BOSTON - Zdi se, da ogromni magmatski oceani Zemlje, ki se valjajo globoko pod nogami, črpajo kisik v tekoče jedro planeta. In da kisik oblikuje potrese in vulkane po vsem našem planetu.
To je zaključek kolegija raziskovalca univerzitetnega kolidža iz Londona Dario Alfe, ki je bil v torek (5. marca) predstavljen tukaj na marčnem zasedanju Ameriškega fizikalnega društva. Čeprav je nemogoče neposredno opazovati kisik v Zemljinem jedru - na tisoče kilometrov vroče skale ovira ta pogled - Alfe in njegovi sodelavci so za svoje sklepe uporabili kombinacijo seizmoloških podatkov, kemije in znanja o starodavni zgodovini našega osončja.
Glavni dokaz, da se nekaj podobnega kisika skriva v železnem jedru? Potresi Rumeni, ki jih čutimo na površini, so posledica valovanja, ki se gibljejo po vsem našem planetu. In obnašanje teh valov ponuja namige o Zemljini vsebini - skoraj kot ultrazvok celega planeta.
Ko potresni valovi odbijejo jedro in nazaj na površino, njihova oblika kaže, da je zunanje jedro tekočega železa bistveno manj gosto kot trdno železno jedro pod njim. In ta razlika v gostoti vpliva na obliko potresov in obnašanje vulkanov na površini. A tako se ne sme obnašati čisto železo, je Alfe po pogovoru povedal Live Science.
"Če bi bilo jedro iz čistega železa, bi moral biti kontrast gostote med trdnim notranjim jedrom in tekočino približno 1,5 odstotka," je dejal. "Toda seizmologija pravi, da je bolj kot 5 odstotkov."
Z drugimi besedami, zunanje jedro je manj gosto, kot bi moralo biti, kar kaže, da je v njem primešan nekaj neželeznega elementa, zaradi česar je lažje.
Tako se postavlja vprašanje: Zakaj bi se lažji element pomešal z zunanjim jedrom, ne pa s trdnim notranjim jedrom?
Ko so atomi v tekočem stanju, prosto tečejo drug mimo drugega, kar omogoča, da lahko obstajajo mešanice različnih elementov, tudi v skrajnem okolju notranje Zemlje, je dejal Alfe. Ker pa ekstremni pritiski prisilijo notranje jedro v trdno stanje, tam atomi tvorijo bolj togo mrežo kemičnih vezi. In ta strožja struktura tujih elementov ne sprejme tako enostavno. Ko nastane trdno jedro, bi v njegovo tekoče okolje pljuval kisikove atome in druge nečistoče, kot je zobna pasta iz stisnjene cevi.
"Podoben učinek opazite v ledenih deželah," je dejal.
Ko slana voda v oceanu zamrzne, izloči nečistoče. Tako se ledene gore končajo kot koščki trdne sladke vode, ki lebdijo nad oceanom, bogatim s natrijem.
Ni neposrednih dokazov, da je lažji element v tekočem jedru kisik, je dejal Alfe. Toda naš planet se je oblikoval iz oblakov prahu zgodnjega osončja in vemo, kateri elementi so bili tam prisotni.
Raziskovalna skupina je izključila druge elemente, kot je silicij, ki bi lahko teoretično bili prisotni v jedru na podlagi sestavka tega oblaka, vendar ne pojasnjujejo opaženega učinka. Kisik je ostal najverjetnejši kandidat, je dejal.
Poleg tega so ravni kisika, ki so teoretično prisotne v jedru, nižje od tistega, kar bi predvidela kemija na podlagi vsebnosti kisika v plašču. To kaže, da se več kisika verjetno kemično pretaka v zunanje jedro tudi danes iz bolj bogatega s kisikom plašča, ki ga obdaja.
Na vprašanje, kako izgleda kisik v jedru, je Alfe dejal, da si ne predstavlja mehurčkov ali celo rje, ki nastane, ko se železo veže neposredno na kisik. Namesto tega bi atomi kisika pri teh temperaturah in pritiskih prosto lebdeli med atomi železa in ustvarjali bujne grude tekočega železa.
"Če vzamete paket tekočine, ki vsebuje 90 atomov železa in 10 atomov kisika, bo ta parcela manj gosta od parcele čistega železa," in tako bo lebdela, je dejal Alfe.
Kot potrditev teh rezultatov je Alfe dejal, da se veseli rezultatov prizadevanj za merjenje nevtrinov, ki se oblikujejo na našem planetu in sevajo proti površju. Medtem ko so "geoneutrinosi" zelo redki, lahko pokažejo veliko informacij o tem, kaj se konkretno dogaja na planetu, ko se pojavijo.
A brez kakršnega koli neposrednega dostopa do jedra, bodo fiziki vedno znova obtičali in se iz omejenih, sekundarnih podatkov kar najbolje presojali o njegovi sestavi.
