Câmpul magnetic al Pământului protejează și face ca planeta noastră să fie locuibilă, blocând particulele nocive de mare energie din spațiu, inclusiv cele provenite de la Soare. Sursa acestui câmp magnetic este nucleul central al planetei noastre.

Dar miezul este foarte dificil de studiat, în parte pentru că începe la o adâncime de aproximativ 2.900 de kilometri, ceea ce îl face prea adânc pentru a fi cercetat direct.

Chiar și așa, facem parte dintr-o echipă de cercetători care a găsit o modalitate de a obține informații despre nucleul Pământului, detaliile fiind publicate recent în Scrisori de perspectivă geochimică .

E cald acolo jos.

Miezul este cea mai fierbinte parte a planetei noastre, exteriorul atingând temperaturi de peste 5.000 ℃. Acest lucru trebuie să afecteze mantaua suprapusă și se estimează că 50% din căldura vulcanică provine din miez.

Activitatea vulcanică este principalul mecanism de răcire a planetei. Unii vulcani, cum ar fi insulele vulcanice încă în formare din Hawaii și Islanda, pot fi conectați la nucleu prin coloane de mantaua care transferă căldura din nucleu la suprafața Pământului.

Cu toate acestea, dacă există vreun schimb de material fizic între nucleu și mantaua a fost subiectul unei dezbateri de zeci de ani.

Descoperirile noastre sugerează că o parte din materialul din miez se transferă la baza acestor plumbi de mantaua, iar miezul a pierdut acest material în ultimii 2,5 miliarde de ani.

Am descoperit acest lucru analizând variațiile foarte mici ale raportului dintre izotopii elementului tungsten (izotopii sunt practic versiuni ale aceluiași element care conțin doar numere diferite de neutroni).

Pentru a studia nucleul Pământului, trebuie să căutăm urme chimice ale materialului din nucleu în rocile vulcanice derivate din mantaua profundă.

Știm că miezul are o chimie foarte specifică, dominată de fier și nichel, împreună cu elemente precum tungstenul, platina și aurul care se dizolvă în aliajul fier-nichel. Prin urmare, elementele care iubesc aliajele sunt o alegere bună pentru investigarea urmelor din miez.

Căutarea izotopilor de tungsten

Tungstenul (simbol chimic W) are 74 de protoni ca element de bază. Tungstenul are mai mulți izotopi, inclusiv 182W (cu 108 neutroni) și 184W (cu 110 neutroni).

Acești izotopi de tungsten au potențialul de a fi cei mai concludenți urmăritori ai materialului din nucleu, deoarece se așteaptă ca mantaua să aibă un raport 182W/184W mult mai mare decât nucleul.

Acest lucru se datorează unui alt element, hafniu (Hf), care nu se dizolvă în aliajul fier-nichel și care este îmbogățit în mantaua, și care avea un izotop acum dispărut (182Hf) care s-a descompus în 182W. Acest lucru conferă mantalei 182W în plus față de tungstenul din nucleu.

Dar analiza necesară pentru a detecta variațiile în izotopii de tungsten este incredibil de dificilă, deoarece analizăm variații în raportul 182W/184W în părți la milion, iar concentrația de tungsten în roci este de câteva zeci de părți la miliard. Mai puțin de cinci laboratoare din lume pot face acest tip de analiză.

Dovezi ale unei scurgeri

Studiul nostru arată o schimbare substanțială a raportului 182W/184W al mantalei de-a lungul vieții Pământului. Cele mai vechi roci de pe Pământ au un raport 182W/184W semnificativ mai mare decât majoritatea rocilor de pe Pământul contemporan.

Modificarea raportului 182W/184W din mantaua indică faptul că tungstenul din nucleu s-a scurs în manta pentru o perioadă lungă de timp.

Este interesant faptul că în cele mai vechi roci vulcanice de pe Pământ, pe o perioadă de 1,8 miliarde de ani, nu există nicio schimbare semnificativă a izotopilor de tungsten din manta. Acest lucru indică faptul că, în urmă cu 4,3 miliarde de ani până la 2,7 miliarde de ani, foarte puțin sau deloc material din nucleu a fost transferat în mantaua superioară.

Deducem că o schimbare în tectonica plăcilor la sfârșitul Eonului Arhean, acum aproximativ 2,6 miliarde de ani, a declanșat mari curenți convectivi în mantaua suficientă pentru a schimba izotopii de tungsten din toate rocile moderne.

De ce această scurgere?

Dacă plumele mantalei se ridică de la granița nucleu-mantă până la suprafață, rezultă că materialul de la suprafața Pământului trebuie să coboare, de asemenea, în mantaua profundă.

Subducția, termenul utilizat pentru rocile de la suprafața Pământului care coboară în mantaua terestră, transportă materiale bogate în oxigen de la suprafață în mantaua profundă ca parte integrantă a tectonicii plăcilor.

Experimentele arată că o creștere a concentrației de oxigen la granița dintre nucleu și manta ar putea determina separarea tungstenului din nucleu și din interiorul mantalei.

Alternativ, solidificarea nucleului intern ar putea crește și concentrația de oxigen din nucleul extern. În acest caz, noile noastre rezultate ne-ar putea spune ceva despre evoluția nucleului, inclusiv despre originea câmpului magnetic al Pământului. Imagine care arată diferențele dintre raportul izotopilor de tungsten dintre nucleul și mantaua Pământului și modul în care nucleul Pământului ar putea să scurgă material în plumele mantalei. Credit: Neil Bennett

Miezul Pământului a început ca fiind în întregime metal lichid și s-a răcit și s-a solidificat parțial de-a lungul timpului. Câmpul magnetic este generat de rotirea miezului interior solid. Momentul cristalizării miezului interior este una dintre cele mai dificile întrebări la care se poate răspunde în știința Pământului și a planetelor.

Studiul nostru ne oferă un dispozitiv de urmărire care poate fi folosit pentru a investiga interacțiunea nucleu-mantolă și dinamica internă schimbătoare a planetei noastre și care ne poate ajuta să înțelegem mai bine cum și când a fost declanșat câmpul magnetic.

Acest articol a fost tradus din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.