Meie planeedi tuum on raud. Kuid nüüd saavad teadlased paremini aru, mis veel pöörleb mullivannis Maa keskel.
Meie planeedi südamelöök jääb mõistatuseks teadlastele, kes püüavad teada saada, kuidas Maa tekkis ja mis selle loomisel käis. Värskes uuringus suutsid nad taastada võimsa surve meie planeedi keskel, võimaldades teadlastel pilguheit selle varajase eksisteerimisega ja isegi mõista, milline võiks maa tuum praegu välja näha.
Nad teatasid oma avastusest Science viimases numbris. "Kui me selgitame välja, millised elemendid moodustavad südamiku, saame paremini mõista, millistes tingimustes Maa tekkis, mis omakorda annab meile rohkem teavet päikesesüsteemi varajase ajaloo kohta," ütleb Washingtonis asuv geokeemik Anat Shahar. Carnegie teadusinstituudis. See võimaldab ka teadlastel saada ülevaadet sellest, kuidas teised kivised planeedid meie päikesesüsteemis ja väljaspool seda tekkisid.
Maa tekkis umbes 4,6 miljardit aastat tagasi arvukatel tahkete ainete kokkupõrgetel, mille suurus oli Marsist väikese asteroidini. Varase Maa massi suurenedes kasvas selle siserõhk ja temperatuur.
See mõjutas seda, kuidas raud, mis moodustab suurema osa maakera südamikust, reageeris keemiliselt kergemate elementidega nagu vesinik, hapnik ja süsinik ning raskemad metallid, mis eraldusid mantlist ja sattusid maa sisemusse. Mantel on kiht otse maakoore all ja sulakivimi liikumine selles piirkonnas paneb liikuma tektoonilised plaadid.
Teadlased on juba ammu aru saanud, et temperatuuri muutused võivad mõjutada sellise elemendi nagu raua isotoobi muutumist südamiku osaks. Seda protsessi nimetatakse isotoopseks fraktsioneerimiseks.
Siiski pole seni survet peetud seda protsessi mõjutavaks kriitiliseks muutujaks. "60ndatel ja 70ndatel tehti katseid sellise surve tagajärgede otsimiseks, kuid teadlased ei leidnud midagi," ütleb Shahar. "Kuid nüüd teame, et rõhk, kus nad katseid viisid (umbes kaks gigapaskalit), ei olnud piisavalt võimas."
2009. aastal avaldas teine uurimisrühm töö, milles nad pakkusid välja, et surve võib mõjutada Maa südamikku sattunud elemente. Seetõttu otsustas Shahar ja tema meeskond selle mõju uuesti läbi vaadata, kasutades seadmeid, mis tekitavad kuni 40 gigapaskalist survet. See on palju lähemal 60 gigapaskalile, mida teadlased peavad Maa varajase moodustumise ajal keskmiseks.
Reklaamvideo:
Washingtonis Carnegie Instituudi täiustatud footoniallikal tehtud katsetes asetasid teadlased kahe teemandi vahele väikesed vesiniku, süsiniku ja hapnikuga segatud rauaproovid. Siis lükati nende teemantpahade lennukid kokku, tekitades tohutut survet.
Seejärel pommitati muundatud rauaproove suure energiaga röntgenkiirgusega. "Kasutame rauafaaside vibratsiooniliste omaduste testimiseks röntgenikiirgust," ütles Shahar. Erinevad vibratsiooni sagedused näitavad, millised raua isotoopid on proovide hulgas.
Teadlased on leidnud, et nii tugev rõhk mõjutab tõepoolest isotoopide fraktsioneerimist. Uurimisrühm leidis eelkõige, et reaktsioon raua ja vesiniku või süsiniku vahel, mis peaks sisalduma südamikus, peaks jätma mantlikivimile iseloomuliku jälje. Kuid sellist jälge ei õnnestunud leida.
"Seetõttu usume, et vesinik ja süsinik ei ole tuuma peamised valguselemendid," ütles Shahar.
Kuid raua ja hapniku kombinatsioon ei suutnud mantlisse jälgi jätta, nagu teadlaste katsed näitasid. Seetõttu on võimalik, et hapnikust võib saada üks südamiku koostise kergemaid elemente.
Need leiud kinnitavad hüpoteesi, et hapnik ja räni moodustavad Maa südamikus lahustunud valguselementide aluse, ütleb Pasadenas asuva California tehnoloogiainstituudi geofüüsik Joseph O'Rourke, kes uuringus ei osalenud.
"Hapnikku ja räni on mantlis palju ning me teame, et need lahustuvad rauas kõrgel temperatuuril ja rõhul," ütles ta. "Kuna hapnik ja räni on südamikus garanteeritud, on teistel kandidaatidel, näiteks vesinikul ja süsinikul, vähe võimalusi."
Shahar ütles, et tema meeskond kavatseb katset katta räni ja väävliga, mis võivad olla südamiku osa. Nüüd, kui nad on näidanud, et rõhk võib mõjutada fraktsioneerimist, soovib see meeskond uurida rõhu ja temperatuuri mõju koos. Nad usuvad, et tulemused võivad erineda ainult rõhu ja temperatuuri kasutamisel. „Viisime oma katsed toatemperatuuril tahkete rauaproovidega. Kuid kui südamik tekkis, oli kõik sulas,”rääkis Shahar.
Nende eksperimentide tulemused võivad olla asjakohased planeetidele väljaspool meie päikesesüsteemi, ütlevad teadlased. "Fakt on see, et me näeme ainult eksoplaneetide pinda või atmosfääri," ütles Shahar. - Kuid kuidas mõjutab nende sisemine osa pinnal toimuvat? Vastus sellele küsimusele mõjutab seda, kas sellel planeedil on elu või mitte."
