Kucajuće srce našeg planeta ostalo je misterija za znanstvenike koji traže kako se Zemlja oblikovala i što je krenulo u njezino stvaranje. No nedavna studija uspjela je ponovno stvoriti intenzivne pritiske koji se približavaju onima koji se nalaze u središtu Zemlje, pružajući istraživačima pogled na naše planete u rane dane, pa čak i kako jezgra može izgledati sada.
Oni su svoja otkrića objavili u nedavnom broju časopisa Science . "Ako shvatimo koji su elementi u jezgri, lakše ćemo razumjeti uvjete pod kojima se formirala Zemlja, a to će nas obavijestiti o ranoj povijesti Sunčevog sustava", rekao je glavni autor studije Anat Shahar, geokemičar iz Carnegie Institution for Science. u Washingtonu, DC Može istraživačima dati uvid u to kako nastaju druge kamene planete, kako u našem Sunčevom sustavu, tako i izvan njega.
Zemlja se formirala prije otprilike 4, 6 milijardi godina kroz bezbroj sudara između kamenitih tijela u rasponu veličina od objekata veličine Marsa do asteroida. Kako je rana Zemlja rasla, tako se povećavao i njezin unutarnji tlak i temperatura.
To je imalo posljedica za to kako je željezo - koje čini većinu zemljine jezgre - kemijski komuniciralo sa lakšim elementima poput vodika, kisika i ugljika, kao što se teži metal odvajao od plašta i tone u unutrašnjost planeta. Ogrtač je sloj točno ispod Zemljine kore, a kretanje rastopljenog kamenja kroz ovo područje pokreće tektoniku ploča.
Znanstvenici su odavno prepoznali da promjena temperature može utjecati na stupanj do kojeg verzija ili izotop elementa poput željeza postaje dio jezgre. Taj se postupak naziva frakcioniranje izotopa.
No do sada se pritisak nije smatrao kritičnom varijablom koja utječe na ovaj proces. "U 60-im i 70-ima vršeni su eksperimenti u potrazi za tim tlačnim učincima, a nijedan nije pronađen", kaže Shahar, koja je dio Deser Carbon Observatory programa. "Sada znamo da pritisci na kojima su testirali - oko dva gigapaskala [GPa] - nisu bili dovoljno visoki."
Dokument drugog tima iz 2009. godine sugerirao je da je pritisak mogao utjecati na elemente koji su se uvukli u jezgru našeg planeta. Tako su Shahar i njezin tim odlučili istražiti njegove učinke, ali koristeći opremu koja može postići pritisak do 40 GPa - što je mnogo bliže 60 GPa za koje znanstvenici smatraju da je bio prosjek tijekom rane stvaranja jezgre na Zemlji.
U eksperimentima koji su provedeni u naprednom fotonskom izvoru Ministarstva znanosti SAD-a, u uredu korisnika Ureda znanosti, u Nacionalnoj laboratoriji Argonne u Illinoisu, tim je između točaka dvaju dijamanata smjestio male uzorke željeza pomiješanih s vodikom, ugljikom ili kisikom. Bočne strane ove "dijamantske nakovanjske ćelije" bile su tada stisnute zajedno kako bi se stvorili golemi pritisci.
Nakon toga, transformisani uzorci željeza bombardirani su snažnim rendgenima. "Koristimo rendgenske zrake za ispitivanje vibracijskih svojstava željeznih faza", rekao je Shahar. Različite frekvencije vibracija govorile su joj koje su inačice željeza u njenim uzorcima.
Tim je utvrdio da ekstremni pritisak utječe na frakcioniranje izotopa. Tim je posebno otkrio da bi reakcije između željeza i vodika ili ugljika - dva elementa koja se smatraju u jezgri - trebale ostaviti potpis u stijenama plašta. Ali taj potpis nikad nije pronađen.
"Stoga ne mislimo da su vodik i ugljik glavni svjetlosni elementi u jezgri", rekao je Shahar.
Suprotno tome, kombinacija željeza i kisika ne bi ostavila traga u plaštu, prema eksperimentima grupe. Stoga je još uvijek moguće da bi kisik mogao biti jedan od lakših elemenata u Zemljinoj jezgri.
Ova otkrića podržavaju hipotezu da kisik i silicij čine najveći dio svjetlosnih elemenata otopljenih u Zemljinoj jezgri, kaže Joseph O'Rourke, geofizičar iz Caltecha u Pasadeni u Kaliforniji koji nije bio uključen u studiju.
"Kisik i silicij u plaštu su obilni, a znamo da su topljivi u željezu pri visokim temperaturama i pritiscima", kaže O'Rourke. "Budući da je kisik i silicij zajamčeno ulazak u jezgru, nema mnogo prostora za ostale kandidate poput vodika i ugljika."
Shahar je rekla da njezin tim planira ponoviti eksperiment sa silicijom i sumporom, drugim mogućim sastojcima jezgre. Sada, kada su pokazali da pritisak može utjecati na frakcioniranje, grupa također planira zajedno sagledati učinke tlaka i temperature za koje predviđaju da će dati drugačije rezultate od bilo kojeg samog. „Naši eksperimenti su obavljeni s uzorcima čvrstog željeza na sobnoj temperaturi. Ali tijekom stvaranja jezgre, sve se topilo ”, rekao je Shahar.
Otkrića takvih eksperimenata mogla bi biti relevantna za egzoplanete ili planete izvan našeg solarnog sustava, tvrde znanstvenici. "Zato što za egzoplanete možete vidjeti samo njihove površine ili atmosferu", rekao je Shahar. Ali kako njihova unutrašnjost utječe na ono što se događa na površini, pitala je. "Odgovor na ta pitanja utjecati će na to postoji li život na planeti ili ne."
Saznajte više o ovom istraživanju i još mnogo toga na Opservatoriju Deep Carbon.
Bilješka urednika, 5. svibnja 2016.: Ova priča izvorno je smještena na mjesto eksperimenata u Washingtonu, DC Izvedeni su u laboratoriju u Illinoisu.
