Zemlja je morda predala svoje najgloblje skrivnosti dvojici kalifornijskih geokemičarjev, ki so z obsežnimi računalniškimi simulacijami sestavili najstarejšo zgodovino jedra našega planeta.
Ta shema Zemljine skorje in plašča prikazuje rezultate njune študije, ki je ugotovila, da bi ekstremni pritiski koncentrirali železove težje izotope na dnu plašča, ko se je izkristaliziral iz oceana magme.
Z uporabo superračunalnika za praktično stiskanje in segrevanje mineralov, ki vsebujejo železo, pod pogoji, ki bi obstajali, ko bi se Zemlja iz oceana magme kristalizirala v trdno obliko pred 4,5 milijarde let, sta oba znanstvenika - iz kalifornijske univerze v Davisu - so ustvarili prvo sliko o tem, kako so bili na trdni Zemlji na začetku razporejeni različni izotopi železa.
Odkritje bi lahko spodbudilo val raziskav o razvoju Zemljinega plašča, plasti materiala, globoke približno 1800 milj, ki sega od tik pod tanko skorjo planeta do njegovega kovinskega jedra.
"Zdaj, ko imamo neko predstavo o tem, kako so bili ti izotopi železa prvotno razporejeni na Zemlji," bi dejal vodilni avtor študije James Rustad, "bi morali biti sposobni uporabiti izotope, da bi izsledili notranje delovanje zemeljskega motorja."
Časopis je objavil članek z opisom študije Rustada in soavtorja Qing-zhu YinNarava Geoscience v nedeljo, 14. junija, pred julijskim tiskom.
Ogromen plašč, zasipan med zemeljsko skorjo in jedrom, predstavlja približno 85 odstotkov obsega planeta. V človeškem časovnem merilu se zdi, da je ta ogromen del naše krogle trden. Toda skozi milijone let toplota iz staljenega jedra in lastni radioaktivni razpad plašča povzročata, da se počasi vrti, kot gosta juha nad nizkim plamenom. Ta kroženje je gonilna sila površinskega gibanja tektonskih plošč, ki gradi gore in povzroča potrese.
Eden od virov informacij, ki omogočajo vpogled v fiziko te viskozne mase, so štiri stabilne oblike ali izotopi železa, ki jih lahko najdemo v kamninah, ki so se dvignile na Zemljino površino na srednjih oceanskih grebenih, kjer se pojavlja širjenje morskega dna, in na žariščih kot havajski vulkani, ki skočijo skozi Zemljino skorjo. Geologi sumijo, da nekaj tega materiala izvira na meji med plaščem in jedrom približno 1800 milj pod površjem.
"Geologi uporabljajo izotope za spremljanje fizikalno-kemijskih procesov v naravi, kot biologi uporabljajo DNK, da bi spremljali razvoj življenja," je dejal Yin.
Ker se bo sestava železovih izotopov v skalah spreminjala glede na pritisk in temperaturne razmere, pod katerimi je nastala skala, je Yin načeloma dejal, da bi geologi lahko uporabili železove izotope v kamninah, zbranih na vročih točkah po svetu, da bi spremljali geološko zgodovino plašča . Da bi to naredili, bi morali najprej vedeti, kako so bili izotopi prvotno porazdeljeni v prvotnem magmanskem oceanu Zemlje, ko se je ohladil in otrdel.
Yin in Rustad sta raziskovala, kako bi konkurenčni učinki ekstremnega tlaka in temperature globoko v Zemljini notranjosti vplivali na minerale v spodnjem plašču, coni, ki se razteza od približno 400 milj pod zemeljsko skorjo do meje jedra. Temperature do 4.500 stopinj Kelvina v regiji zmanjšajo izotopske razlike med minerali na miniskularno raven, pritiski drobljenja pa lahko spremenijo osnovno obliko samega železovega atoma, pojav, znan kot elektronski spin prehod.
Par je izračunal sestavo železovih izotopov iz dveh mineralov v različnih temperaturah, tlakih in različnih elektronskih stanjih, za katere je znano, da se pojavljajo v spodnjem plašču. Dva minerala, feroperovskit in feroperiklaza, vsebujejo skoraj vse železo, ki se nahaja v tem globokem delu Zemlje.
Izračuni so bili tako zapleteni, da sta za vsako serijo Rustad in Yin tekla po računalniku, potreben mesec dni.
Yin in Rustad sta ugotovila, da bi ekstremni pritiski koncentrirali težje železove izotope blizu dna kristalizacijskega plašča.
Raziskovalci načrtujejo dokumentiranje variacij železovih izotopov v čistih kemikalijah, izpostavljenih temperaturam in pritiskom v laboratoriju, ki so enakovredni tistim, ki jih najdemo na meji jedra. Sčasoma, je dejal Yin, upajo, da bodo njihove teoretične napovedi preverjene v geoloških vzorcih, pridobljenih iz spodnjega plašča.
Vir: Eurekalert
