Jezgra našeg planeta je željezo. Ali sada su znanstvenici sve bolji u razumijevanju što se još vrti u vrtlogu u središtu Zemlje.
Otkucaji srca našeg planeta ostaju misterij za znanstvenike koji pokušavaju otkriti kako je nastala Zemlja i što je ušlo u njezino stvaranje. U nedavnom istraživanju uspjeli su ponovno stvoriti snažne pritiske u središtu našeg planeta, omogućujući znanstvenicima da uvide njegovo rano postojanje i čak shvate kako bi sada mogla izgledati zemljina jezgra.
O svom su otkriću izvijestili u posljednjem izdanju Sciencea. "Ako otkrijemo koji elementi čine jezgru, možemo bolje razumjeti uvjete pod kojima je nastala Zemlja, što će nam zauzvrat dati više informacija o ranoj povijesti Sunčevog sustava", kaže geokemičar Anat Shahar sa sjedištem u Washingtonu. na Carnegie institutu za znanost. Također će omogućiti znanstvenicima da steknu uvid u to kako su se stvorili drugi kameni planeti u našem Sunčevom sustavu i šire.
Zemlja je nastala prije otprilike 4,6 milijardi godina bezbrojnim sudarima krutina veličine od Marsa do malog asteroida. Kako se masa rane Zemlje povećavala, povećavali su se njezin unutarnji tlak i temperatura.
To je utjecalo na to kako je željezo, koje čini većinu zemljine jezgre, kemijski reagiralo s lakšim elementima poput vodika, kisika i ugljika, kao i s težim metalima koji su se odvojili od plašta i završili u unutrašnjosti zemlje. Plašt je sloj izravno ispod zemljine kore, a kretanje rastaljene stijene na ovom području pokreće tektonske ploče.
Znanstvenici su odavno shvatili da promjene temperature mogu utjecati na to u kojoj mjeri izotop elementa kao što je željezo postaje dio jezgre. Taj se proces naziva izotopska frakcionacija.
Međutim, do sada se pritisak nije smatrao kritičnom varijablom koja utječe na ovaj proces. "60-ih i 70-ih provodili su se eksperimenti tražeći posljedice takvog pritiska, ali znanstvenici nisu ništa pronašli", kaže Shahar. "Ali sada znamo da pritisak pod kojim su provodili eksperimente (oko dva gigapaskala) nije bio dovoljno moćan."
2009. drugi je istraživački tim objavio rad u kojem sugeriraju da bi pritisak mogao utjecati na elemente koji su ušli u zemljinu jezgru. Stoga su Shahar i njezin tim odlučili preispitati njegove učinke, koristeći opremu koja stvara pritisak do 40 gigapaskala. To je puno bliže 60 gigapaskala, što znanstvenici smatraju prosjekom tijekom ranog formiranja Zemlje.
Promotivni video:
U eksperimentima provedenim na naprednom izvoru fotona na Carnegie Institution u Washingtonu, znanstvenici su između dva dijamanta postavili male uzorke željeza pomiješane s vodikom, ugljikom i kisikom. Tada su se ravnine tih dijamantnih poroka spojile, stvarajući ogroman pritisak.
Nakon toga, pretvoreni uzorci željeza bombardirani su visokoenergetskim X-zrakama. "Koristimo rendgenske zrake za ispitivanje vibracijskih svojstava željeznih faza", rekao je Shahar. Različite frekvencije vibracija pokazuju koji su izotopi željeza među uzorcima.
Znanstvenici su otkrili da tako snažan pritisak doista utječe na izotopsko frakcioniranje. Istraživački tim posebno je otkrio da bi reakcija između željeza i vodika ili ugljika, koji bi trebao biti prisutan u jezgri, trebala ostaviti karakterističan trag u stijeni plašta. Ali takav trag nije bilo moguće pronaći.
"Stoga vjerujemo da vodik i ugljik nisu glavni svjetlosni elementi u jezgri", rekao je Shahar.
Ali kombinacija željeza i kisika nije mogla ostaviti tragove u plaštu, kao što su pokazali eksperimenti znanstvenika. Stoga je moguće da bi kisik mogao postati jedan od najlakših elemenata u sastavu zemljine jezgre.
Ova otkrića podupiru hipotezu da kisik i silicij čine osnovu laganih elemenata otopljenih u Zemljinoj jezgri, kaže Joseph O'Rourke, geofizičar s Kalifornijskog tehnološkog instituta u Pasadeni, koji nije sudjelovao u istraživanju.
"Kisik i silicij obiluju plaštem i znamo da se otapaju u željezu pri visokoj temperaturi i tlaku", rekao je. "Budući da su kisik i silicij zajamčeni u jezgri, drugi kandidati poput vodika i ugljika imaju male šanse."
Shahar je rekla da njezin tim namjerava ponoviti eksperiment sa silicijem i sumporom, koji mogu biti dio jezgre. Sad kad su pokazali da pritisak može utjecati na frakcioniranje, ovaj tim želi sagledati učinak tlaka i temperature u kombinaciji. Vjeruju da se rezultati mogu razlikovati od kada se sami koriste tlak i temperatura. „Proveli smo eksperimente na čvrstim uzorcima željeza na sobnoj temperaturi. Ali kad se jezgra stvorila, sve je bilo u rastaljenom stanju”, rekao je Shahar.
Nalazi ovih eksperimenata mogu biti relevantni za planete izvan našeg Sunčevog sustava, kažu znanstvenici. "Činjenica je da vidimo samo površinu ili atmosferu egzoplaneta", rekao je Shahar. - Ali kako njihov unutarnji dio utječe na ono što se događa na površini? Odgovor na ovo pitanje utjecati će na to postoji li život na ovoj planeti ili ne."
