Je sklo kapalina?Veritasium

V roce 1994 zasáhlo předměstí Northridge v Los Angeles silné zemětřesení. Zemřelo při něm 57 lidí a přes 5 000 lidí bylo zraněno. Škody byly vyčísleny na 20 miliard dolarů. Taková silná zemětřesení nás nutí se zamyslet nad tím, jak je vlastně pevná země pod našima nohama a jak vůbec můžeme poznat, že je něco pevné? Na první pohled se může zdát, že asfalt je pevná látka, ale je to tekutina i při pokojové teplotě.

Velmi viskózní tekutina. Viskozita je veličina udávající odpor toku. Často se mylně zaměňuje za hustotu kapaliny. Olivový olej je téměř 100krát viskóznější než voda a med je ještě 10 000krát viskóznější. Asfalt je 230 miliardkrát viskóznější než voda. Na univerzitě v Queenslandu v Austrálii je asfalt součástí nejdelšího laboratorního pokusu na světě.

Tento pokus stále probíhá. V roce 1927 byl kus asfaltu umístěn do této nálevky. Od této doby, za posledních devadesát let se z něj utvořilo jen devět kapek, což je přibližně jedna kapka za deset let. Pokaždé, když kapka ukápla, nikdo v laboratoři zrovna nebyl. V roce 1988 se Johnu Mainstonovi, vědci, který dohlížel na tento pokus, málem podařilo jedno ukápnutí zahlédnout. Bohužel z místnosti zrovna na pár minut odešel, aby si uvařil čaj.

Tento pokus můžete sledovat i živě na internetu. Pod videem najdete odkaz. Jelikož ale poslední kapka ukápla v roce 2014, na další si asi chvíli počkáte. Možná jste slyšeli ještě o jedné velmi viskózní kapalině, kterou je sklo. Když se podíváte na vitráže ve starých kostelech, uvidíte, že sklíčka jsou tlustší u dolního okraje, kvůli tomu, jak sklo po staletí stéká dolů. Jenže to tak není. Sklo nestéká. Když se podíváte na staré dalekohledy, u kterých i nepatrné změny ve skle dokážou změnit pozorovaný obraz, zjistíte, že i po stovkách let fungují naprosto bezchybně.

Ani studie, zabývající se tisíc let starými okny, neobjevily jediný důkaz o toku ve skle. Pravda je taková, že je velmi složité vyrobit rovnoměrně tlusté sklo a lidé, kteří okna před tisíci lety vyráběli, ho orientovali nejtlustším okrajem dolů. Olovo má mnohem nižší viskozitu než sklo.

Takže než by spodní okraj skla ztloustl, z olověné výplně by za tu dobu zbyla jen louže na zemi. Sklo je netypické tím, že je to amorfní pevná látka. To znamená, že jeho molekuly nejsou pravidelně uspořádané v mřížce, ale jsou vůči sobě náhodně natočené. Je to způsobeno tím, že sklo při tuhnutí chladne tak rychle, že molekuly nemají dostatek času, aby se uspořádaly do pravidelné mřížky. Rozdíl mezi pevným a tekutým je ale v tom, že v pevné látce jsou atomy a molekuly tak silně pospojované, že se vzájemně nemůžou posunovat.

Ve vodě, olivovém oleji nebo asfaltu se molekuly můžou posunovat, ale ve skle při pokojové teplotě to nedokážou. Jak to ale funguje ve středu Země? Pod zemskou kůrou je zemský plášť, který je zodpovědný za pohyby litosférických desek a zemětřesení.

Má pevné, nebo kapalné skupenství? Samozřejmě nemůžeme pozorovat zemský plášť přímo, můžeme ale vidět hmotu vystupující z hloubi Země, kterou tvoří do ruda rozpálená hornina - láva. Zdá se, že zemský plášť by na tom mohl být velmi podobně. Že je tvořený magmatem - rozžhavenou, roztavenou horninou. Dávalo by to smysl. Aby po něm mohly plavat tektonické desky, musí být tekutý, že? Jenže tak to není.

Zemský plášť má pevné skupenství. Při tak vysokém tlaku, kterému je vystaven, zůstává v pevném skupenství, i při velmi vysokých teplotách. Důkazem jsou i vlny zemětřesení, které se pláštěm šíří. Tyto vlny se totiž nešíří tekutinou, například tekutým železem v zemském jádru. Tekutiny totiž při tažení začnou téct. Díky tomu můžeme vidět stín tekutého vnějšího jádra při měření seismických vln vznikajících na druhém konci světa. Jak ale tedy tento pevný kámen může téct?

Je to díky tomu, že krystaly nejsou perfektní. Na některých místech může chybět atom a při tom vysokém tlaku v zemském nitru může sousední atom přeskočit a mezeru vyplnit. Z naší perspektivy trvá velmi dlouhou dobu, než se tento jev viditelně projeví. ale z perspektivy existence naší planety je to jen krátký okamžik. Viskozita pláště je mnohonásobně vyšší než u skla, takže se tekutá povaha pláště projevuje jen v průběhu těchto geologických období.

Asfalt, který je tekutý, teče tak pomalu, že se může zdát jako pevná látka, zatímco se zemský plášť, pevná látka, chová jako tekutina, když na to má dostatek času. Jak jednou řekl slavný americký geolog Grove Karl Gilbert: "Složitost je podle mě jen imaginární, není skutečná." "Tuhost a plastičnost jsou jen relativní termíny." "Všechny pevné látky jsou zároveň tuhé i plastické."

"Při vysokých silách a hmotnostech" "toto rozlišování ztrácí smysl." Tyto přísné definice, kterými se snažíme zaškatulkovat svět, můžou vést k nedorozumění nebo chybným úsudkům, jako že zemské nitro je jedna velká koule magmatu. Měli bychom tedy změnit svůj pevný pohled na kapaliny a pevné látky. Překlad: Zarwan www.videacesky.cz