Zemljino magnetsko polje štiti i čini naš planet pogodnim za život blokirajući štetne čestice visoke energije iz svemira, uključujući Sunce. Izvor ovog magnetskog polja je središnja jezgra našeg planeta.

Ali jezgru je vrlo teško proučavati, dijelom zato što počinje na dubini od oko 2900 kilometara, što je čini preduboko za izravno istraživanje.

Ipak, mi smo dio istraživačkog tima koji je pronašao način za dobivanje informacija o Zemljinoj jezgri, s detaljima nedavno objavljenim u Geochemical Perspective Letters .

Vruće je tamo

Jezgra je najtopliji dio našeg planeta s vanjskom temperaturom od preko 5000 ℃. To bi trebalo utjecati na gornji plašt i procjenjuje se da 50% vulkanske topline dolazi iz jezgre.

Vulkanska aktivnost je glavni mehanizam hlađenja na planetu. Neki vulkani, poput onog koji još uvijek tvori vulkanske otoke Havaja i Islanda, mogu biti povezani s jezgrom perjanicama plašta koje prenose toplinu iz jezgre na površinu Zemlje.

Međutim, ako postoji bilo kakva izmjena fizički materijal između jezgre i plašta predmet je rasprave desetljećima.

Naša otkrića sugeriraju da je neki materijal jezgre postaoprenosi u podnožje ovih oblaka plašta, a jezgra je ispuštala te stvari zadnjih 2,5 milijarde godina.

To otkrivamo gledajući vrlo male varijacije u omjeru izotopa elementa volframa (izotopi su u osnovi verzije istog elementa koji samo sadrži različite brojeve neutrona).

Da bismo proučavali Zemljinu jezgru, moramo tražiti kemijske tragove materijala jezgre u vulkanskim stijenama koje potječu iz dubokog plašta.

Znamo da jezgra ima vrlo različitu kemiju, različitu, u kojoj dominiraju željezo i nikal, zajedno s elementima poput volframa, platine i zlata koji se otapaju u slitini željeza i nikla. Stoga su elementi koji vole metalnu leguru dobar izbor za istraživanje tragova jezgre.

Potraga za izotopima volframa

Volfram (kemijski simbol W) kao bazu elemenata ima 74 protoni. Volfram ima nekoliko izotopa, uključujući 182W (sa 108 neutrona) i 184W (sa 110 neutrona).

Ovi izotopi volframa imaju potencijal da budu najuvjerljiviji tragači materijala jezgre, jer se očekuje da plašt ima odnose 182W /184W mnogo veći od jezgre.

To je zbog drugog elementa, hafnija (Hf), koji se ne otapa u slitini željeza i nikla i obogaćen je u plaštu, a imao je sada izumrli izotop (182Hf) koji se raspao do 182W. Ovo plaštu daje dodatnih 182 W u odnosu navolframa u jezgri.

Ali analiza potrebna za otkrivanje varijacija u izotopima volframa nevjerojatno je izazovna, budući da gledamo varijacije u omjeru 182W/184W u dijelovima na milijun, a koncentracija volframa u stijenama je kao niske kao deseci dijelova na milijardu. Manje od pet laboratorija u svijetu može raditi ovu vrstu analize.

Dokazi o curenju

Naša studija pokazuje značajnu promjenu u omjeru 182W/184W plašta tijekom životnog vijeka Zemlje. Najstarije stijene na Zemlji imaju znatno više 182W/184W nego većina stijena na suvremenoj Zemlji.

Promjena u omjeru 182W/184W plašta ukazuje na to da je volfram iz jezgre curio u plašt tijekom

Zanimljivo, u najstarijim vulkanskim stijenama na Zemlji, u razdoblju od 1,8 milijardi godina nema značajne promjene u izotopima volframa u plaštu. To ukazuje da je od prije 4,3 milijarde do 2,7 milijardi godina malo ili nimalo materijala iz jezgre prebačeno u gornji plašt.

Ali tijekom sljedećih 2,5 milijardi godina, sastav izotopa volframa u plaštu značajno se promijenio. Zaključujemo da je pomak u tektonici ploča na kraju arhejskog eona prije otprilike 2,6 milijardi godina pokrenuo velike konvektivne struje u plaštu dovoljne za pomicanje izotopa.volframa iz svih modernih stijena.

Zašto curi?

Ako se perjanice plašta dižu od granice jezgre i plašta prema površini, slijedi da je materijal iz Zemljinog površina se također mora spustiti u duboki plašt.

Subdukcija, izraz koji se koristi za stijene sa Zemljine površine koje se spuštaju u plašt, dovodi materijal bogat kisikom s površine u duboki plašt kao integralnu komponentu Zemljine tektonike.

Eksperimenti pokazuju da povećanje koncentracije kisika na granici jezgre i plašta može uzrokovati odvajanje volframa od jezgre i unutar plašta.

Alternativno, skrućivanje unutarnje jezgre također bi povećalo koncentraciju kisika u vanjskoj jezgri . Ako je tako, naši bi nam novi rezultati mogli reći nešto o evoluciji jezgre, uključujući podrijetlo Zemljinog magnetskog polja. Slika koja pokazuje razlike u omjerima izotopa volframa između Zemljine jezgre i plašta te kako Zemljina jezgra možda propušta materijal u perjanice plašta. Zasluge: Neil Bennett

Zemljina jezgra započela je kao potpuno tekući metal i s vremenom se hladila i djelomično skrućivala. Magnetsko polje nastaje rotacijom unutarnje čvrste jezgre. Vrijeme kristalizacije unutarnje jezgre jedno je od pitanja na koje je najteže odgovoriti u znanostima o Zemlji

Naša studija daje nam lokator koji se može koristiti za istraživanje interakcije jezgra-plašt i promjena u unutarnjoj dinamici našeg planeta, a to može povećati naše razumijevanje kako i kada je magnetsko polje pokrenuto.

Ovaj je članak preveden s Razgovora pod licencom Creative Commons. Pročitajte izvorni članak.