Nova studija u Nature Communications predlaže da unutrašnje jezgro Zemlje može imati slojevitu strukturu sličnu luku. Seizmička anizotropija — talasi koji putuju 3–4% brže duž ose rotacije nego u ekvatorijalnoj ravni od oko 3.200 milja (~5.150 km) dubine — može biti posledica gradijenta u hemijskom sastavu. Laboratorijski eksperimenti na gvožđe‑silicijum‑ugljenikovim legurama pri ~1500 °F (~815 °C) i pritiscima reda miliona atmosfera pokazuju da promene u sastavu i plastičnim svojstvima legura mogu objasniti ova odstupanja.
Da Li Je Unutrašnje Jezgro Zemlje „Poput Luka“? Nova Studija Pruža Dokaze
Lead image: Johan Swanepoel / Shutterstock
Zemlju se često poredi sa lukom zbog njenih slojeva — atmosfere, kore, plašta i unutrašnjosti — i nova studija objavljena u Nature Communications sugeriše da se slična slojevitost može odnositi i na samu unutrašnjost jezgra.
Vodeća autorka istraživanja, geohemičarka Carmen Sanchez‑Valle sa Univerziteta u Münsteru, i njen tim pokušali su da objasne neobično ponašanje seizmičkih talasa u unutrašnjem jezgru. Seizmolozi su ranije uočili da talasi koji putuju kroz jezgro, na dubini od oko 3.200 milja (~5.150 km), idu 3–4% brže kada su orijentisani duž ose rotacije Zemlje nego kada se šire u ekvatorijalnoj ravni. Ovo svojstvo u seizmologiji nazivamo anizotropija i ona postaje izraženija kako talasi idu dublje kroz jezgro.
Jedna od vodećih hipoteza za nastanak anizotropije jeste postojanje organizovanih kristalnih struktura u gvožđe‑niklovim legurama jezgra koje su orijentisane na određeni način i dele se mehanički kada kroz njih prolaze seizmički talasi. Prethodna istraživanja su pokazala da je unutrašnje jezgro pretežno gvožđe uz malo nikla, ali da njegova gustoća ukazuje na prisustvo lakših elemenata u leguri.
Da bi proverili ovu ideju, istraživači su sintetisali legure gvožđa sa malim dodacima silicijuma i ugljenika — kombinacijom koja odgovara procenjenoj gustini jezgra — i testirali ih u uslovima koji imitiraju ekstremne temperature i pritiske u unutrašnjem jezgru. U eksperimentu su koristili specijalizovanu opremu nazvanu Extreme Conditions Science beamline PO2.2, kompresujući uzorke između dva dijamantska nakovnja i zagrevajući ih na oko 1500 °F (~815 °C) pri pritiscima reda veličine oko milion atmosferskih pritisaka.
„Difrakcioni uzorci analizirani su nakon eksperimenta kako bi se izveli plastični parametri — konkretno granica tečenja i viskozitet — gvožđe‑silikon‑ugljenikovih legura,“ objasnio je koautor Efim Kolesnikov.
Na osnovu analize difrakcionih podataka i modeliranja širenja talasa kroz kompresovane legure u poređenju sa čistim gvožđem, tim je zaključio da promena u sastavu (gradijent koncentracije lakših elemenata poput silicijuma i ugljenika) može stvoriti slojeve sa različitim mehaničkim svojstvima. Kako se ide dublje u jezgro, procenat gvožđa bi se mogao povećavati, formirajući praktično «luka»‑slojeve čija svojstva pojačavaju seizmičku anizotropiju.
Ovi nalazi ne dokazuju konačno postojanje slojeva u unutrašnjem jezgru, ali daju snažan eksperimentalni i modelski argument da promene u hemijskom sastavu i plastičnim svojstvima legura mogu objasniti decenijama dugo zagonetno ponašanje seizmičkih talasa. Naš planet i dalje skriva slojeve složenosti koji se otkrivaju kombinacijom laboratorijskih eksperimenata i seizmičkih posmatranja.
Napomena: Temperatura i pritisci iskazani u eksperimentu su približne vrednosti koje služe za simulaciju uslova u unutrašnjem jezgru; za potpunu interpretaciju rezultata potrebno je kombinovati ove eksperimente sa daljim seizmičkim posmatranjima i teorijskim modelima.
Pomozite nam da budemo bolji.
