Mūsu planētas kodols ir dzelzs. Bet tagad zinātnieki labāk izprot, kas vēl griežas virpuļvannā Zemes centrā.
Mūsu planētas sirdsdarbība joprojām ir noslēpums zinātniekiem, kuri mēģina uzzināt, kā veidojās Zeme un kas radās tās radīšanā. Nesenā pētījumā viņi spēja atjaunot spēcīgo spiedienu mūsu planētas centrā, ļaujot zinātniekiem ieskatīties tā agrīnajā pastāvēšanā un pat saprast, kāds varētu būt Zemes kodols tagad.
Viņi ziņoja par savu atklājumu jaunākajā Science žurnāla numurā. "Ja mēs izdomājam, kuri elementi veido kodolu, mēs varam labāk izprast Zemes veidošanās apstākļus, kas savukārt mums sniegs vairāk informācijas par Saules sistēmas agrīno vēsturi," saka Vašingtonā dzīvojošais ģeohētiķis Anats Šahars. Karnegi Zinātnes institūtā. Tas arī ļaus zinātniekiem gūt ieskatu par to, kā citas akmeņainas planētas izveidojās mūsu Saules sistēmā un ārpus tās.
Zeme pirms apmēram 4,6 miljardiem gadu izveidojās neskaitāmu cieto vielu sadursmju rezultātā, sākot no Marsa līdz mazam asteroīdam. Pieaugot agrīnās Zemes masai, palielinājās tās iekšējais spiediens un temperatūra.
Tas ietekmēja to, kā dzelzs, kas veido lielāko daļu zemes kodola, ķīmiski reaģēja ar vieglākiem elementiem, piemēram, ūdeņradi, skābekli un oglekli, kā arī ar smagākiem metāliem, kas atdalījās no apvalka un nonāca zemes iekšienē. Apvalks ir slānis, kas atrodas tieši zem zemes garozas, un izkusušo iežu kustība šajā apgabalā iedarbina tektoniskās plāksnes.
Zinātnieki jau sen ir sapratuši, ka temperatūras izmaiņas var ietekmēt to, cik lielā mērā tāda elementa kā dzelzs izotops kļūst par kodola daļu. Šo procesu sauc par izotopu frakcionēšanu.
Tomēr līdz šim spiediens netika uzskatīts par kritisku mainīgo, kas ietekmē šo procesu. "60. un 70. gados tika veikti eksperimenti, lai meklētu šāda spiediena sekas, taču zinātnieki neko neatrada," saka Šahars. "Bet tagad mēs zinām, ka spiediens, pie kura viņi veica eksperimentus (apmēram divi gigapaskali), nebija pietiekami spēcīgs."
2009. gadā cita pētnieku grupa publicēja rakstu, kurā viņi ieteica, ka spiediens varētu ietekmēt elementus, kas iekļuvuši zemes kodolā. Tāpēc Šahara un viņas komanda nolēma vēlreiz pārbaudīt tās ietekmi, izmantojot aprīkojumu, kas rada spiedienu līdz 40 gigapaskaliem. Tas ir daudz tuvāk 60 gigapaskaliem, kurus zinātnieki uzskata par vidējiem Zemes agrīnā veidošanās laikā.
Reklāmas video:
Eksperimentos, kas veikti ar modernu fotonu avotu Karnegi institūtā Vašingtonā, zinātnieki starp diviem dimantiem ievietoja mazus dzelzs paraugus, kas sajaukti ar ūdeņradi, oglekli un skābekli. Tad šī dimanta skrūvspīles plaknes tika saspiestas kopā, radot milzīgu spiedienu.
Pēc tam pārveidotos dzelzs paraugus bombardēja ar augstas enerģijas rentgena stariem. "Mēs izmantojam rentgenstarus, lai pārbaudītu dzelzs fāžu vibrācijas īpašības," sacīja Šahars. Atšķirīgās vibrācijas frekvences norāda, kuri dzelzs izotopi ir starp paraugiem.
Zinātnieki ir atklājuši, ka tik spēcīgs spiediens patiešām ietekmē izotopu frakcionēšanu. Pētnieku grupa jo īpaši atklāja, ka reakcijai starp dzelzi un ūdeņradi vai oglekli, kam vajadzētu būt serdenī, jāatstāj raksturīgas pēdas mantijas klintī. Bet tādu pēdu atrast nebija iespējams.
"Tāpēc mēs uzskatām, ka ūdeņradis un ogleklis nav galvenie gaismas elementi kodolā," sacīja Šahars.
Bet dzelzs un skābekļa kombinācija mantojumā nevarēja atstāt pēdas, kā parādīja zinātnieku eksperimenti. Tāpēc ir iespējams, ka skābeklis varētu kļūt par vienu no vieglākajiem elementiem zemes kodola sastāvā.
Šie atklājumi apstiprina hipotēzi, ka skābeklis un silīcijs veido Zemes kodolā izšķīdušo gaismas elementu pamatu, saka Džozefs O'Rurks, Kalifornijas Tehnoloģiju institūta Pasadenā ģeofiziķis, kurš nebija iesaistīts pētījumā.
"Apvalkā ir daudz skābekļa un silīcija, un mēs zinām, ka tie izšķīst dzelzī augstā temperatūrā un augstā spiedienā," viņš teica. "Tā kā skābeklis un silīcijs tiek garantēti kodolā, citiem kandidātiem, piemēram, ūdeņradim un ogleklim, ir maz iespēju."
Šahara sacīja, ka viņas komanda plāno atkārtot eksperimentu ar silīciju un sēru, kas var būt daļa no kodola. Tagad, kad viņi ir parādījuši, ka spiediens var ietekmēt frakcionēšanu, šī komanda vēlas aplūkot spiediena un temperatūras ietekmi, ja tos apvieno. Viņi uzskata, ka rezultāti var atšķirties no tā, ja spiedienu un temperatūru lieto atsevišķi. “Mēs veicām eksperimentus ar cietajiem dzelzs paraugiem istabas temperatūrā. Bet, kad veidojās kodols, viss bija izkusis,”sacīja Šahars.
Šo eksperimentu rezultāti var būt svarīgi planētām ārpus mūsu Saules sistēmas, saka zinātnieki. "Fakts ir tāds, ka mēs redzam tikai eksoplanētu virsmu vai atmosfēru," sacīja Šahars. - Bet kā viņu iekšējā daļa ietekmē to, kas notiek uz virsmas? Atbilde uz šo jautājumu ietekmēs to, vai uz šīs planētas ir dzīvība."