Kjernen på planeten vår er jern. Men nå blir forskere bedre til å forstå hva annet som snurrer i et boblebad i midten av jorden.
Hjerteslag på planeten vår er fortsatt et mysterium for forskere som prøver å finne ut hvordan jorden ble dannet og hva som ble med i etableringen. I en nylig studie klarte de å gjenskape det kraftige trykket i sentrum av planeten vår, slik at forskere kunne skimte den tidlige eksistensen og til og med forstå hvordan jordens kjerne kan se ut nå.
De rapporterte om oppdagelsen i den siste utgaven av Science. "Hvis vi finner ut hvilke elementer som utgjør kjernen, kan vi bedre forstå forholdene jorden dannet under, noe som igjen vil gi oss mer informasjon om solsystemets tidlige historie," sier geokjemiker Anat Shahar, basert i Washington. ved Carnegie Institute of Science. Det vil også tillate forskere å få innsikt i hvordan andre steinete planeter dannet seg i vårt solsystem og videre.
Jorden ble dannet for rundt 4,6 milliarder år siden av utallige kollisjoner av faste stoffer i størrelse fra Mars til en liten asteroide. Da massen på den tidlige jorden økte, økte dens indre trykk og temperatur.
Dette påvirket måten jern, som utgjør det meste av jordens kjerne, reagerte kjemisk med lettere grunnstoffer som hydrogen, oksygen og karbon, samt tyngre metaller som skilte seg fra kappen og havnet i det indre av jorden. Mantelen er et lag rett under jordskorpen, og bevegelsen av smeltet bergart i dette området setter tektoniske plater i bevegelse.
Forskere har lenge innsett at endringer i temperatur kan påvirke i hvilken grad en isotop av et element som jern blir en del av kjernen. Denne prosessen kalles isotopisk fraksjonering.
Inntil nå har imidlertid ikke trykk blitt ansett som en kritisk variabel som påvirker denne prosessen. "På 60- og 70-tallet ble det utført eksperimenter for å se etter konsekvensene av et slikt press, men forskere fant ikke noe," sier Shahar. "Men nå vet vi at presset de utførte eksperimentene på (omtrent to gigapascal) ikke var kraftig nok."
I 2009 publiserte et annet forskerteam et papir der de foreslo at trykket kunne påvirke elementene som kom inn i jordens kjerne. Derfor bestemte Shahar og hennes team seg for å undersøke effektene på nytt ved å bruke utstyr som skaper trykk opptil 40 gigapascal. Dette er mye nærmere 60 gigapascal, som forskere anser som gjennomsnittet under den tidlige dannelsen av jorden.
Kampanjevideo:
I eksperimenter utført på en avansert fotonkilde ved Carnegie Institution i Washington plasserte forskerne små prøver av jern blandet med hydrogen, karbon og oksygen mellom to diamanter. Deretter ble flyene til disse diamantstikkene presset sammen, noe som skapte et enormt trykk.
Deretter ble de konverterte jernprøvene bombardert med højenergirøntgenstråler. "Vi bruker røntgenstråler for å teste vibrasjonsegenskapene til jernfasene," sa Shahar. De forskjellige vibrasjonsfrekvensene indikerer hvilke isotoper av jern som er blant prøvene.
Forskere har funnet ut at et så kraftig trykk faktisk påvirker isotopfraksjonering. Spesielt fant forskergruppen at reaksjonen mellom jern og hydrogen eller karbon, som skulle være til stede i kjernen, burde etterlate et karakteristisk spor i mantelbergarten. Men det var ikke mulig å finne et slikt spor.
"Derfor tror vi at hydrogen og karbon ikke er de viktigste lyselementene i kjernen," sa Shahar.
Men kombinasjonen av jern og oksygen kunne ikke etterlate spor i kappen, som eksperimentene fra forskere viste. Derfor er det mulig at oksygen kan bli et av de letteste elementene i sammensetningen av jordens kjerne.
Disse funnene støtter hypotesen om at oksygen og silisium danner grunnlaget for lyselementer oppløst i jordens kjerne, sier Joseph O'Rourke, geofysiker ved California Institute of Technology i Pasadena, som ikke var involvert i studien.
"Oksygen og silisium er rikelig i kappen, og vi vet at de oppløses i jern ved høy temperatur og høyt trykk," sa han. "Siden oksygen og silisium garantert er i kjernen, har andre kandidater som hydrogen og karbon liten sjanse."
Shahar sa at teamet hennes har til hensikt å gjenta eksperimentet med silisium og svovel, som kan være en del av kjernen. Nå som de har vist at trykk kan påvirke fraksjonering, vil dette teamet se på effekten av trykk og temperatur når det kombineres. De mener at resultatene kan avvike fra når trykk og temperatur brukes alene. “Vi gjennomførte eksperimentene våre på faste jernprøver ved romtemperatur. Men da kjernen ble dannet, var alt i smeltet tilstand,”sa Shahar.
Funnene fra disse eksperimentene kan være relevante for planeter utenfor solsystemet vårt, sier forskere. "Faktum er at vi bare ser overflaten eller atmosfæren til eksoplaneter," sa Shahar. - Men hvordan påvirker deres indre del det som skjer på overflaten? Svaret på dette spørsmålet vil påvirke om det er liv på denne planeten."
