Биещото сърце на нашата планета остана загадка за учените, които търсят как се е образувала Земята и какво е влязло в нейното създаване. Но скорошно проучване успя да пресъздаде интензивния натиск, приближаващ се до онези, намиращи се в центъра на Земята, като даде на изследователите поглед върху ранните дни на нашата планета и дори как може да изглежда ядрото сега.
Те обявиха своите открития в скорошен брой на списание Science . „Ако разберем кои елементи са в ядрото, можем по-добре да разберем условията, при които се е образувала Земята, което след това ще ни информира за ранната история на Слънчевата система“, казва водещият автор на изследването Анат Шахар, геохимик от Института за наука в Карнеги. във Вашингтон, окръг Колумбия, Това би могло също така да даде представа на изследователите как се появяват други скалисти планети, както в нашата собствена Слънчева система, така и извън нея.
Земята се е образувала преди около 4, 6 милиарда години чрез безброй сблъсъци между скалисти тела, вариращи по размер от обекти с размер на Марс до астероиди. С нарастването на ранната Земя, вътрешното й налягане и температура също се увеличават.
Това имаше последици за това как желязото - което представлява по-голямата част от земното ядро - взаимодейства химически с по-леки елементи като водород, кислород и въглерод, тъй като по-тежкият метал се отделя от мантията и потъва във вътрешността на планетата. Мантията е слоят точно под земната кора и движението на разтопена скала през този регион задвижва тектониката на плочите.
Учените отдавна признават, че промяната на температурите може да повлияе на степента, в която версия или изотоп на елемент като желязото става част от сърцевината. Този процес се нарича фракциониране на изотопи.
Досега обаче натискът не се считаше за критична променлива, засягаща този процес. „През 60-те и 70-те години бяха проведени експерименти за търсене на тези ефекти на натиска и не бяха открити такива“, казва Шахар, който е част от програмата за дълбока въглеродна обсерватория. "Сега знаем, че налягането, на което тестваха - около два гигапаскала [GPa] - не бяха достатъчно високи."
Документ от 2009 г. от друг екип предполага, че натискът може да повлияе на елементите, които са го превърнали в ядрото на нашата планета. Така Шахар и нейният екип решиха да проучат ефектите му, но използвайки оборудване, което би могло да постигне натиск до 40 GPa - много по-близо до 60 GPa, които учените смятат, че е средното по време на ранното формиране на ядрото на Земята.
При експерименти, проведени в разширения фотонен източник на Министерството на енергетиката на САЩ, съоръжение на Службата на науката в Националната лаборатория Аргон в Илинойс, екипът поставя малки проби от желязо, смесени с водород, въглерод или кислород между точките на два диаманта. След това страните на тази „диамантена наковална клетка“ бяха притиснати заедно, за да създадат огромно налягане.
След това пробите от трансформираното желязо бяха бомбардирани с мощни рентгенови лъчи. "Ние използваме рентгеновите лъчи, за да изследваме вибрационните свойства на железните фази", каза Шахар. Различните честоти на вибрациите й подсказват кои версии на желязото има в пробите си.
Това, което екипът откри, е, че екстремният натиск действително влияе на фракционирането на изотопи. По-специално екипът откри, че реакциите между желязо и водород или въглерод - два елемента, които се считат за присъстващи в ядрото - трябва да оставят подпис в мантийните скали. Но този подпис така и не е намерен.
„Следователно ние не мислим, че водородът и въглеродът са основните леки елементи в ядрото“, каза Шахар.
За разлика от тях, комбинацията от желязо и кислород не би оставила следа в мантията, според експериментите на групата. Така че все още е възможно кислородът да е един от по-леките елементи в земното ядро.
Констатациите подкрепят хипотезата, че кислородът и силицият съставляват по-голямата част от леките елементи, разтворени в земното ядро, казва Джоузеф О'Рурк, геофизик от Калтех в Пасадена, Калифорния, който не е участвал в изследването.
„Кислородът и силицият са изключително обилни в мантията и знаем, че са разтворими в желязо при висока температура и налягане“, казва О'Рурк. „Тъй като по принцип кислородът и силицият са гарантирани да влязат в ядрото, няма много място за други кандидати като водород и въглерод.“
Шахар заяви, че екипът й планира да повтори експеримента си със силиций и сяра, други възможни компоненти на ядрото. Сега, след като са показали, че налягането може да повлияе на фракционирането, групата също така планира да разгледа заедно ефектите от налягането и температурата, които прогнозират, че ще дадат различни резултати, отколкото един от тях сам. „Нашите експерименти бяха извършени с проби от твърдо желязо при стайна температура. Но по време на формирането на ядрото всичко се стопи ”, каза Шахар.
Откритията от подобни експерименти биха могли да имат значение за екзопланети или планети извън нашата Слънчева система, казват учените. „Защото за екзопланетите можете да видите само техните повърхности или атмосфера“, каза Шахар. Но как влияят техните интериори на това, което се случва на повърхността, попита тя. "Отговорът на тези въпроси ще повлияе дали има живот на планета или не."
Научете за това изследване и повече в Обсерваторията на дълбоките въглеродни емисии.
Забележка на редактора, 5 май 2016 г.: Тази история първоначално е поставена на мястото на експериментите във Вашингтон, окръг Колумбия. Те са проведени в лаборатория в Илинойс.
