Jedro našega planeta je železo. Zdaj pa znanstveniki bolje razumejo, kaj se še vrti v vrtincu v središču Zemlje.
Srčni utrip našega planeta ostaja skrivnost za znanstvenike, ki poskušajo ugotoviti, kako je nastala Zemlja in kaj je prispevalo k njenemu nastanku. V nedavni študiji so lahko poustvarili močne pritiske v središču našega planeta, kar je znanstvenikom omogočilo, da so videli njegov zgodnji obstoj in celo razumeli, kako bi lahko bilo videti zemeljsko jedro zdaj.
O svojem odkritju so poročali v zadnji številki Science. "Če ugotovimo, kateri elementi sestavljajo jedro, lahko bolje razumemo pogoje, pod katerimi je nastala Zemlja, kar pa nam bo dalo več informacij o zgodnji zgodovini sončnega sistema," pravi geokemik Anat Shahar s sedežem v Washingtonu. na Carnegiejevem inštitutu za znanost. Znanstvenikom bo omogočil tudi vpogled v to, kako so se v našem sončnem sistemu in širše oblikovali drugi kamniti planeti.
Zemlja je nastala pred približno 4,6 milijardami let zaradi neštetih trkov trdnih snovi v velikosti od Marsa do majhnega asteroida. Ko se je masa zgodnje Zemlje povečala, sta se povečala njen notranji tlak in temperatura.
To je vplivalo na način, kako je železo, ki sestavlja večino zemeljskega jedra, kemično reagiralo z lažjimi elementi, kot so vodik, kisik in ogljik, pa tudi s težjimi kovinami, ki so se ločile od plašča in vstopile v notranjost zemlje. Plašč je plast neposredno pod zemeljsko skorjo in gibanje staljene kamnine na tem območju sproži tektonske plošče.
Znanstveniki že dolgo ugotavljajo, da lahko spremembe temperature vplivajo na to, v kolikšni meri izotop elementa, kot je železo, postane del jedra. Ta postopek se imenuje izotopska frakcionacija.
Vendar do zdaj pritisk ni veljal za kritično spremenljivko, ki vpliva na ta proces. "V 60. in 70. letih so izvajali poskuse, ki so iskali posledice takšnega pritiska, vendar znanstveniki niso našli ničesar," pravi Shahar. "Zdaj pa vemo, da pritisk, pri katerem so izvajali poskuse (približno dva gigapaskala), ni bil dovolj močan."
Leta 2009 je druga raziskovalna skupina objavila članek, v katerem je predlagala, da bi lahko pritisk vplival na elemente, ki so vstopili v zemeljsko jedro. Zato sta se Shahar in njena ekipa odločili, da ponovno preučita njene učinke z uporabo opreme, ki ustvarja pritisk do 40 gigapaškalov. To je veliko bližje 60 gigapaskalom, za katere znanstveniki menijo, da je povprečje med zgodnjim nastankom Zemlje.
Promocijski video:
V poskusih, izvedenih na naprednem fotonskem viru na instituciji Carnegie v Washingtonu, so znanstveniki med dva diamanta postavili majhne vzorce železa, pomešanega z vodikom, ogljikom in kisikom. Potem so se ravnine teh diamantnih primežev stisnile skupaj in ustvarile izjemen pritisk.
Nato so pretvorjene vzorce železa bombardirali z visokoenergijskimi rentgenskimi žarki. "Z rentgenskimi žarki preizkušamo vibracijske lastnosti železnih faz," je dejal Shahar. Različne frekvence vibracij kažejo, kateri izotopi železa so med vzorci.
Znanstveniki so ugotovili, da tako močan pritisk resnično vpliva na izotopsko frakcioniranje. Raziskovalna skupina je zlasti ugotovila, da mora reakcija med železom in vodikom ali ogljikom, ki naj bo prisoten v jedru, pustiti značilno sled v plašču kamnine. Toda takšne sledi ni bilo mogoče najti.
"Zato menimo, da vodik in ogljik nista glavna lahka elementa v jedru," je dejal Shahar.
Toda kombinacija železa in kisika ni mogla pustiti sledi v plašču, kot so pokazali poskusi znanstvenikov. Zato je mogoče, da bi kisik lahko postal eden najlažjih elementov v sestavi zemeljskega jedra.
Te ugotovitve podpirajo hipotezo, da sta kisik in silicij osnova lahkih elementov, raztopljenih v jedru Zemlje, pravi Joseph O'Rourke, geofizik s Kalifornijskega tehnološkega inštituta v Pasadeni, ki ni sodeloval v študiji.
"V plašču je veliko kisika in silicija in vemo, da se pri visoki temperaturi in visokem tlaku raztapljata v železu," je dejal. "Ker sta kisik in silicij zagotovo v jedru, imajo drugi kandidati, kot sta vodik in ogljik, malo možnosti."
Shahar je povedala, da namerava njena ekipa poskus ponoviti s silicijem in žveplom, ki sta lahko del jedra. Zdaj, ko so pokazali, da lahko pritisk vpliva na frakcioniranje, želi ta ekipa preučiti učinek tlaka in temperature v kombinaciji. Menijo, da se rezultati lahko razlikujejo od tistih, ki uporabljajo samo tlak in temperaturo. »Poskuse smo izvajali na trdnih vzorcih železa pri sobni temperaturi. Toda ko je jedro nastalo, je bilo vse v staljenem stanju, «je dejal Shahar.
Ugotovitve teh poskusov so lahko pomembne za planete zunaj našega sončnega sistema, pravijo znanstveniki. "Dejstvo je, da vidimo samo površino ali ozračje eksoplanetov," je dejal Shahar. - Kako pa njihov notranji del vpliva na dogajanje na površju? Odgovor na to vprašanje bo vplival na to, ali na tem planetu obstaja življenje."