"Kremen" v zemeljskem jedru?

V zunanjem jedru zemlje bi poleg železa lahko kristaliziral tudi silicijev dioksid

Namesto da tvorijo zlitine s tekočim železom, silicij in kisik v zunanjem jedru lahko reagirata drug z drugim. © Kelvin Song / CC-by-sa 3.0
prebral

Presenečenje v Zemljinem jedru: Lažji elementi v zunanjem jedru se lahko obnašajo precej drugače, kot smo pričakovali. Namesto da bi tvorili železove zlitine, bi silikon in kisik lahko reagiral med seboj in kristaliziral kremen, ki tvori kremenčev pesek. Če ta rezultat potrdijo poskusi z visokim pritiskom, bi lahko ta kristalizacija celo bila gonilna sila geodinama, kot poročajo raziskovalci v reviji Nature.

Zemljino jedro je osnova za zaščitno magnetno polje zemlje in s tem na koncu tudi za zemeljsko življenje. Kajti brez interakcije notranjega, trdnega in zunanjega tekočega jedra zemeljsko magnetno polje ne bi obstajalo. A kdaj je točno zmrznilo notranje jedro zemlje in iz katerega še obstaja poleg železa, je zaenkrat sporno ali preprosto neznano.

Več kot samo železo

"Jedro Zemlje je večinoma železo in malo niklja, vsebuje pa tudi približno deset odstotkov lažjih elementov, kot so silicij, kisik, žveplo, ogljik, vodik in drugo, " razlaga Kei Hirose iz tokijskega tehnološkega inštituta. "Sumimo, da več teh elementov obstaja hkrati, vendar ne vemo, v kakšnih razmerjih."

Če želite izvedeti več o tem, sta Hirose in njegovi sodelavci v laboratoriju zdaj vzorce železa, silicija in kisika izpostavili razmeram, ki prevladujejo v zemeljskem jedru. Laser je vzorce segrel do 4.500 stopinj, diamantna stiskalnica pa jih je podvrgla pritiskom do 145 gigapaskalov. Raziskovalci so želeli opazovati, katere zlitine nastajajo.

Kremen namesto zlitine železa

"V preteklosti so se raziskave zlitin v Zemljinem jedru večinoma osredotočale na zlitine železa z drugim elementom, " pravi Hirose. "Toda odločili smo se preizkusiti zlitine v naših elementih z dvema dodatnima elementoma, za katera verjamemo, da sta oba v Zemljinem jedru." Ad

Stiskalnica z diamantnim žigom je vzorce postavila pod visok pritisk. Tokijski tehnološki inštitut

Na presenečenje raziskovalcev so v vzorcu oblikovali nobene železove zlitine, vendar je bil silicijev dioksid spojina, na primer, sestavljena iz kremenčevega peska. Takoj, ko se je vzorec spustil pod določeno temperaturo, se je kristaliziral silicijev dioksid, ki je železo pustil za seboj.

Kristalna plast na meji jedra

Če bi ta proces kristalizacije potekal tudi v zunanjem jedru zemlje, bi to imelo nekatere vznemirljive posledice. Prvi: "To nam kaže, kako velika je koncentracija silicija in kisika v zemeljskem jedru, " razlaga Hiroseov kolega George Helffrich. Ker je za tvorbo silicijevega dioksida potrebna določena količinska razmerja. Poleg tega zunanje jedro ne more vsebovati več silicija in kisika, kot dovoljuje meja nasičenosti silicijevega dioksida.

Po drugi strani bi to lahko pomenilo, da se sestava zunanjega jedra Zemlje skozi zgodovino Zemlje počasi spreminja: bolj ko se planet hladi, več kremena kristalizira na robu zemljine plašč, "Zaradi ohlajanja 100 Kelvinov bi naš termodinamični model pripeljal do dva kilometra debele plasti čistega kremena na meji z jedrom, " poročajo raziskovalci. To pa zmanjšuje koncentracijo teh elementov v zunanjem jedru.

Gonilna sila geodinama?

Še bolj vznemirljivi pa so potencialni učinki te kristalizacije na toplotno in energijsko bilanco zemeljskega jedra: "Ko se kristalizacija začne v manjši globini, se na vrhu jedra nabere SiO2, gostejša preostala tekočina z manj silicija in kisika pa se po drugi strani potopi v globoko jedro, «pojasnjujejo raziskovalci. Tako nastanejo tokovi v zunanjem jedru in s tem konvekcija, ki poganja geodinamo.

Hkrati bi to lahko razložilo tudi vprašanje, od kod energija za ta dinamo in s tem zemeljsko magnetno polje prihaja iz zgodnje Zemlje, kot pojasnjujejo znanstveniki. "Naši izračuni kažejo, da bi kristalizacija silicijevega dioksida lahko bila ogromen vir energije za magnetno polje, " pravi Hirose.

Tudi če se notranje jedro Zemlje strdi pozneje, kot domnevajo nekateri geoznanstveniki, bi konvekcija, ki jo povzroči samo kristalizacija, lahko dovolj, da povzroči geodinamo, kot pojasnjujejo Hirose in njegovi sodelavci. (Narava, 2017; doi: 10.1038 / narava21367)

(Narava / Tokyo Institute of Technology, 27.02.2017 - NPO)