Inima de bătaie a planetei noastre a rămas un mister pentru oamenii de știință care caută cum s-a format Pământul și ce a intrat în creația sa. Dar un studiu recent a fost capabil să recreeze presiunile intense care se apropie de cele găsite în centrul Pământului, oferind cercetătorilor o privire asupra timpurilor noastre de pe planeta noastră și chiar cum ar putea arăta miezul acum.
Ei și-au anunțat descoperirile într-un număr recent al revistei Science . „Dacă ne dăm seama ce elemente sunt în miez, putem înțelege mai bine condițiile în care s-a format Pământul, care apoi ne va informa despre istoria timpurie a sistemului solar”, a declarat autorul principal al studiului Anat Shahar, geochimist la Instituția Carnegie pentru Știință. În Washington, DC S-ar putea, de asemenea, oferi cercetătorilor o privire asupra modului în care au apărut alte planete stâncoase, atât în propriul nostru sistem solar, cât și în afara acesteia.
Pământul s-a format cu aproximativ 4, 6 miliarde de ani în urmă prin nenumărate coliziuni între corpuri stâncoase, cu dimensiuni de la obiecte de mărimea Marte până la asteroizi. Pe măsură ce Pământul timpuriu a crescut, presiunea internă și temperatura au crescut și ele.
Aceasta a avut implicații asupra modului în care fierul - care constituie cea mai mare parte a miezului Pământului - a interacționat chimic cu elemente mai ușoare, cum ar fi hidrogenul, oxigenul și carbonul, deoarece metalul mai greu s-a separat de manta și s-a scufundat în interiorul planetei. Mantaua este stratul chiar sub scoarța terestră, iar mișcarea rocii topite prin această regiune conduce la tectonica plăcilor.
Oamenii de știință au recunoscut de mult că schimbarea temperaturilor poate influența gradul în care o versiune, sau izotop, a unui element precum fierul devine parte din miez. Acest proces se numește fracționarea izotopilor.
Până acum, însă, presiunea nu era considerată o variabilă critică care afectează acest proces. „În anii ’60 -’70, s-au efectuat experimente în căutarea acestor efecte de presiune și nu a fost găsit niciunul”, spune Shahar, care face parte din programul Deep Carbon Observatory. „Acum știm că presiunile la care se testau - aproximativ două gigapascale [GPa] - nu erau suficient de mari.”
O lucrare din 2009 a unei alte echipe a sugerat că presiunea ar fi putut influența elementele care au făcut-o în nucleul planetei noastre. Așa că Shahar și echipa sa au decis să reinvesteze efectele sale, dar folosind echipamente care ar putea atinge presiuni de până la 40 de GPa - mult mai aproape de cele 60 de GPa, încât oamenii de știință cred că a fost media în timpul formării de bază a Pământului.
În experimentele efectuate la Sursa avansată de fotoni a Departamentului de Energie din SUA, o unitate de utilizare a Biroului de Știință din Laboratorul Național Argonne din Illinois, echipa a plasat mici probe de fier amestecate cu hidrogen, carbon sau oxigen între punctele a două diamante. Partile acestei „celule de nicovală” au fost apoi strânse împreună pentru a genera presiuni imense.
După aceea, probele de fier transformate au fost bombardate cu raze X de mare putere. „Folosim radiografiile pentru a sonda proprietățile vibraționale ale fazelor de fier”, a spus Shahar. Diferitele frecvențe de vibrație i-au spus ce versiuni de fier avea în probele sale.
Ceea ce a găsit echipa este că presiunea extremă afectează fracționarea izotopilor. În special, echipa a descoperit că reacțiile dintre fier și hidrogen sau carbon - două elemente considerate a fi prezente în miez - ar fi trebuit să lase în urmă o semnătură în rocile de manta. Dar această semnătură nu a fost niciodată găsită.
"Prin urmare, nu credem că hidrogenul și carbonul sunt principalele elemente ușoare din nucleu", a spus Shahar.
În schimb, combinația de fier și oxigen nu ar fi lăsat urmă în mână, conform experimentelor grupului. Deci, este încă posibil ca oxigenul să fie unul dintre elementele mai ușoare din miezul Pământului.
Concluziile susțin ipoteza conform căreia oxigenul și siliconul constituie cea mai mare parte a elementelor ușoare dizolvate în miezul Pământului, spune Joseph O'Rourke, geofizician la Caltech din Pasadena, California, care nu a fost implicat în studiu.
„Oxigenul și siliciul sunt extrem de abundente în manta și știm că sunt solubile în fier la temperaturi și presiuni ridicate”, spune O'Rourke. "Având în vedere că oxigenul și siliciul sunt practic garantate pentru a intra în miez, nu există prea mult loc pentru alți candidați precum hidrogenul și carbonul."
Shahar a declarat că echipa ei intenționează să-și repete experimentul cu siliciu și sulf, alți posibili componenți ai nucleului. Acum, după ce au arătat că presiunea poate afecta fracționarea, grupul intenționează, de asemenea, să privească împreună efectele presiunii și temperaturii, pe care le prezic că vor da rezultate diferite decât unul singur. „Experimentele noastre au fost făcute cu probe de fier solid la temperatura camerei. Dar în timpul formării miezului, totul s-a topit ", a spus Shahar.
Cercetătorii spun că rezultatele unor astfel de experimente ar putea avea relevanță pentru exoplanetele sau planetele dincolo de propriul nostru sistem solar. "Pentru că pentru exoplanetele, puteți vedea suprafețele sau atmosfera lor", a spus Shahar. Dar cum afectează interiorul lor ceea ce se întâmplă la suprafață, a întrebat ea. "Răspunsul la aceste întrebări va afecta dacă există sau nu viață pe o planetă."
Aflați mai multe despre această cercetare și multe altele la Deep Carbon Observatory.
Nota editorului, 5 mai 2016: Această poveste a plasat inițial locul experimentelor în Washington, DC. Au fost realizate la un laborator din Illinois.
