. Lurraren sorreran, orain dela gutxi gorabehera 4500 milioi urte, grabitateak substantzia dentsoenak erdialdera eraman zituen, arinenak lurrazalean utziaz. Horregatik, nukleoaren osagai nagusiak burdina (%80) eta nikela dira.

Gasezko erraldoiek ere nukleoa dute, nahiz eta horien konposizioa gai eztabaidagarria den. Hainbat teoria daude haien konposizioaren inguruan: harri/burdina, izotza edota hidrogeno metaliko fluidoa. Gasezko erraldoien nukleoak proportzionalki txikiagoak dira planeta lurtarrekin konparatuta. Hala ere, handiagoak izaten jarraitzen dute.

Esaterako, Jupiterren nukleoa Lurrarena baino 10-30 aldiz astunagoa da, eta HD 149026 b exoplaneta lurraren masa baino 67 aldiz astunagoa da.

Aurkikuntza 
1798an, Henry Cavendish-ek planetaren batez besteko dentsitatea urarena baino 5,48 (gero 5,53ra zuzendu zen) aldiz handiagoa zela frogatu zuen. Horrenbestez, Lurra bere barnean askoz ere dentsoagoa zela pentsatu zen. Burdinezko meteoritoen aurkikuntza eta gero, 1898an Wiechert-ek Lurrak burdinezko meteoritoen antzeko konposizioa zuela postulatu zuen, baina burdina lur barnean finkatuta zegoen. Geroago, Lurraren dentsitatea burdin eta nikel faltarekiko nukleo bezala integratuz egiaztatu zuen.

Nukleoaren lehenengo detekzioa 1906ean gertatu zen Richard Dixon Oldham P uhinaren eremua aurkitzean, hau da, kanpo nukleo likidoa. 1936rako sismologoek nukleo osoaren tamaina eta barne nukleoaren eta kanpo nukleoaren arteko limitea zehaztuta zuten.

Formazioa

Masa pilaketa 
Planeta sistemak oso azkar pilatu ziren hauts eta gas hodeietatik sortu ziren. Sortu ziren lehenengo gorputz hauek oso txikiak ziren (10 kilometroko diametroa) eta planetesimal izenarekin ezagutzen dira. Planetesimal hauek sortzen zuten grabitazioari esker gero eta handiagoak bihurtu ziren eta 10-100 milioi urte ezkero gaur ezagutzen ditugun planeten antzeko masa zuten gorputzak sortu ziren. Izan ere, grabitazioari esker gorputz hauen artean etengabeko talkak gertatzen ziren eta horrela planetek masa handiagoa hartzen joan ziren.. Planeta sistemen sorreran tenperatura oso altua zen eta horregatik planeten materialak fusioan zeuden.

Lurra eta Ilargia 
Talka erraldoiaren teoriaren arabera, Theia izeneko Marteren tamainako gorputzaren eta aintzinako Lurraren arteko talkak Lurra modernoa eta Ilargia sortu zituen.  Theia-ren burdin gehiena Lurrara joan zen.

Bereizketa 
Planeta bereizketa gauza batetik gauza asko sortzea bezala definitu daiteke modu oso orokorrean, hau da, gorputz homogeno batetik hainbat gorputz heterogeno sortzea.  Lehenengo planetak sortzen joan zirenean, materialak fusioan zeuden tenperatura oso altuengatik. Geroago, tenperatura jaisten joan zen eta materialak bere portaera fisiko eta kimikoen arabera banatzen joan ziren, geruza desberdinak sortuz. Horrela, material dentsoenak beherago pilatu eta nukleoa sortu zen. Lurraren kasuan material dentsoenak ere beheko geruzan pilatu ziren, nikela eta burdina hain zuzen ere.

Kimika

Osaketa primarioaren determinazioa - Lurra 
Erreferentzia kondromatikoaren eredua erabiliz, eta lurrazalaren eta mantuaren osaketa ezagunak konbinatuz, osagai ezezaguna eta barne eta kanpo nukleoaren konposizioa zehaztu daiteke: %85 Fe, %5 Ni, %0.9 Cr, %0.25 Co eta kontzentrazio baxuko beste metal errefraktario guztiak. Horrela Lurraren nukleoaren pisua ez dago osorik, kanpo nukleoari pisuaren %5-10 falta zaio eta barne nukleoari %4-5. %10-15 hori unibertsoan ugariak eta burdinan disolbagarriak diren elementu arinagoei dagokie: H, O, C, S, P, eta Si. Lurraren nukleoan planeta osoko banadio eta kromoaren erdia du, niobio eta tantalo ugari izanda. Germanioa eta galioa berriz, agortuta daude.

Pisu defizitaren osagaiak - Lurra 
Sufrea oso siderofiloa da, nahiko lurrunkorra bakarrik eta Lurran silikatoetan agortuta dago, ondorioz lurraren pisuaren %1.9a suposatu dezake. Arrazoi berdinengatik fosforoa %0.2a suposa dezake. Hidrogenoa eta karbonoa berriz, oso lurrunkorrak dira, ondorioz pilaketa goiztiarrean galduko lirateke, hidrogenoa pisuaren %0.1a izanik eta karbonoa %0.2a izanik bakarrik. Falta den pisua silizioari eta oxigenoari dagokio, nahiz eta hauen ugaritasuna hainbat eztabaida sortzen dituen. Hala ere, bi elementuen ugaritasuna presioaren eta nukleoa sortzean izandako oxidazioaren araberakoa da. Nukleo barnean elementu erradioaktiborik egotearen froga geokimikorik ez da existitzen, nahiz eta froga experimentalak eginda, nukleoaren sortze tenperaturetan potasioa oso siderofiloa dela ikusi den, potasio 40 sortzeko aukera egonik.

Konposizio isotopikoa - Lurra 
Hafnioaren eta Tungstenoaren (Hf / W) proportzio isotopikoek, erreferentzia marko kondritiko batekin konparatuta, Lurrean silikato aberastasun handi bat erakusten dute, nukeoan ez daudela adierazten dutena. Burdin meteoritoak, nukleo oso goiztiarren zatiketa prozesuen emaitzak izan ziren eta nukleoan ez dira aurkitzen ere. Niobio eta tantalioaren (Nb / Ta) proportzio isotopikoek, erreferentzia marko kondritiko batekin berriz konparatuta, Lurreko eta ilargiko sillikatoen pisuan agorpen txiki bat adierazten dute.

Palasita meteoritoak - Lurra 
Palasitak planetesimal goiztiar baten nukleo-mantu mugan (Gutenberg etenunean ) sortzen direla uste da, nahiz eta azken hipotesiek nukleo eta mantuko materialen arteko talken ondoriozko nahasketak direla adierazten duten.

Dinamika 
Dinamoaren hipotesia, Lurra bezalako astroek eremu magnetikoa nola sortzen duten azaltzeko proposatutako teoria da. Eremu magnetikoaren falta edo presentziak nukleo planetario bat mugatzen laguntzen du. Eremu magnetiko bat sortzeko, nukleoa material eroale batez osatuta egon behar du eta material hori etengabe mugitzen egon behar da, adibidez, konbekzio korronteen bidez. Beste modu batean esanda, flotagarritasun termikoa eta konposizio flotagarritasuna egon behar da. Flotagarritasun termikoa ez da nahikoa beharrezko konbekzio korronteak sortzeko, horregatik, konposizio flotagarritasuna behar da (materialen fase aldaketaren ondorioz gertatzen direnak). Lurraren eremu magnetikoan, flotagarritasuna barne nukleoaren kristalizazioaren ondorio bat da. Konposizio flotagarritasunaren adibide dira barne nukleoaren burdinaren aleazioak eta bi likidoen nahaskortasun ezina, tenperatura eta presioaren arabera modu positiboan edo negatiboan eragin ditzakeena konbekzioan. Lurraz gain, beste astro batzuek ere eremu magnetikoa dute, hala nola, Merkurio, Jupiter, Ganímedes eta Saturno. 

Egonkortasuna eta ezegonkortasuna

Nukleo planetario txikiek egoera egonkor batean egoten dira, baina zenbait kasutan, energia kantitate oso handia aska dezakete, nukleoen fase aldeketarekin erlazionatuta daudenak. 1950an, Ramsey zientzialari amerikarrak energia askapen hura 1029 Joule-koa izango zela frogatu zuen, denbora geologikoan zehar lurrikara guztiek askatutako energia kopuruaren tankerakoa izango zena. Gertaera honek asteroide gerrikoa bezalako fenomenoak azal ditzake. Esan beharra dago, fase aldaketa hauek ez direla oso ohikoak eta bakarrik gertatuko lirateke masa eta bolumen erlazio jakin batzuetan. Adibidez, nukleoaren konposatu solido bat oso azkar formatu edo disolbatuko balitz.

Nukleo motak 
Jarraian izar gorputzenak ez diren nukleo planetarioei buruzko informazioa laburtzen da.

Eguzki-sistemaren barnean

Merkurio 
Merkuriok eremu magnetikoa dauka eta bere nukleo metalikoaren barnean eratzen dela pentsatzen da. Merkurioren nukleoak planetaren erradioaren %85-a hartzen du, horrenbestez, Eguzki-sistemako planeten artean nukleo handiena dauka, tamainarekin proportzioan. Honek, planetaren gainazalaren gehiena Eguzki-sistemaren historiaren hasieran galdu zela esan dezake. Merkuriok, mantua eta silikato solidozko geruza dauzka, burdin sulfuro solidoz osatutako kanpo nukleoa estaltzen duena. Jarraian, sakonago dagoen nukleo likidozko geruza eta azkenik, barne nukleo solidoa (hirugarren geruza osatzen duena).

Artizarra 
Artizarraren nukleoaren konposizioa kalkulatzeko erabilitako ereduaren arabera aldatzen da.

Ilargia 
Oraindik eztabaidatzen da ilargiaren nukleoaren existentzia, hala ere, nukleoa izateko kasuan, Lurraren nukleoarekin batera sortu izango litzateke Eguzki-sistemaren sorkuntzatik 45 milioi urtera, hafnio-tungsteno ebidentziak eta talka handiaren hipotesiak direla eta. Hasierako nukleo horrek dinamo geomagnetikoa eduki zezakeen.

Lurra 
Lurrak bere nukleo metalikoan eratutako eremu magnetikoa dauka. Planetak nukleoarentzako %5-10-eko masa defizita eta nukleo osorako %4-5-eko dentsitate defizita dauka. Nukleoan dagoen Fe/Ni kantitatea mugatuta dago meteorito kondritikoak direla eta. Sufrea, karbonoa eta fosforoak elementu arinen masa defizitaren %2,5-a bakarrik osatzen dute. Ez da ebidentzia geokimikorik existitzen elementu erradioaktiboak nukleoan daudela esateko. Hala ere, nukleoko tenperatura altuetan, potasioa oso elementu siderofiloa dela demostratu da eta beraz, potasio-40-a Lur primitiboaren dinamoarentzako bero iturri garrantzitsua izan zitekeen. Nukleoak Lur osoaren banadio eta kromo kantitatearen erdia dauka, eta tantalo eta niobio kantitate esanguratsua izan dezake. Nukleoan ez dago ez germanio ez galiorik. Desberdintzapen prozesua Lurraren historiaren lehenengo 30 milioi urteetan gertatu zen. Barne nukleoaren kristalizazio denbora oraindik ez da ebatzi bere osotasunean.

Marte 
Seguraski, Martek antzinean, nukleoaren eraginez eratutako eremu magnetikoa zuela. Dinamoa planetaren sorkuntzaren lehenengo 500 milioi urteetan eten zen. Zagami martziar meteoritotik iritsitako Hf/W isotopo deribatuek nukleoa nahiko azkar bereiztu zela adierazten dute, hau da,10 milioi urte baino gutxiagotan. Potasio-40 Marteko dinamo primitiboa eratzeko bero-iturri nagusia izan zen.

Proto-Marteren eta beste planetoide baten arteko nukleoaren fusioa 1000 urte bezain azkar edo 300.000 urte bezain motel izan zitekeen (nukleoen eta mantuen biskositatearen arabera). Marteren nukleoaren talkarengatik eratutako beroketa, nukleoaren estratifikazioa eta 150-200 milioi urteen artean egon zen dinamoaren heriotzaren ondorioz izan zen. Williams-ek aurkeztu zuen ereduaren arabera, Martek dinamo funtzionala edukitzeko, haren nukleoa mantua baino 150 K beroago egon beharko litzateke (desberdintzapen prozesuak eta talkaren hipotesiak esaten duten moduan), eta potasio-40-ak likidozko nukleoa banatzean, bero-iturri gehigarri bezala jokatu zuen. Eredu honek, Marteren nukleo guztiz likidoa dela esanez bukatzen du, izan ere, kristalizazioaren eraginez sortutako beroak dinamo iraunkorrago bat eratu zuen (mila milioi urte baino gehiagokoa). Marteren nukleoa likidoa bada sufrea, gutxienez, masaren %5-a izango litzateke.

Ganimedes

Ganimedesek, eremu magnetiko bat du bere nukleo metalikoaren eraginez.

Jupiter

Jupiterrek, eremu magnetiko bat du bere nukleoaren eraginez, eta honek esan nahi du bere nukloan sustantzia metaliko bat agerian dagoela. Planeta honek, Eguzki Sistemako eremu magnetiko indartsuena du (gure izarrarena kontutan hartu gabe).

Jupiterren nukleoa arrokaz edota harriz osatuta dago eta lurraren nukleoarekin konparatuta 10-30 aldiz handiagoa da. Nukleo honek seguraski disolbagarria izango da aurreko gas geruzan, eta hain funtzesko konposaketan. Nukleoa oraindik existitzen denez gero, kanpoko bilgarria handiagotu behar izan da jatorrian zegoen nukleo planetario baten gainean. Kontrakzio / eboluzio termikoaren ereduak, hidrogeno metalikoaren presentzia kantitate handietan dagoela arrazoitzen dute (Saturnon baino hidrogeno metaliko kantitate handiagoa).

Saturno

Saturnok, eremu magnetiko bat du bere nukleo metalikoren eraginez. Hidrogeno metalikoa nukleoan presente dago (Jupiterren nukleoan baino kantitate txikiagoetan).

Saturnoren nukleoa arrokaz edota harriz osatuta dago eta lurraren nukleoarekin alderatuta 10-30 aldiz handiagoa da, eta nukleo honek seguruenik disolbagarria izango da aurreko gas geruzan, eta horren ondorioz funtsezko konposaketakoa da. Nukleoa oraindik existitzen denez, inguratzailea metatu behar izan da jatorrian lehenago existitzen ziren nukleo planetarioetan.  Kontrakzio / eboluzio termikoaren ereduak, hidrogeno metalikoaren presentzia kantitate handietan dagoela arrazoitzen dute (Jupiterren baino hidrogeno metaliko kantitate txikiagoa).

Eguzkitik kanpo 
Chthonian planetak

Planeta chthoniano bat, Gasesko erraldoi bat bere izar amarengatik, kanpo atmosfera kenduta duenean sortzen da (seguruenik kanpoko atmosfera horren migrazioarengatik planetaren barneraino). Geratzen den guztia jatorrizko nukleoa da.

Izar nukleoetatik deribatutako planetak eta diamantio planetak

Karbonozko planetak, lehendabizi izarrak izan zirenak, milisegundoen pulsar batean eratzen dira. Mota honetan aurkitu zen lehenengo planeta, lurraren tamaina baino 5 aldiz handiagoa izan zen eta honen dentsitatea urarena baino 18 aldiz handiagoa. Beraz, planeta ezin da gaseosoa izan eta kosmikoki ugariagoak diren elementu pisutsuagoz osatuta egon behar da. Oxigenoa eta karbonoa bezalako elementuz, zeintzuk seguraski diamante bat bezala, kristalinoa egiten dute planetaren izaera. 

PSR J1719-1438 5,7 milisegundoko pulsar bat da, badirudi Jupiterren antzeko masa duen kide bat duela baina 23 g/ml -ko dentsitatearekin, beraz pulsar honen kidea, masa ultratxikiko nano zuria da eta seguruenik izar zahar baten nukleoarena. 

Izotz beroko planetak

Neurrizko dentsitateak dituzten exoplanetek (Jupiterren inguruko planetak baino dentsitate handiagokoak, baina planeta lurtarrak baino dentsitate txikiagokoak) GJ1214b eta GJ436 bezalako planetak urez osatutak daudela esaten dute. Urezko mundu hauen barne presioak, emango dute ondorio gisa urezko fase exotikoak bere gainazalean naiz beraien nukleoen barnealdean.

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Lurraren egitura