Joseph Norman
0 
3083
320
BOSTON - rozległe ziemskie oceany magmy, kłębiące się głęboko pod naszymi stopami, wydają się pompować tlen do płynnego jądra planety. I ten tlen kształtuje trzęsienia ziemi i wulkany na całej naszej planecie.
Taka jest konkluzja zespołu badawczego Dario Alfe, fizyka z University College London, zaprezentowanego we wtorek (5 marca) na marcowym spotkaniu American Physical Society. Chociaż niemożliwe jest bezpośrednie obserwowanie tlenu w jądrze Ziemi - tysiące mil gorących skał utrudniają 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. Dudnienia, które odczuwamy na powierzchni, są wynikiem fal, które przemieszczają się po całej naszej planecie. A zachowanie tych fal dostarcza wskazówek co do zawartości Ziemi - prawie jak ultradźwięki całej planety.
Kiedy fale trzęsienia ziemi odbijają się od rdzenia i wracają na powierzchnię, ich kształt wskazuje, że rdzeń z ciekłego żelaza jest znacznie mniej gęsty niż znajdujący się w nim stały rdzeń żelazny pod ciśnieniem. Ta różnica gęstości wpływa na kształt trzęsień ziemi i zachowanie wulkanów na powierzchni. Ale nie tak powinno zachowywać się czyste żelazo, powiedział Alfe po swojej przemowie. [Na zdjęciach: Ocean ukryty pod powierzchnią Ziemi]
„Jeśli rdzeń był czystym żelazem, kontrast gęstości między stałym rdzeniem wewnętrznym a cieczą [rdzeniem zewnętrznym] powinien być rzędu 1,5%” - powiedział. „Ale sejsmologia mówi nam, że to około 5 procent”.
Innymi słowy, zewnętrzny rdzeń jest mniej gęsty niż powinien, co sugeruje, że jest w nim jakiś element nieżelazny, dzięki czemu jest lżejszy.
Powstaje więc pytanie: dlaczego lżejszy element miałby być zmieszany z rdzeniem zewnętrznym, a nie z litym rdzeniem wewnętrznym?
Kiedy atomy są w stanie ciekłym, swobodnie przepływają obok siebie, umożliwiając współistnienie mieszaniny różnych pierwiastków, nawet w skrajnym środowisku wewnętrznej Ziemi, powiedział Alfe. Ale gdy ekstremalne ciśnienia zmuszają wewnętrzny rdzeń do stanu stałego, atomy tworzą bardziej sztywną siatkę wiązań chemicznych. A ta ściślejsza struktura nie obejmuje tak łatwo obcych elementów. Gdy stały rdzeń się uformował, wyplułby atomy tlenu i inne zanieczyszczenia do swojego płynnego otoczenia, jak pasta do zębów wystrzeliwująca z wyciśniętej tubki.
„Widzisz podobny efekt w górach lodowych” - powiedział.
Kiedy słona woda w oceanie zamarza, usuwa swoje zanieczyszczenia. Tak więc góry lodowe kończą jako kawałki stałej słodkiej wody unoszące się nad bogatym w sód oceanem.
Nie ma bezpośrednich dowodów na to, że lżejszym pierwiastkiem w ciekłym rdzeniu jest tlen, powiedział Alfe. Ale nasza planeta powstała z chmur pyłu z wczesnego Układu Słonecznego i wiemy, jakie pierwiastki tam były. [Photo Timeline: How the Earth Formed]
Zespół badawczy wykluczył inne pierwiastki, takie jak krzem, które teoretycznie mogą być obecne w rdzeniu na podstawie składu tej chmury, ale nie wyjaśniają obserwowanego efektu. Powiedział, że najbardziej prawdopodobnym kandydatem pozostał tlen.
Co więcej, poziomy tlenu teoretycznie obecne w rdzeniu wydają się niższe niż te, które chemia przewidziałaby na podstawie zawartości tlenu w płaszczu. To sugeruje, że nawet dzisiaj więcej tlenu jest pompowane chemicznie do zewnętrznego rdzenia z otaczającego go płaszcza bogatszego w tlen..
Zapytany, jak wygląda tlen w rdzeniu, Alfe powiedział, żeby nie wyobrażać sobie bąbelków ani nawet rdzy, która tworzy się, gdy żelazo wiąże się bezpośrednio z tlenem. Zamiast tego w tych temperaturach i ciśnieniach atomy tlenu unosiłyby się swobodnie między atomami żelaza, tworząc pływające skupiska płynnego żelaza.
„Jeśli weźmiesz paczkę cieczy, która ma 90 atomów żelaza i 10 atomów tlenu, ta paczka będzie mniej gęsta niż paczka czystego żelaza” i tak będzie unosić się na wodzie, powiedział Alfe.
Aby potwierdzić te wyniki, Alfe powiedział, że nie może się doczekać wyników wysiłków zmierzających do zmierzenia neutrin powstałych na naszej planecie i promieniujących w kierunku powierzchni. Powiedział, że chociaż „geoneutrina” są bardzo rzadkie, mogą one dostarczyć wielu informacji o tym, co konkretnie dzieje się na planecie, kiedy się pojawią.
Ale bez bezpośredniego dostępu do rdzenia fizycy zawsze utkną, dokonując najlepszych możliwych ocen na temat jego składu na podstawie ograniczonych, drugorzędnych danych.
- Najdziwniejsze miejsca na ziemi (zdjęcia)
- 25 najdziwniejszych zabytków w Google Earth
- Zdjęcia: Najdziwniejsze na świecie formacje geologiczne
Pierwotnie opublikowano w dniu.