BOSTON - rozległe ziemskie magmy oceaniczne, krążące głęboko pod naszymi stopami, wydają się pompować tlen do płynnego jądra planety. A ten tlen kształtuje trzęsienia ziemi i wulkany na całej naszej planecie.
Tak zakończył się zbiór badań fizyka University College London, Dario Alfe, który przedstawił we wtorek (5 marca) podczas marcowego spotkania American Physical Society. Chociaż nie można bezpośrednio obserwować tlenu w jądrze Ziemi - tysiące mil gorącej skały utrudnia ten pogląd - Alfe i jego współpracownicy wykorzystali połączenie danych sejsmologicznych, chemii i wiedzy o starożytnej historii naszego Układu Słonecznego, aby wyciągnąć wnioski.
Główny dowód na to, że coś takiego jak tlen ukrywa się w żelaznym rdzeniu? Trzęsienia ziemi Pomruki, które odczuwamy na powierzchni, są wynikiem fal, które poruszają się po całej naszej planecie. A zachowanie tych fal daje wskazówki do zawartości Ziemi - prawie jak USG całej planety.
Kiedy fale trzęsienia ziemi odbijają się od rdzenia i wracają na powierzchnię, ich kształt wskazuje, że zewnętrzny rdzeń ciekłego żelaza jest znacznie mniej gęsty niż znajdujący się w nim rdzeń z litego żelaza pod ciśnieniem. Ta różnica gęstości wpływa na kształt trzęsień ziemi i zachowanie wulkanów na powierzchni. Ale nie tak powinno się zachowywać czyste żelazo, powiedział po rozmowie Alfe Live Science.
„Jeśli rdzeń był z czystego żelaza, kontrast gęstości między stałym rdzeniem wewnętrznym a cieczą powinien wynosić 1,5 procent”, powiedział. „Ale sejsmologia mówi nam, że jest to około 5 procent”.
Innymi słowy, zewnętrzny rdzeń jest mniej gęsty niż powinien, co sugeruje, że domieszka zawiera nieelazny element, dzięki czemu jest lżejszy.
Rodzi to pytanie: dlaczego lżejszy element miałby być mieszany z zewnętrznym rdzeniem, a nie z stałym wewnętrznym rdzeniem?
Gdy atomy są w stanie ciekłym, swobodnie przepływają obok siebie, umożliwiając koegzystencję wielu różnych pierwiastków, nawet w ekstremalnym środowisku wewnętrznej Ziemi, powiedział Alfe. Ale gdy ekstremalne ciśnienia zmuszają rdzeń wewnętrzny do stanu stałego, atomy tworzą tam sztywniejszą sieć wiązań chemicznych. A ta bardziej rygorystyczna struktura nie uwzględnia tak łatwo obcych elementów. Gdy powstaje stały rdzeń, wyrzucałby atomy tlenu i inne zanieczyszczenia do swojego płynnego otoczenia, jak pasta do zębów wystrzeliwana z wyciśniętej rurki.
„Widzisz podobny efekt w górach lodowych” - powiedział.
Kiedy słona woda w oceanie zamarza, wydala swoje zanieczyszczenia. Tak więc góry lodowe kończą się jako kawałki stałej słodkiej wody unoszące się nad oceanem bogatym w sód.
Alfe powiedział, że nie ma bezpośrednich dowodów na to, że lżejszym pierwiastkiem w ciekłym rdzeniu jest tlen. Ale nasza planeta uformowała się z chmur pyłu z wczesnego Układu Słonecznego i wiemy, jakie pierwiastki tam były.
Zespół badawczy wykluczył inne elementy, takie jak krzem, które teoretycznie mogą występować w rdzeniu w oparciu o skład tej chmury, ale nie wyjaśniają obserwowanego efektu. Powiedział, że tlen został najbardziej prawdopodobnym kandydatem.
Co więcej, poziomy tlenu teoretycznie obecne w rdzeniu wydają się niższe niż to, co chemia przewidziałaby na podstawie zawartości tlenu w płaszczu. To sugeruje, że więcej tlenu prawdopodobnie jest pompowane chemicznie do zewnętrznego rdzenia nawet dzisiaj z otaczającego go bardziej bogatego w tlen płaszcza.
Zapytany, jak wygląda tlen w rdzeniu, Alfe powiedział, aby nie wyobrażać sobie bąbelków ani nawet rdzy, która powstaje, gdy żelazo wiąże się bezpośrednio z tlenem. Zamiast tego w tych temperaturach i ciśnieniach atomy tlenu unosiłyby się swobodnie pomiędzy atomami żelaza, tworząc pływające grudki ciekłego żelaza.
„Jeśli weźmiesz paczkę płynu, która ma 90 atomów żelaza i 10 atomów tlenu, ta paczka będzie mniej gęsta niż paczka czystego żelaza” i tak będzie się unosić, powiedział Alfe.
Aby potwierdzić te wyniki, Alfe powiedział, że nie może się doczekać wyników wysiłków zmierzających do pomiaru neutrin powstających na naszej planecie i promieniujących w kierunku powierzchni. Chociaż „geoneutrina” są bardzo rzadkie, powiedział, mogą zaoferować wiele informacji o tym, co konkretnie dzieje się na planecie, kiedy się pojawią.
Ale bez żadnego bezpośredniego dostępu do rdzenia, fizycy zawsze utkną, dokonując najlepszych możliwych osądów dotyczących jego składu na podstawie ograniczonych, wtórnych danych.
