Hvað er hægt að segja um liti í kjarna og í möttli jarðar?

Svar

Efnið inni í jörðinni er svokallaður svarthlutur í skilningi eðlisfræðinnar, en það merkir ekki að hluturinn sé endilega svartur á að líta, heldur að hann geislar ekki frá sér tilteknum litum eða bylgjulengdum ljóss óháð ástandi sínu; geislun frá honum og þar með liturinn fer alfarið eftir hita. Við getum hugsað okkur að við tökum sýni inni í jörðinni og kippum því með einhverjum hætti til okkar snögglega þannig að það kólni ekki verulega á leiðinni. Hitinn í jörðinni er þannig að sýni úr ytri lögum yrði rautt en sýni úr innsta kjarna jarðar yrði hvítleit eða gul.

---

Þegar ljós eða önnur rafsegulgeislun fellur á hlut, endurvarpar hann sumum bylgjulengdum en drekkur aðrar í sig og geislar síðan orkunni frá þeim til baka með annarri bylgjulengd. „Hvítur hlutur“ endurvarpar mestum hluta ljóssins. „Rauður hlutur“ endurvarpar bylgjulengdum sem svara til rauða ljóssins en drekkur aðrar bylgjulengdir í sig. Þannig ræðst litur hluta við venjulegt hitastig af því hvaða bylgjulengdir efnið drekkur í sig og hverjum það endurvarpar.

Hlutur sem drekkur í sig alla rafsegulgeislun en sendir í staðinn frá sér jafnmikla orku sem svokallaða varmageislun eða hitageislun er kallaður svarthlutur eða algeislari í eðlisfræði. Geislun frá slíkum hlut við stofuhita hefur miklu meiri bylgjulengd en ljós og því sjáum við enga geislun frá honum og köllum hann svartan í daglegu tali. Þegar hluturinn hitnar styttist bylgjulengdin hins vegar og að því kemur að rautt ljós í henni nægir til að við sjáum hlutinn sem rauðan og köllum hann þá rauðglóandi. „Svarthluturinn“ er þá ekki lengur svartur! Við meiri hitun styttist bylgjulengdin enn og hluturinn verður hvítglóandi. Síðan verður hann bláleitur og má til dæmis sjá svo heit fyrirbæri á stjörnuhimninum.



Lögmálið sem segir til um hvernig bylgjulengd styttist með vaxandi hita er kennt við þýska eðlisfræðinginn Wien (1864-1928). Geislunin frá svarthlut er í hámarki við tiltekna bylgjulengd. Lögmál Wiens segir að margfeldi þessarar bylgjulengdar og hitans í kelvínum sé fasti. Eins og fyrr sagði er hitageislun við lágan hita ósýnileg mannlegu auga, nefnilega innrauð, en eins og allir þekkja fer efni að glóa þegar það er hitað upp og verður rauðglóandi við 600-700°C eða 900-1000 K. Það stafar af því að bylgjulengd varmageislunarinnar frá hlutnum hefur styst -- hún er nú orðin rauð í staðinn fyrir innrauða áður. Við hærri hita verður hluturinn hvítglóandi og loks bláleitur eins og áður er sagt, en þá er hitinn um það bil 12.000 K.

Hitastig í jörðinni eykst með dýpi -- undir Íslandi er hitinn sennilega um 1300°C á 30 km dýpi og 2000-2500°C á 1000 km dýpi. Sýni yrðu rauð í báðum þessum tilvikum. Við mörk jarðmöttuls og -kjarna á tæplega 3000 km dýpi hækkar hitinn úr 3250 í 5000 gráður. Sýni á þessu hitabili eru ýmist rauðleit, appelsínugul eða gul eftir hitanum. Í miðju jarðar er hitinn um 7000°C (allar þessar tölur með 500-1000°C óvissu). Sýni frá þessu dýpi yrðu gul eða hvítleit.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

• Hvað eru litir? eftir Þorstein Vilhjálmsson
• Þótt augun mín og þín greini ekki alla liti sem til eru, væri samt hægt að hugsa sér liti sem ekki eru þekktir? eftir Ara Ólafsson