Οι επιστήμονες θεωρούν ότι στο εσωτερικό της Γης, οι συνθήκες είναι εξαιρετικά καυτές και εξαιρετικά υπό πίεση. Αυτό επιτρέπει στον πυρήνα του σιδήρου και του νικελίου να διαιρείται μεταξύ μιας στερεάς εσωτερικής περιοχής και μιας υγρής εξωτερικής περιοχής. Η δυναμική αυτού του πυρήνα πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνη για την οδήγηση της προστατευτικής μαγνητόσφαιρας του πλανήτη μας, γι 'αυτό οι επιστήμονες είναι αποφασισμένοι να βελτιώσουν την κατανόησή τους.
Χάρη στη νέα έρευνα που διεξήχθη από μια διεθνή ομάδα επιστημόνων, φαίνεται ότι η κεντρική περιοχή λαμβάνει επίσης το δίκαιο μερίδιό της στο "χιόνι"! Με άλλα λόγια, η έρευνά τους έδειξε ότι μέσα στον εξωτερικό πυρήνα, μικροσκοπικά σωματίδια σιδήρου στερεοποιούνται και πέφτουν για να σχηματίσουν πασσάλους πάχους έως και 320 χλμ. Πάνω από τον εξωτερικό πυρήνα. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να βελτιώσουν σε μεγάλο βαθμό την κατανόηση των δυνάμεων που επηρεάζουν ολόκληρο τον πλανήτη.
Η έρευνα διεξήχθη από μια ομάδα ερευνητών από τη Σχολή Γεωεπιστημών του Τζάκσον στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, με επικεφαλής τον καθηγητή Youjun Zhang του Ινστιτούτου Ατομικής και Μοριακής Φυσικής του Πανεπιστημίου Sichuan. Η μελέτη που περιγράφει την έρευνά τους δημοσιεύθηκε στο τεύχος 23 Δεκεμβρίου του Journal of Geophysical Research (JGR) Στερεά Γη.
Η μελέτη του βάθους της Γης δεν είναι εύκολη υπόθεση, δεδομένου ότι το ραντάρ που διεισδύει στο έδαφος δεν μπορεί να ανιχνεύσει ότι η βαθιά και άμεση δειγματοληψία είναι απολύτως αδύνατη. Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές αναγκάζονται να μελετήσουν το εσωτερικό της Γης μέσω της επιστήμης της σεισμολογίας - δηλαδή τη μελέτη των ηχητικών κυμάτων που δημιουργούνται από τη γεωλογική δραστηριότητα και περνούν τακτικά από τον πλανήτη.
Μετρώντας και αναλύοντας αυτά τα κύματα, οι γεωλογικοί επιστήμονες μπορούν να πάρουν μια καλύτερη εικόνα της δομής και της σύνθεσης του εσωτερικού. Τα τελευταία χρόνια, έχουν σημειώσει μια απόκλιση μεταξύ των σεισμικών δεδομένων και των τρεχόντων μοντέλων του πυρήνα της Γης. Ουσιαστικά, τα μετρούμενα κύματα κινούνται πιο αργά από το αναμενόμενο όταν διέρχονται από τη βάση του εξωτερικού πυρήνα και γρηγορότερα όταν κινούνται μέσω του ανατολικού ημισφαιρίου του εσωτερικού πυρήνα.
Για να επιλύσει αυτό το μυστήριο, ο καθηγητής Zhang και οι συνάδελφοί του πρότειναν να πραγματοποιηθεί κρυστάλλωση σωματιδίων σιδήρου στον εξωτερικό πυρήνα, δημιουργώντας έναν «χιονισμένο» εσωτερικό πυρήνα. Η θεωρία ότι υπάρχει ένα στρώμα πολτού μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού πυρήνα προτάθηκε για πρώτη φορά από τον S.I. Braginskii το 1963, αλλά απορρίφθηκε λόγω της επικρατούσας γνώσης των συνθηκών θερμότητας και πίεσης στον πυρήνα.
Ωστόσο, χρησιμοποιώντας μια σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν σε υλικά που μοιάζουν με πυρήνα και πιο πρόσφατες επιστημονικές μελέτες, ο καθηγητής Zhang και η ομάδα του κατάφεραν να δείξουν ότι η κρυστάλλωση στον εξωτερικό πυρήνα είναι πράγματι δυνατή. Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι περίπου το 15% του κατώτερου μέρους του εξωτερικού πυρήνα θα μπορούσε να είναι κατασκευασμένο από σίδηρο με βάση κρύσταλλα που τελικά θα πέσουν και θα εγκατασταθούν στην κορυφή του συμπαγούς εσωτερικού πυρήνα.
«Είναι κάτι περίεργο που πρέπει να σκεφτούμε», δήλωσε ο Nick Dygert, επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Tenessee, ο οποίος βοήθησε στη διεξαγωγή της έρευνας ως μέρος μιας μεταδιδακτορικής υποτροφίας με την JSG. «Έχετε κρύσταλλα μέσα στον εξωτερικό πυρήνα που χιονίζει πάνω στον εσωτερικό πυρήνα σε απόσταση αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων.»
Όπως εξήγησε ο καθηγητής Jung-Fu Lin (άλλος συν-συγγραφέας της μελέτης), αυτό είναι παρόμοιο με το πώς σχηματίζονται πετρώματα μέσα στα ηφαίστεια. «Ο μεταλλικός πυρήνας της Γης λειτουργεί σαν θάλαμος μάγματος για τον οποίο γνωρίζουμε καλύτερα στην κρούστα», είπε. Η ομάδα συνέκρινε ακόμη και το καπέλο της διαδικασίας που προκαλεί σωρούς από σωματίδια σιδήρου στον εξωτερικό πυρήνα της Γης με αυτό που συμβαίνει μέσα σε θαλάμους μάγματος πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης.
Ενώ η συμπύκνωση των ορυκτών δημιουργεί αυτό που είναι γνωστό ως «σωρευτικός βράχος» στους θαλάμους μάγματος, η συμπύκνωση σωματιδίων σιδήρου βαθιά στο εσωτερικό της Γης συμβάλλει στην ανάπτυξη του εσωτερικού πυρήνα και τη συρρίκνωση του εξωτερικού πυρήνα. Η συσσώρευση αυτών των σωματιδίων στον εξωτερικό πυρήνα θα εξηγούσε τις σεισμικές εκτροπές, καθώς μια διακύμανση του πάχους μεταξύ του ανατολικού και του δυτικού ημισφαιρίου θα εξηγούσε την αλλαγή της ταχύτητας.
Δεδομένης της επιρροής του πυρήνα στα φαινόμενα σε ολόκληρο τον πλανήτη - όπως η προαναφερθείσα μαγνητόσφαιρα και η θέρμανση που οδηγεί στην τεκτονική δραστηριότητα - η εκμάθηση περισσότερων για τη σύνθεση και τη συμπεριφορά της είναι απαραίτητη για τη βελτίωση της κατανόησής μας για το πώς λειτουργούν αυτές οι μεγαλύτερες διεργασίες. Από αυτή την άποψη, η έρευνα που διεξήγαγε ο καθηγητής Zhang και οι συνεργάτες του θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση μακροχρόνιων ερωτήσεων σχετικά με το εσωτερικό της Γης και πώς έγινε.
Όπως ο Bruce Buffet, καθηγητής γεωεπιστημών στο UC Berkley που μελετά πλανητικούς εσωτερικούς χώρους (και δεν συμμετείχε στη μελέτη) το έθεσε:
«Η συσχέτιση των προγνωστικών μοντέλων με τις ανώμαλες παρατηρήσεις μας επιτρέπει να συνάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τις πιθανές συνθέσεις του υγρού πυρήνα και ίσως να συνδέσουμε αυτές τις πληροφορίες με τις συνθήκες που επικρατούσαν κατά τον σχηματισμό του πλανήτη. Η αρχική συνθήκη είναι ένας σημαντικός παράγοντας για να γίνει η Γη ο πλανήτης που γνωρίζουμε. "
Δεδομένου του τρόπου με τον οποίο η μαγνητόσφαιρα της Γης και η τεκτονική της δραστηριότητα πιστεύεται ότι έπαιξαν ζωτικό ρόλο στην εμφάνιση και την εξέλιξη της ζωής, η κατανόηση της δυναμικής του εσωτερικού του πλανήτη μας θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στο κυνήγι δυνητικά κατοικήσιμων εξωπλανητών - για να μην αναφέρουμε επιπλέον- επίγεια ζωή!
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, τα Ταμεία Θεμελιωδών Ερευνών για τα Κεντρικά Πανεπιστήμια, τη Σχολή Γεωεπιστημών του Τζάκσον, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Ίδρυμα Sloan.
