Jadrom našej planéty je železo. Teraz sa však vedci zlepšujú v porozumení toho, čo sa ešte točí vo vírivke v strede Zeme.
Tep našej planéty zostáva tajomstvom pre vedcov, ktorí sa snažia zistiť, ako sa formovala Zem a čo sa podpísalo na jej vzniku. V nedávnej štúdii dokázali znovu vytvoriť silné tlaky v strede našej planéty, čo umožnilo vedcom nahliadnuť do jej ranej existencie a dokonca pochopiť, ako by teraz mohlo vyzerať zemské jadro.
O svojom objave informovali v najnovšom vydaní časopisu Science. „Ak prídeme na to, ktoré prvky tvoria jadro, môžeme lepšie pochopiť podmienky, za ktorých sa Zem formovala, čo nám poskytne viac informácií o ranej histórii slnečnej sústavy,“hovorí geochemik Anat Shahar so sídlom vo Washingtone. na Carnegie Institute of Science. Vedcom tiež umožní získať prehľad o tom, ako sa formovali ďalšie skalné planéty v našej slnečnej sústave i mimo nej.
Zem bola vytvorená asi pred 4,6 miliardami rokov nespočetnými zrážkami pevných látok, ktoré sa pohybovali od Marsu po malý asteroid. S nárastom hmotnosti rannej Zeme sa zvyšoval jej vnútorný tlak a teplota.
To ovplyvnilo to, ako železo, ktoré tvorí väčšinu zemského jadra, chemicky reagovalo s ľahšími prvkami, ako sú vodík, kyslík a uhlík, ako aj s ťažšími kovmi, ktoré sa oddeľovali od plášťa a končili vo vnútri Zeme. Plášť je vrstva priamo pod zemskou kôrou a pohyb roztavenej horniny v tejto oblasti dáva do pohybu tektonické dosky.
Vedci si už dávno uvedomili, že teplotné zmeny môžu mať vplyv na to, do akej miery sa izotop prvku, ako je železo, stane súčasťou jadra. Tento proces sa nazýva izotopová frakcionácia.
Doteraz sa však tlak nepovažoval za kritickú premennú ovplyvňujúcu tento proces. „V 60. a 70. rokoch sa uskutočňovali experimenty zamerané na sledovanie dôsledkov takéhoto tlaku, ale vedci nič nenašli,“hovorí Shahar. „Ale teraz vieme, že tlak, pri ktorom experimenty uskutočňovali (asi dva gigapascaly), nebol dostatočne silný.“
V roku 2009 ďalší výskumný tím publikoval prácu, v ktorej tvrdil, že tlak môže mať vplyv na prvky, ktoré sa dostali do zemského jadra. Preto sa Shahar a jej tím rozhodli znovu preskúmať jeho účinky pomocou zariadenia, ktoré vytvára tlak až 40 gigapascalov. To je oveľa bližšie k 60 gigapascalom, ktoré vedci považujú za priemer počas ranného formovania Zeme.
Propagačné video:
V experimentoch uskutočňovaných na pokročilom zdroji fotónov v Carnegie Institution vo Washingtone vedci umiestnili malé vzorky železa zmiešaného s vodíkom, uhlíkom a kyslíkom medzi dva diamanty. Potom boli roviny tohto diamantového zveráka stlačené k sebe, čím sa vytvoril obrovský tlak.
Následne boli vzorky prevedeného železa bombardované röntgenovými lúčmi s vysokou energiou. "Používame röntgenové lúče na testovanie vibračných vlastností fáz železa," uviedol Shahar. Rôzne frekvencie vibrácií naznačujú, ktoré izotopy železa sú medzi vzorkami.
Vedci zistili, že taký silný tlak skutočne ovplyvňuje izotopovú frakcionáciu. Výskumný tím predovšetkým zistil, že reakcia medzi železom a vodíkom alebo uhlíkom, ktoré by sa mali nachádzať v jadre, by mali zanechať charakteristickú stopu v hornine plášťa. Ale nebolo možné nájsť takúto stopu.
"Preto sme presvedčení, že vodík a uhlík nie sú hlavnými ľahkými prvkami v jadre," uviedol Shahar.
Ale kombinácia železa a kyslíka nemohla zanechať stopy v plášti, ako ukázali experimenty vedcov. Preto je možné, že kyslík by sa mohol stať jedným z najľahších prvkov v zložení zemského jadra.
Tieto objavy podporujú hypotézu, že kyslík a kremík tvoria základ ľahkých prvkov rozpustených v zemskom jadre, hovorí Joseph O'Rourke, geofyzik z Kalifornského technologického inštitútu v Pasadene, ktorý sa štúdie nezúčastnil.
"Kyslík a kremík sú v plášti hojne zastúpené a vieme, že sa rozpúšťajú v železe pri vysokej teplote a vysokom tlaku," uviedol. „Pretože je zaručené, že kyslík a kremík sú v jadre, ostatní kandidáti ako vodík a uhlík majú malú šancu.“
Shahar uviedla, že jej tím má v úmysle zopakovať experiment s kremíkom a sírou, ktoré môžu byť súčasťou jadra. Teraz, keď ukázali, že tlak môže ovplyvniť frakcionáciu, chce sa tento tím pozrieť na vplyv tlaku a teploty v kombinácii. Veria, že výsledky sa môžu líšiť od tých, kedy sa používajú samotný tlak a teplota. "Naše experimenty sme uskutočnili na vzorkách pevného železa pri izbovej teplote." Ale keď sa jadro utvorilo, všetko bolo v roztavenom stave, “uviedol Shahar.
Zistenia z týchto experimentov môžu byť podľa vedcov relevantné pre planéty mimo našu slnečnú sústavu. "Faktom je, že vidíme iba povrch alebo atmosféru exoplanét," uviedol Shahar. - Ale ako ovplyvňuje ich vnútorná časť to, čo sa deje na povrchu? Odpoveď na túto otázku ovplyvní, či na tejto planéte existuje život. ““