Jądro Ziemi może mieć inny skład, niż przypuszczali naukowcy

Przez ponad pół wieku naukowcy uważali, że najgłębsze zakamarki Ziemi składają się ze stopionego jądra wewnętrznego, które otoczone jest ściśle żelazem. Jednak nowe badania, które w tym miesiącu zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym "Nature" wykazały, że wewnętrzna struktura naszej planety może być jeszcze bardziej złożona, niż wcześniej sądzono.

Nowe symulacje komputerowe sugerują, że rozgrzane, pełne wysokiego ciśnienia jądro wewnętrzne Ziemi może znajdować się w "stanie superjonowym" - w wirującej mieszaninie cząsteczek wodoru, tlenu i węgla, która nieustannie przemieszcza się przez przypominającą siatkę otoczkę żelaza.

- Stwierdziliśmy, że wodór, tlen i węgiel w ściśle zbitym żelazie przechodzą w stan superjonowy w warunkach panujących w wewnętrznym jądrze. Wykazują wysokie współczynniki dyfuzji, tak jak w przypadku cieczy - przekazali naukowcy w swojej pracy. - To sugeruje, że wewnętrzne jądro może znajdować się w stanie superjonowym, a nie w stanie stałym - dodali.

Jądro planety podlega bardzo wysokiemu ciśnieniu i temperaturze, ale jego zawartość od zawsze jest przedmiotem spekulacji - zarówno naukowców, jak i autorów fantastyki naukowej. Prowadzone od lat 50. ubiegłego wieku postępy w badaniach fal sejsmicznych (generowanych przez trzęsienia ziemi), które przechodzą przez jądro, pozwoliły badaczom na dokładniejsze określenie, co może znajdować się w sercu naszej planety. Jednak do tej pory ten obraz nie jest jednoznaczny.

W 2021 roku przeprowadzono badania dotyczące tego, jak fala sejsmiczna zwana falą ścinającą (lub "s") przemieszcza się we wnętrzu naszej planety. Ujawniły one, że wewnętrzne jądro Ziemi nie jest litym żelazem, jak kiedyś sądzono, ale składa się z różnych stanów "mulistego" materiału ze stopu atomów żelaza i lżejszych pierwiastków, takich jak tlen lub węgiel.

Naukowcy nie byli do końca pewni, z czego składa się ta mieszanina. Dotarcie do jądra Ziemi za pomocą sondy jest niemożliwe, dlatego w nowym badaniu naukowcy posłużyli się symulacją - kompilacją danych sejsmicznych i wprowadzeniem ich do zaawansowanego programu komputerowego, którego zadaniem jest odtworzenie wpływu ekstremalnego ciśnienia i temperatury na szereg prawdopodobnych elementów rdzenia, takich jak żelazo, wodór, tlen i węgiel. W zwykłym ciele stałym atomy układają się w powtarzające się siatki, ale symulacje sugerują, że w jądrze Ziemi atomy przekształciłyby się w stop superjonowy - szkielet atomów żelaza, wokół którego inne pierwiastki, napędzane przez potężne prądy konwekcyjne, mogą swobodnie pływać.

- Jest to dość nietypowe - powiedział pierwszy autor badania Yu He, geofizyk z Chińskiej Akademii Nauk. - Zestalenie się żelaza na granicy jądra wewnętrznego nie zmienia mobilności tych lekkich elementów, a ich konwekcja w jądrze wewnętrznym jest nieustanna - dodał.

Jeśli symulacja pokryje się z rzeczywistością, ciągłe przemieszczanie się materiałów superjonowych mogłoby pomóc w wyjaśnieniu, dlaczego struktura jądra wewnętrznego wydaje się zmienna w czasie, a także jak powstają potężne prądy konwekcyjne, które odpowiedzialne są za tworzenie ziemskiego pola magnetycznego. Najpierw jednak trzeba będzie udowodnić, że domysły mogą być prawdziwe.

- Będziemy musieli poczekać, aż warunki eksperymentalne pozwolą odtworzyć warunki panujące w jądrze i przeanalizować proponowane modele. Wtedy zobaczymy, który z nich może być rzeczywisty - przekazał Hrvoje Tkalcic, kierownik wydziału sejsmologii i geofizyki matematycznej na Australijskim Uniwersytecie Narodowym w Canberze, który nie uczestniczył w badaniach. - W międzyczasie sejsmolodzy czynią coraz większe postępy, dostępnych staje się też coraz więcej sond. Mamy nadzieję, że w nadchodzącej dekadzie uda nam się ograniczyć niektóre z kluczowych parametrów, określających geofizyczne modele jądra wewnętrznego -podsumował.