Planeettamme ydin on rauta. Mutta nyt tiedemiehet ymmärtävät paremmin, mitä muuta pyörii maapallon keskellä olevassa porealtaassa.
Planeettamme syke on edelleen mysteeri tiedemiehille, jotka yrittävät selvittää, kuinka maapallo muodostui ja mikä sen luomiseen meni. Äskettäisessä tutkimuksessa he pystyivät luomaan voimakkaat paineet planeettamme keskellä, jolloin tutkijat saivat vilkaista sen varhaista olemassaoloa ja jopa ymmärtävät miltä maan ydin voisi näyttää nyt.
He ilmoittivat löytöstään Science: n viimeisimmässä numerossa. "Jos selvitämme, mitkä elementit muodostavat ytimen, voimme paremmin ymmärtää olosuhteet, joissa maapallo muodostui, mikä puolestaan antaa meille lisätietoja aurinkokunnan varhaisesta historiasta", sanoo geokemisti Anat Shahar, joka asuu Washingtonissa. Carnegien tiedeinstituutissa. Se antaa myös tutkijoille mahdollisuuden saada käsitys siitä, kuinka muut kiviset planeetat muodostuivat aurinkokunnassamme ja sen ulkopuolella.
Maapallo muodostui noin 4,6 miljardia vuotta sitten lukemattomista kiinteiden aineiden törmäyksistä, joiden koko vaihteli Marsista pieneen asteroidiin. Varhaisen Maan massan kasvaessa sen sisäinen paine ja lämpötila nousivat.
Tämä vaikutti siihen, kuinka rauta, joka muodostaa suurimman osan maapallon ytimestä, reagoi kemiallisesti kevyempien alkuaineiden, kuten vety, happi ja hiili, sekä raskaampien metallien kanssa, jotka erosivat vaipasta ja päätyivät maan sisälle. Vaippa on kerros suoraan maankuoren alapuolella, ja sulan kiven liike tällä alueella saa tektoniset levyt liikkeelle.
Tutkijat ovat jo kauan tajunnut, että lämpötilan muutokset voivat vaikuttaa siihen, missä määrin elementin, kuten raudan, isotoopista tulee osa ydintä. Tätä prosessia kutsutaan isotooppifraktioksi.
Kuitenkin toistaiseksi painetta ei ole pidetty kriittisenä muuttujana, joka vaikuttaa tähän prosessiin. "60- ja 70-luvuilla tehtiin kokeita etsimällä tällaisen paineen seurauksia, mutta tutkijat eivät löytäneet mitään", Shahar kertoo. "Mutta nyt tiedämme, että paine, jolla he tekivät kokeita (noin kaksi gigapascalia), ei ollut tarpeeksi voimakas."
Vuonna 2009 toinen tutkimusryhmä julkaisi paperin, jossa he ehdottivat, että paine voisi vaikuttaa maapallon ytimeen tulleisiin elementteihin. Siksi Shahar ja hänen tiiminsä päättivät tutkia sen vaikutukset uudelleen laitteilla, jotka aiheuttavat jopa 40 gigapaskalin painetta. Tämä on paljon lähempänä 60 gigapascalia, joiden tutkijat pitävät keskiarvona maapallon varhaisessa muodostumisessa.
Mainosvideo:
Kokeissa, jotka tehtiin edistyneelle fotonilähteelle Carnegie-instituutissa Washingtonissa, tutkijat sijoittivat pienet näytteet vedystä, hiilestä ja hapesta sekoitettuihin timantteihin. Sitten näiden timanttipätkien tasot työnnettiin yhteen, mikä loi valtavan paineen.
Myöhemmin muunnetut rautanäytteet pommitettiin korkean energian röntgensäteillä. "Käytämme röntgensäteitä rautafaasien tärinäominaisuuksien testaamiseen", Shahar sanoi. Eri värähtelytaajuudet osoittavat, mitkä raudan isotoopit ovat näytteiden joukossa.
Tutkijat ovat havainneet, että tällainen voimakas paine todella vaikuttaa isotooppifraktioitumiseen. Tutkimusryhmä havaitsi erityisesti, että raudan ja vedyn tai hiilen, jonka pitäisi olla läsnä ytimessä, reaktion pitäisi jättää tyypillinen jälki vaippakivestä. Mutta sellaista jälkeä ei löytynyt.
"Siksi uskomme, että vety ja hiili eivät ole tärkeimmät valon elementit ytimessä", Shahar sanoi.
Mutta raudan ja hapen yhdistelmä ei voinut jättää jälkiä vaippaan, kuten tutkijoiden kokeet osoittivat. Siksi on mahdollista, että hapesta voi tulla yksi kevyimmistä elementeistä maapallon ytimen koostumuksessa.
Nämä havainnot tukevat hypoteesia, jonka mukaan happi ja pii muodostavat perustan maapallon ytimeen liuenneille valoelementeille, kertoo Joseph O'Rourke, Pasadenan Kalifornian teknillisen instituutin geofyysikko, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
"Happea ja piitä on runsaasti vaipassa, ja tiedämme, että ne liukenevat rautaan korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa", hän sanoi. "Koska happi ja pii ovat taatusti ytimessä, muilla ehdokkailla, kuten vedyllä ja hiilellä, on vähän mahdollisuuksia."
Shahar sanoi, että hänen tiiminsä aikoo toistaa kokeen piin ja rikin kanssa, jotka voivat olla osa ydintä. Nyt kun he ovat osoittaneet, että paine voi vaikuttaa fraktioitumiseen, tämä joukkue haluaa tarkastella paineen ja lämpötilan vaikutusta yhdessä. He uskovat, että tulokset voivat poiketa siitä, kun painetta ja lämpötilaa käytetään yksin.”Teimme kokeita kiinteillä rautanäytteillä huoneenlämmössä. Mutta kun ydin muodostui, kaikki oli sulassa tilassa”, Shahar sanoi.
Näiden kokeiden tulokset voivat olla merkityksellisiä aurinkokuntamme ulkopuolella oleville planeetoille, tutkijat sanovat. "Tosiasia on, että näemme vain eksoplaneettojen pinnan tai ilmapiirin", Shahar sanoi. - Mutta miten heidän sisäosa vaikuttaa siihen, mitä pinnalla tapahtuu? Vastaus tähän kysymykseen vaikuttaa siihen, onko tällä planeetalla elämää."