Naukowcy teoretyzują, że we wnętrzu Ziemi panują ekstremalnie gorące i ekstremalnie wysokie ciśnienie. To pozwala na podział przede wszystkim rdzenia żelaznego i niklowego między stały obszar wewnętrzny i ciekły obszar zewnętrzny. Uważa się, że dynamika tego rdzenia jest odpowiedzialna za napędzanie ochronnej magnetosfery naszej planety, dlatego naukowcy są zdeterminowani, aby lepiej ją zrozumieć.
Dzięki nowym badaniom przeprowadzonym przez międzynarodowy zespół naukowców okazuje się, że region główny zyskuje również dość „śniegu”! Innymi słowy, ich badania wykazały, że wewnątrz zewnętrznego rdzenia małe cząsteczki żelaza zestalają się i opadają, tworząc stosy o grubości do 320 km (200 mil) na wierzchu zewnętrznego rdzenia. Odkrycia te mogą znacznie poprawić nasze zrozumienie sił, które wpływają na całą planetę.
Badania zostały przeprowadzone przez zespół naukowców z Jackson School of Geosciences na University of Texas w Austin, kierowany przez prof. Youjun Zhanga z Instytutu Fizyki Atomowej i Molekularnej Uniwersytetu Sichuan. Badanie, które opisuje ich badania, zostało opublikowane w numerze 23 grudnia Journal of Geophysical Research (JGR) Solid Earth.
Badanie głębin Ziemi nie jest łatwym zadaniem, ponieważ radar penetrujący ziemię nie może zbadać, czy głębokie i bezpośrednie próbkowanie jest absolutnie niemożliwe. W rezultacie badacze zmuszeni są badać wnętrze Ziemi poprzez naukę sejsmologii - tj. Badanie fal dźwiękowych generowanych przez aktywność geologiczną i regularnie przechodzących przez planetę.
Dzięki pomiarom i analizie tych fal geologowie są w stanie uzyskać lepszy obraz struktury i składu wnętrza. W ostatnich latach zauważyli rozbieżność między danymi sejsmicznymi a obecnymi modelami jądra Ziemi. Zasadniczo zmierzone fale poruszałyby się wolniej niż się spodziewano, przechodząc przez podstawę rdzenia zewnętrznego i szybciej podczas przemieszczania się przez wschodnią półkulę rdzenia wewnętrznego.
Aby rozwiązać tę tajemnicę, prof. Zhang i jego koledzy zaproponowali, że krystalizacja cząstek żelaza może zachodzić w rdzeniu zewnętrznym, tworząc rdzeń wewnętrzny „pokryty śniegiem”. Teorię, że między rdzeniem wewnętrznym i zewnętrznym istnieje warstwa zawiesiny, po raz pierwszy zaproponowała S.I. Braginskii w 1963 r., Ale została odrzucona z powodu przeważającej wiedzy o warunkach ciepła i ciśnienia w rdzeniu.
Jednak stosując serię eksperymentów przeprowadzonych na materiałach podobnych do rdzenia i nowsze badania naukowe, prof. Zhang i jego zespół byli w stanie wykazać, że krystalizacja w rdzeniu zewnętrznym jest rzeczywiście możliwa. Ponadto odkryli, że około 15% najniższej części zewnętrznego rdzenia może być wykonane z kryształów na bazie żelaza, które ostatecznie spadną i osadzą się na stałym rdzeniu wewnętrznym.
„To trochę dziwna rzecz do myślenia” - powiedział Nick Dygert, adiunkt na University of Tenessee, który pomógł w przeprowadzeniu badań w ramach stażu podoktoranckiego w JSG. „Kryształy w rdzeniu zewnętrznym padają na rdzeń wewnętrzny na odległości kilkuset kilometrów.”
Jak wyjaśnił prof. Jung-Fu Lin (inny współautor badania), jest to podobne do tego, jak formują się skały wewnątrz wulkanów. „Metaliczny rdzeń Ziemi działa jak komora magmy, o której lepiej wiemy w skorupie” - powiedział. Zespół porównał nawet kapelusz procesowy, który powoduje, że stosy cząstek żelaza tworzą się w zewnętrznym jądrze Ziemi z tym, co dzieje się w komorach magmy bliżej powierzchni Ziemi.
Podczas gdy zagęszczenie minerałów tworzy w komorach magmowych „kumulowaną skałę”, zagęszczenie cząstek żelaza głęboko we wnętrzu Ziemi przyczynia się do wzrostu jądra wewnętrznego i kurczenia się jądra zewnętrznego. Akumulacja tych cząstek na zewnętrznym rdzeniu odpowiadałaby aberracjom sejsmicznym, ponieważ zmiana grubości między półkulami wschodnią i zachodnią tłumaczyłaby zmianę prędkości.
Biorąc pod uwagę wpływ rdzenia na zjawiska na całej planecie - takie jak wspomniana powyżej magnetosfera i ogrzewanie, które napędzają aktywność tektoniczną - poznanie jej składu i zachowania jest niezbędne, aby lepiej zrozumieć, jak działają te większe procesy. Pod tym względem badania przeprowadzone przez prof. Zhanga i jego współpracowników mogą pomóc w rozwiązywaniu długotrwałych pytań dotyczących wnętrza Ziemi i tego, jak to się stało.
Jak powiedział Bruce Buffet, profesor geologii z UC Berkley, który bada wnętrza planet (i nie był zaangażowany w badania):
„Powiązanie prognoz modelu z anomalnymi obserwacjami pozwala nam wyciągać wnioski na temat możliwych kompozycji ciekłego rdzenia i być może łączyć te informacje z warunkami panującymi w czasie powstawania planety. Warunki początkowe są ważnym czynnikiem, aby Ziemia stała się planetą, którą znamy. ”
Biorąc pod uwagę sposób, w jaki uważa się, że magnetosfera ziemska i jej aktywność tektoniczna odegrały istotną rolę w powstaniu i ewolucji życia, zrozumienie dynamiki wnętrza naszej planety może również pomóc w polowaniu na potencjalnie nadające się do zamieszkania egzoplanety - nie wspominając już o dodatkowych… życie na ziemi!
Badania zostały sfinansowane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin, Fundamentalne Fundusze Badawcze Centralnych Uniwersytetów, Jackson School of Geosciences, National Science Foundation i Sloan Foundation.
