Bolygónk magja a vas. De most a tudósok egyre jobban megértik, mi forog még egy örvényben a Föld közepén.
Bolygónk szívverése továbbra is rejtély a tudósok előtt, akik megpróbálják kideríteni, hogyan alakult ki a Föld és mi jött létre. Egy nemrégiben készült tanulmány során képesek voltak újrateremteni bolygónk közepén az erőteljes nyomást, lehetővé téve a tudósok számára, hogy bepillantást nyerjenek annak korai létezésébe, és még megértsék, hogy nézhet ki most a föld magja.
A Science legújabb számában számoltak be felfedezésükről. "Ha kitaláljuk, hogy mely elemek alkotják a magot, jobban megérthetjük azokat a körülményeket, amelyek mellett a Föld kialakult, ami viszont több információt nyújt számunkra a Naprendszer korai történetéről" - mondja Anat Shahar geokémikus Washingtonban. a Carnegie Tudományos Intézetben. Ez lehetővé teszi a tudósok számára, hogy betekintést nyerjenek abba, hogyan alakultak ki más sziklás bolygók a Naprendszerünkben és azon túl is.
A Földet körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt a szilárd anyagok számtalan ütközése hozta létre, a Marstól a kis aszteroidáig terjedő méretben. A korai Föld tömegének növekedésével nőtt belső nyomása és hőmérséklete.
Ez hatással volt arra, hogy a vas, amely a föld magjának legnagyobb részét alkotja, vegyileg reagált könnyebb elemekkel, például hidrogénnel, oxigénnel és szénnel, valamint nehezebb fémekkel, amelyek elváltak a palásttól és a föld belsejébe kerültek. A köpeny egy réteg, közvetlenül a földkéreg alatt, és az olvadt kőzet mozgása ezen a területen mozgásba hozza a tektonikus lemezeket.
A tudósok már régóta rájöttek, hogy a hőmérséklet-változások befolyásolhatják, hogy egy olyan elem izotópja, mint a vas, miként válik a mag részévé. Ezt a folyamatot izotópos frakcionálásnak nevezzük.
A nyomást azonban mindeddig nem tekintették kritikus változónak, amely befolyásolja ezt a folyamatot. "A 60-as és 70-es években kísérleteket végeztek az ilyen nyomás következményeinek felkutatására, de a tudósok nem találtak semmit" - mondja Shahar. "De most már tudjuk, hogy az a nyomás, amelyen a kísérleteket végezték (körülbelül két gigapascal), nem volt elég erős."
2009-ben egy másik kutatócsoport publikált egy cikket, amelyben azt javasolta, hogy a nyomás befolyásolhassa azokat az elemeket, amelyek a föld magjába kerültek. Ezért Shahar és csapata úgy döntött, hogy újra megvizsgálja annak hatásait, olyan eszközöket használva, amelyek akár 40 gigapascal nyomást okoznak. Ez sokkal közelebb van a 60 gigapascalhoz, amelyet a tudósok átlagnak tartanak a Föld korai kialakulása során.
Promóciós videó:
A washingtoni Carnegie Intézetben egy fejlett fotonforráson végzett kísérletek során a tudósok kis gyémánt közé hidrogénnel, szénnel és oxigénnel kevert vasmintákat helyeztek el. Ezután ezeknek a gyémántbetűknek a síkjait összetolták, hatalmas nyomást keltve.
Ezt követően az átalakított vasmintákat nagy energiájú röntgensugarakkal bombázták. "Röntgensugarakat használunk a vasfázisok rezgési tulajdonságainak tesztelésére" - mondta Shahar. A különböző rezgési frekvenciák jelzik, hogy a vas mely izotópjai vannak a minták között.
A tudósok megállapították, hogy egy ilyen nagy nyomás valóban befolyásolja az izotópos frakcionálást. A kutatócsoport különösen azt találta, hogy a vas és a hidrogén vagy a szén reakciójának, amelynek jelen kell lennie a magban, jellegzetes nyomot kell hagynia a palástkőben. De nem lehetett ilyen nyomot találni.
"Ezért úgy gondoljuk, hogy a hidrogén és a szén nem a fő fényelem a magban" - mondta Shahar.
De a vas és az oxigén kombinációja nem hagyhatott nyomokat a köpenyben, amint azt a tudósok kísérletei kimutatták. Ezért lehetséges, hogy az oxigén a földmag összetételének egyik legkönnyebb elemévé válhat.
Ezek a megállapítások alátámasztják azt a hipotézist, miszerint az oxigén és a szilícium képezi a Föld magjában oldott fényelemek alapját - mondja Joseph O'Rourke, a pasadenai Kaliforniai Műszaki Intézet geofizikusa, aki nem vett részt a vizsgálatban.
"Az oxigén és a szilícium bőségesen van a köpenyben, és tudjuk, hogy magas hőmérsékleten és nagy nyomáson feloldódnak a vasban" - mondta. "Mivel az oxigén és a szilícium garantáltan a magban van, más jelölteknek, mint például a hidrogénnek és a szénnek, kevés az esélye."
Shahar elmondta, hogy csapata meg kívánja ismételni a kísérletet szilíciummal és kénnel, amelyek a mag részét képezhetik. Most, hogy bebizonyították, hogy a nyomás befolyásolhatja a frakcionálást, ez a csapat a nyomás és a hőmérséklet hatását együttesen szeretné megvizsgálni. Úgy vélik, hogy az eredmények eltérhetnek attól, ha a nyomást és a hőmérsékletet egyedül alkalmazzák. „Szilárd hőmérsékleten szilárd vasmintákkal végeztük kísérleteinket. De amikor a mag kialakult, minden olvadt állapotban volt”- mondta Shahar.
E kísérletek eredményei relevánsak lehetnek a Naprendszerünkön kívüli bolygók számára, állítják a tudósok. "Az a tény, hogy csak az exobolygók felszínét vagy atmoszféráját látjuk" - mondta Shahar. - De hogyan befolyásolja belső részük a felszínen zajló eseményeket? A kérdésre adott válasz befolyásolja, hogy van-e élet ezen a bolygón."