Piekące jądro Ziemi nie jest samotnikiem - zostało przyłapane na mieszaniu się z innymi, podziemnymi warstwami. Tak wynika z nowego badania, które wykazało, że najbardziej wewnętrzna część planety wycieka część jej zawartości do pióropuszy płaszczowych, z których część ostatecznie dociera do powierzchni Ziemi.
To odkrycie pomaga rozstrzygnąć szaloną od dziesięcioleci debatę: naukowcy twierdzą, że rdzeń i płaszcz wymieniają jakikolwiek materiał.
„Nasze odkrycia sugerują, że część materiału rdzenia przenika do podstawy tych pióropuszów płaszczowych, a rdzeń przecieka ten materiał przez ostatnie 2,5 miliarda lat” - napisali naukowcy w The Conversation, stronie internetowej, w której naukowcy piszą o swoich badaniach publiczny.
Znalezienie było możliwe dzięki metalowemu wolframowi (W), elementowi 74 na układzie okresowym pierwiastków. Gdyby wolfram zrobił profil randkowy, zauważyłby, że jest syderofilem lub „miłośnikiem żelaza”. Nic więc dziwnego, że dużo wolframu wisi w jądrze Ziemi, które jest zbudowane głównie z żelaza i niklu.
W swoim profilu wolfram wykazałby również, że ma kilka izotopów (pierwiastek z inną liczbą neutronów w jądrze), w tym W-182 (ze 108 neutronami) i W-184 (ze 110 neutronami). Podczas opracowywania swoich badań naukowcy zdali sobie sprawę, że izotopy te mogą pomóc im rozwiązać zasadnicze pytanie.
Kolejnym pierwiastkiem, hafnem (Hf), jest litofil, co oznacza, że uwielbia skały i można go znaleźć w bogatym w krzemian płaszczu Ziemi. Z okresem półtrwania wynoszącym 8,9 miliona lat radioaktywny izotop hafnu Hf-182 rozpada się na W-182. Oznacza to, że płaszcz powinien mieć więcej W-182 niż rdzeń, twierdzili naukowcy.
„Dlatego wymiana chemiczna między rdzeniem a źródłem pióropuszy płaszczowych może być wykrywalna w stosunku bazaltów oceanicznych na poziomie 182 W / 184 W”, które pochodzą z pióropuszy w płaszczu, napisali naukowcy w badaniu.
Ale ta różnica w wolframie byłaby niewiarygodnie mała: spodziewano się, że skład wolframu-182 w płaszczu i rdzeniu będzie się różnić tylko o około 200 części na milion (ppm). „Mniej niż pięć laboratoriów na świecie może przeprowadzić tego rodzaju analizy” - napisali naukowcy w The Conversation.
Co więcej, nie jest łatwo badać rdzeń, ponieważ zaczyna się na głębokości około 1800 mil (2900 kilometrów) pod ziemią. Aby spojrzeć na to z perspektywy, najgłębszą dziurą, jaką ludzie kiedykolwiek wykopali, jest odwiert Kola Superdeep w Rosji, który ma głębokość około 7,3 mil (12,3 km).
Tak więc naukowcy zbadali następną najlepszą rzecz: skały, które sączyły się na powierzchnię Ziemi z głębokiego płaszcza w Pilbara Craton w Australii Zachodniej, a także hotspoty na wyspie Réunion i archipelagu Kerguelen na Oceanie Indyjskim.
Wykryto wyciek
Ilość wolframu w tych skałach ujawniła wyciek z rdzenia. Naukowcy odkryli, że w ciągu życia Ziemi nastąpiła duża zmiana stosunku W-182-do-W-184 w płaszczu Ziemi. Co dziwne, najstarsze skały na Ziemi mają wyższy stosunek W-182-do-W-184 niż większość współczesnych skał.
„Zmiana stosunku 182 W / 184 W płaszcza wskazuje, że wolfram z rdzenia przeciekał do płaszcza od dłuższego czasu” - napisali naukowcy w The Conversation.
Ziemia ma około 4,5 miliarda lat. Jednak najstarsze skały płaszcza planety nie uległy znaczącym zmianom w izotopach wolframu. Sugeruje to, że od 4,3 do 2,7 miliarda lat temu wymiana materiału z rdzenia na górny płaszcz była niewielka lub wcale.
Ale w ciągu ostatnich 2,5 miliarda lat skład izotopów wolframu w płaszczu zmienił się znacznie. Dlaczego się to stało? Jak twierdzą naukowcy, jeśli pióropusze płaszcza wznoszą się z granicy płaszcza-jądra, to być może, podobnie jak piła, materiał z powierzchni Ziemi schodzi do głębokiego płaszcza. Naukowcy twierdzą, że ten materiał powierzchniowy zawiera tlen, pierwiastek, który może wpływać na wolfram.
„Subdukcja, termin używany dla skał z powierzchni Ziemi schodzących do płaszcza, przenosi bogaty w tlen materiał z powierzchni do głębokiego płaszcza jako integralny element tektoniki płyt” - napisali naukowcy w The Conversation. „Eksperymenty pokazują, że wzrost stężenia tlenu na granicy rdzenia-płaszcza może spowodować wydzielenie wolframu z rdzenia do płaszcza”.
A może, gdy rdzeń wewnętrzny zestalił się po uformowaniu Ziemi, stężenie tlenu w rdzeniu zewnętrznym wzrosło, twierdzili naukowcy. „W tym przypadku nasze nowe wyniki mogą nam powiedzieć coś o ewolucji jądra, w tym o pochodzeniu ziemskiego pola magnetycznego” - napisali w The Conversation.
