Atomy pod powierzchnią naszej planety zachowują się w dziwny sposób. To wyjaśnia istotny aspekt dotyczący Ziemi

Tego typu historie pokazują, jak mało wiemy o naszym własnym kosmicznym domu, a co dopiero powiedzieć o innych planetach, szczególnie tych krążących wokół gwiazd innych niż Słońce. Najnowsze ustalenia na temat jądra Ziemi zostały zaprezentowane w publikacji zamieszczonej na łamach PNAS. 

Czytaj też: W meteorycie z Czelabińska odkryto zupełnie nowy rodzaj kryształu. Wygląda nieziemsko

Jej autorami są naukowcy z Chin oraz Stanów Zjednoczonych, którzy postanowili wyjaśnić, co ukrywa się w warstwie, której początek znajduje się na głębokości około 5100 kilometrów. Jak wykazali, tamtejsze atomy żelaza – poddane działaniu skrajnie wysokich ciśnień i temperatur – posiadają bardzo nietypowe właściwości. Żelazo znajdujące się w jądrze jest bowiem zaskakująco podobne do miękkich metali pokroju ołowiu. Zamiast stopionego żelaza przypomina ono nieco jego stałą formę.

Na czele zespołu badawczego zajmującego się tą sprawą stanął Youjun Zhang. Jak wykazał wraz ze współpracownikami – korzystając w tym celu z symulacji komputerowych oraz eksperymentów prowadzonych w warunkach laboratoryjnych –  kluczem do rozwiązania zagadki może być struktura atomów żelaza w wewnętrznym rdzeniu. Miałaby one mieć sześciokątną budowę, a migracje samych atomów można byłoby porównać do… ludzi zmieniających miejsca zajmowane przy stole.

Mówiąc bardziej naukowym językiem, owe atomy migrują do sąsiednich pozycji bez naruszania podstawowej metalicznej struktury żelaza. W efekcie rdzeń zyskuje na plastyczności. Jest to zasługą zdecydowanie większego zakresu ruchu aniżeli można było zakładać w oparciu o dotychczasowe przypuszczenia. Jednym ze źródeł wcześniejszego niedoszacowania były ograniczenia stosowanych modeli, które miały tendencję do symulowania mniej niż stu atomów ułożonych w powtarzającą się sześciokątną strukturę.

Celem autorów ostatnich badań było lepsze zrozumienie tego, jak zachowują się atomy żelaza występujące w jądrze Ziemi

Dzięki nowemu podejściu, opartemu na uczeniu maszynowym, superkomputer pozwolił na symulacje obejmujące nawet 10 000 atomów. Dane wykorzystane do szkolenia pochodziły z eksperymentów laboratoryjnych poświęconych ciśnieniu i temperaturze panującym głęboko pod powierzchnią naszej planety. Oznaczało to wartości rzędu 230 – 330 GPa oraz temperatury tuż poniżej progu topnienia żelaza. 

Czytaj też: Zobaczymy pole magnetyczne Ziemi, jak nigdy wcześniej. Pomogą nam efekty kwantowe

Ostatecznie modele zasugerowały, że tamtejsze atomy żelaza podlegają bardzo szybkim migracjom. Ich zmiany pozycji zachodzą bardzo szybko, w skali pikosekundowej. Przypominamy, iż jedna pikosekunda jest równa jednej bilionowej części sekundy. Co istotne, wyniki symulacji pokrywają się z rezultatami badań sejsmicznych, choć oczywiście najbardziej przekonującymi dowodami byłyby te zebrane na miejscu. Niestety, ludzkość raczej nigdy nie będzie miała możliwości fizycznego dotarcia do jądra Ziemi.