Jądro wewnętrzne Ziemi wcale nie jest stałe

Superjonowy model jądra Ziemi może być najdokładniejszym modelem wnętrza naszej planety w historii

Jeśli kiedykolwiek uda nam się wysłać sondę, która będzie w stanie dotrzeć aż do jądra naszej planety, to raczej nie stanie się to w najbliższym czasie. Badanie wnętrza naszej planety jak na razie opiera się na coraz dokładniejszych modelach teoretycznych. W opublikowanym niedawno badaniu, nowy model jądra Ziemi stał się jeszcze bardziej dziwny.

Co wiemy o jądrze naszej planety? Składa się z płynnego rdzenia zewnętrznego i stałego rdzenia wewnętrznego, prawda? No niby tak, ale nie do końca. Rdzeń wewnętrzny powstaje i rośnie w wyniku krzepnięcia ciekłego żelaza na granicy rdzenia wewnętrznego. Większość świata naukowego twierdzi, że jest ona mniej gęsta, niż czyste żelazo – głównie przez obecność lekkich pierwiastków. Okazuje się, że była to bardzo uproszczona teoria.

Zespół badawczy kierowany przez prof. HE Yu z Instytutu Geochemii Chińskiej Akademii Nauk (IGCAS) odkrył, że wewnętrzne jądro Ziemi nie jest normalnym ciałem stałym, ale składa się z litej podsieci żelaza i lekkich pierwiastków oraz części żelaza znajdujących się w stanie superjonowym.

Superjonowy model jądra Ziemi

Stan superjonowy, który jest stanem pośrednim między ciałem stałym a cieczą, powszechnie występuje we wnętrzu planet. Korzystając z modeli obliczeniowych do symulacji wysokociśnieniowych i wysokotemperaturowych środowisk (np. jądra Ziemi), opartych na teorii mechaniki kwantowej, naukowcy z IGCAS i Centrum Zaawansowanych Badań Naukowych i Techniki Wysokociśnieniowej (HPSTAR) odkryli, że niektóre stopy Fe-H, Fe-C i Fe-O uległy transformacji w stan superjonowy w warunkach wewnętrznego rdzenia.

W superjonowych stopach żelaza lekkie pierwiastki stają się nieuporządkowane i dyfundują jak ciecz w sieci, podczas gdy atomy żelaza pozostają uporządkowane i wibrują wokół swojej siatki, tworząc solidną żelazną ramę. Współczynniki dyfuzji C, H i O w nadjonowych stopach żelaza są takie same jak w ciekłym żelazie.

Czytaj również: Jądro Ziemi rośnie w asymetryczny sposób. Naukowcy mają potencjalne wyjaśnienie zagadki

— Nasze wyniki dobrze pasują do obserwacji sejsmologicznych. To właśnie elementy przypominające ciecz powodują, że rdzeń wewnętrzny mięknie – powiedział współautor SUN Shichuan z IGCAS.

Nowy superjonowy model, stworzony przez badaczy z IGCAS jest niezwykle udany – tj. doskonale tłumaczy strukturę anizotropową, zjawisko tłumienia fal sejsmicznych i zmiany strukturalne jądra wewnętrznego w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Choć zapewne za jakiś czas i tak się okaże, że nadal nie uwzględniono w nim wszystkich kluczowych elementów.