Kernen på vores planet er jern. Men nu bliver forskere bedre til at forstå, hvad der ellers drejer i en boblebad midt på jorden.
Hjerteslaget på vores planet forbliver et mysterium for forskere, der prøver at finde ud af, hvordan Jorden blev dannet, og hvad der gik ind i dens oprettelse. I en nylig undersøgelse var de i stand til at genskabe det kraftige tryk i midten af vores planet, så forskere kunne se dets tidlige eksistens og endda forstå, hvordan jordens kerne kan se ud nu.
De rapporterede om deres opdagelse i det seneste nummer af Science.”Hvis vi finder ud af, hvilke elementer der udgør kernen, kan vi bedre forstå de betingelser, som Jorden dannede sig under, hvilket igen vil give os flere oplysninger om solsystemets tidlige historie,” siger geokemiker Anat Shahar, der er baseret i Washington. ved Carnegie Institute of Science. Det vil også give forskere mulighed for at få indsigt i, hvordan andre stenede planeter dannes i vores solsystem og videre.
Jorden blev dannet for omkring 4,6 milliarder år siden ved utallige kollisioner med faste stoffer, der varierede i størrelse fra Mars til en lille asteroide. Da massen af den tidlige jord steg, steg dets indre tryk og temperatur.
Dette påvirkede den måde, hvorpå jern, der udgør det meste af jordens kerne, reagerede kemisk med lettere grundstoffer som hydrogen, ilt og kulstof samt tungere metaller, der adskiltes fra kappen og endte i det indre af jorden. Mantlen er et lag direkte under jordskorpen, og bevægelsen af smeltet sten i dette område sætter tektoniske plader i bevægelse.
Forskere har længe indset, at temperaturændringer kan påvirke den grad, i hvilken en isotop af et element såsom jern bliver en del af kernen. Denne proces kaldes isotopisk fraktionering.
Indtil nu er tryk ikke blevet betragtet som en kritisk variabel, der påvirker denne proces.”I 60'erne og 70'erne blev der udført eksperimenter, der ledte efter konsekvenserne af et sådant pres, men forskerne fandt ikke noget," siger Shahar. "Men nu ved vi, at det pres, som de gennemførte eksperimenterne med (ca. to gigapascal), ikke var kraftigt nok."
I 2009 offentliggjorde et andet forskergruppe et papir, hvor de foreslog, at trykket kunne påvirke de elementer, der kom ind i jordens kerne. Derfor besluttede Shahar og hendes team at undersøge dens effekter igen ved hjælp af udstyr, der skaber tryk op til 40 gigapascal. Dette er meget tættere på 60 gigapascal, som forskere betragter som gennemsnittet under den tidlige dannelse af jorden.
Salgsfremmende video:
I eksperimenter udført på en avanceret fotonkilde ved Carnegie Institution i Washington placerede forskerne små prøver af jern blandet med brint, kulstof og ilt mellem to diamanter. Derefter blev flyene med denne diamantskrue skubbet sammen, hvilket skabte et enormt pres.
Efterfølgende blev de konverterede jernprøver bombarderet med højenergirøntgenstråler. "Vi bruger røntgenstråler til at teste jernfasernes vibrationsegenskaber," sagde Shahar. De forskellige vibrationsfrekvenser indikerer hvilke isotoper af jern der er blandt prøverne.
Forskere har fundet ud af, at et sådant kraftigt tryk faktisk påvirker isotopfraktionering. Især fandt forskergruppen, at reaktionen mellem jern og brint eller kulstof, som skulle være til stede i kernen, skulle efterlade et karakteristisk spor i kappebjerget. Men det var ikke muligt at finde et sådant spor.
”Derfor mener vi, at brint og kulstof ikke er de vigtigste lyselementer i kernen,” sagde Shahar.
Men kombinationen af jern og ilt kunne ikke efterlade spor i kappen, som forskerne viste. Derfor er det muligt, at ilt kan blive et af de letteste elementer i sammensætningen af jordens kerne.
Disse fund understøtter hypotesen om, at ilt og silicium danner grundlaget for lyselementer opløst i jordens kerne, siger Joseph O'Rourke, geofysiker ved California Institute of Technology i Pasadena, som ikke var involveret i undersøgelsen.
”Oxygen og silicium er rigelige i kappen, og vi ved, at de opløses i jern ved høj temperatur og højt tryk,” sagde han. "Da ilt og silicium garanteret er i kernen, har andre kandidater som brint og kulstof kun få chancer."
Shahar sagde, at hendes hold har til hensigt at gentage eksperimentet med silicium og svovl, som kan være en del af kernen. Nu hvor de har vist, at tryk kan påvirke fraktionering, vil dette hold se på effekten af tryk og temperatur i kombination. De mener, at resultaterne kan afvige fra, når tryk og temperatur anvendes alene.”Vi gennemførte vores eksperimenter med faste jernprøver ved stuetemperatur. Men da kernen dannede sig, var alt i smeltet tilstand,”sagde Shahar.
Resultaterne fra disse eksperimenter kan være relevante for planeter uden for vores solsystem, siger forskere.”Faktum er, at vi kun ser overfladen eller atmosfæren af exoplaneter,” sagde Shahar. - Men hvordan påvirker deres indre del, hvad der sker på overfladen? Svaret på dette spørgsmål vil påvirke, om der er liv på denne planet."