Žemės širdyje užfiksuota gyva medžiaga: naujas atradimas rodo, kad planetos centras nėra kietas, kaip manyta

Mokslininkai seniai pastebėjo seisminių duomenų neatitikimų, kurių nepavyko paaiškinti vien kietu branduoliu. Tam tikros bangos viduje elgėsi lyg pereitų per medžiagą, kuri nėra visiškai standi. Dėl to kilo įtarimas, kad Žemės centras gali turėti neįprastą medžiagos būseną.

Šią hipotezę sustiprino laboratoriniai bandymai, atkūrę ekstremalias branduolio sąlygas. Buvo pasiūlyta superjoninės medžiagos idėja, kai dalis atomų juda laisvai kietame kristaliniame tinkle. Tokia būsena Žemės paviršiuje neegzistuoja, bet branduolyje ji gali būti natūrali.

Anglis judanti geležies tinkle

Vidiniame branduolyje sąlygos pranoksta bet ką, ką patiriame paviršiuje. Maždaug 5 150 kilometrų gylyje slėgis viršija 3,3 mln. atmosferų, o temperatūra primena Saulės paviršiaus kaitrą. Ten randamas geležies lydinys su lengvesniais elementais, tarp jų ir anglimi.

Tyrimai rodo, kad tokioje aplinkoje anglies atomai tampa neįprastai judrūs. Jie slenka per standų heksagoninį geležies kristalą beveik kaip skystyje. Būtent šis judėjimas paaiškina, kodėl seisminės bangos branduolyje sulėtėja taip, lyg medžiaga būtų minkštesnė už gryną geležį.

Laboratorinis įrodymas

Nors teoriniai modeliai tokį scenarijų leido, reikėjo tiesioginio eksperimento. Mokslininkai panaudojo dinaminės smūginės kompresijos įrangą ir iki 7 kilometrų per sekundę pagreitino geležies ir anglies lydinio mėginius. Taip akimirksniui laboratorijoje buvo pasiektas apie 140 gigapaskalių slėgis ir maždaug 2 600 laipsnių Celsijaus temperatūra.

Stebėjimai patvirtino fazės virsmą. Geležies atomai išliko tvarkingame ir kietame tinkle, o anglies atomai įgijo galimybę laisvai difunduoti. Tai pirmas eksperimentinis įrodymas, kad tokio tipo lydinys branduolyje gali turėti itin mažą šlyties bangų greitį, o tai dera su tikrais seisminiais matavimais.

Pasekmės magnetiniam laukui

Atradimas svarbus ne tik seisminiams aiškinimams. Superjoninė branduolio prigimtis gali būti trūkstama grandis, aiškinant geodinamos veiklą, kuri generuoja Žemės magnetinį lauką. Iki šiol pagrindiniais varikliais laikyta šiluminė konvekcija skystame išoriniame branduolyje ir jo sudėtis.

Dabar atsiranda trečias veiksnys. Lengvųjų elementų judėjimas kietame, bet ne visiškai sustingusiame vidiniame branduolyje gali tiekti papildomos energijos ar keisti konvekciją viršuje. Tai padėtų paaiškinti, kaip Žemė milijardus metų išlaikė apsauginį magnetinį skydą ir kodėl bangų greitis branduolyje priklauso nuo krypties.