Bití srdce naší planety zůstalo tajemstvím pro vědce, kteří hledali, jak se Země formovala a co šlo do jejího vzniku. Nedávná studie však dokázala obnovit intenzivní tlaky blížící se těm, které se nacházejí ve středu Země, což vědcům umožnilo nahlédnout do raných dnů naší planety a dokonce i to, jak může jádro vypadat nyní.
Sdělovali svá zjištění v nedávném čísle časopisu Science . "Pokud zjistíme, které prvky jsou v jádru, můžeme lépe porozumět podmínkám, za nichž se Země formovala, což nás pak bude informovat o rané historii sluneční soustavy, " uvedl autor hlavní studie Anat Shahar, geochemista v Carnegie Institution for Science ve Washingtonu, DC Mohlo by to také vědcům nahlédnout, jak vznikly jiné skalnaté planety, jak v naší vlastní sluneční soustavě, tak i mimo ni.
Země se vytvořila před 4, 6 miliardami let díky nespočetným srážkám mezi skalnatými tělesy, jejichž velikost se pohybovala od objektů velikosti Marsu až po asteroidy. Jak raná Země rostla, její vnitřní tlak a teplota také rostly.
To mělo důsledky pro to, jak železo - které tvoří většinu jádra Země - chemicky interagovalo se lehčími prvky, jako je vodík, kyslík a uhlík, protože těžší kov se oddělil od pláště a potopil se do vnitřku planety. Plášť je vrstva přímo pod zemskou kůrou a pohyb roztavené horniny touto oblastí pohání tektoniku talířů.
Vědci již dlouho uznávají, že měnící se teploty mohou ovlivnit stupeň, do kterého se verze jádra, jako je například železo, stane součástí jádra. Tento proces se nazývá frakcionace izotopů.
Dříve však tlak nebyl považován za kritickou proměnnou ovlivňující tento proces. „V 60. a 70. letech byly prováděny experimenty, které hledaly tyto tlakové účinky, a nebyly nalezeny žádné, “ říká Shahar, který je součástí programu Observatoř hlubokého uhlíku. "Teď víme, že tlaky, které testovali - asi dva gigapascaly [GPa] - nebyly dostatečně vysoké."
Papír jiného týmu z roku 2009 naznačil, že tlak mohl ovlivnit prvky, díky nimž se stal jádrem naší planety. Takže se Shahar a její tým rozhodli znovu prošetřit své účinky, ale pomocí zařízení, které by mohlo dosáhnout tlaků až 40 GPa - mnohem blíže k 60 GPa, o nichž si vědci myslí, že byl průměr během rané tvorby jádra Země.
Při experimentech prováděných na pokročilém fotonovém zdroji amerického ministerstva energetiky, uživatelském zařízení Office of Science v Argonne National Laboratory v Illinois, umístil tým malé vzorky železa smíchaného s vodíkem, uhlíkem nebo kyslíkem mezi body dvou diamantů. Strany této „diamantové kovadlinky“ byly poté stlačeny k sobě, aby se vytvořily obrovské tlaky.
Poté byly transformované vzorky železa bombardovány vysoce výkonnými rentgenovými paprsky. "Pomocí rentgenových paprsků snímáme vibrační vlastnosti železných fází, " řekl Shahar. Různé frekvence vibrací jí řekly, které verze železa měla ve svých vzorcích.
Tým zjistil, že extrémní tlak ovlivňuje frakcionaci izotopů. Tým zejména zjistil, že reakce mezi železem a vodíkem nebo uhlíkem - dva prvky považované za přítomné v jádru - by měly zanechat za sebou podpis v plášťových horninách. Ale ten podpis nebyl nikdy nalezen.
"Proto si nemyslíme, že vodík a uhlík jsou hlavními světelnými prvky v jádru, " řekl Shahar.
Naproti tomu kombinace železa a kyslíku by podle experimentů skupiny nezanechala v plášti stopy. Takže je stále možné, že kyslík by mohl být jedním z lehčích prvků v jádru Země.
Tato zjištění podporují hypotézu, že kyslík a křemík tvoří většinu světelných prvků rozpuštěných v zemském jádru, říká Joseph O'Rourke, geofyzik v Caltech v Pasadeně v Kalifornii, který se studie nezúčastnil.
"Kyslík a křemík jsou v plášti velmi hojné a víme, že jsou rozpustné v železe při vysoké teplotě a tlaku, " říká O'Rourke. "Protože kyslík a křemík mají v zásadě zaručeno, že vstoupí do jádra, není pro ostatní kandidáty, jako je vodík a uhlík, příliš mnoho prostoru."
Shahar uvedla, že její tým plánuje zopakovat svůj experiment s křemíkem a sírou, dalšími možnými složkami jádra. Nyní, když ukázali, že tlak může ovlivnit frakcionaci, skupina také plánuje společně se podívat na účinky tlaku a teploty, které předpovídají, přinesou odlišné výsledky než kterýkoli z nich. "Všechny naše experimenty byly provedeny se vzorky pevného železa při pokojové teplotě." Ale během formování jádra bylo všechno roztaveno, “řekl Shahar.
Podle vědců by výsledky těchto experimentů mohly mít význam pro exoplanety nebo planety mimo naši vlastní sluneční soustavu. "Protože u exoplanet můžete vidět pouze jejich povrchy nebo atmosféru, " řekl Shahar. Jak ale jejich interiéry ovlivňují to, co se děje na povrchu, zeptala se. "Odpověď na tyto otázky ovlivní, zda na planetě existuje život."
Zjistěte více o tomto výzkumu a další informace na observatoři Deep Carbon Observatory.
Poznámka editora, 5. května 2016: Tento příběh původně umístil místo experimentů ve Washingtonu, DC Byly provedeny v laboratoři v Illinois.
