Potwierdzenie tej hipotezy przyszło z laboratoriów, w których udało się odtworzyć ekstremalne warunki panujące w jądrze Ziemi. Naukowcy od lat głowili się nad pewnymi anomaliami w danych sejsmicznych, które nie pasowały do modelu stałego jądr. Dopiero koncepcja materiału superjonowego, w którym niektóre atomy poruszają się swobodnie w sztywnej sieci krystalicznej, zaczęła układać te puzzle w całość.
Węgiel tańczący po żelaznej sieci
Aby zrozumieć, co się tam dzieje, trzeba najpierw pojąć skalę panujących wewnątrz Ziemi warunków. Na głębokości około 5150 kilometrów pod naszymi stopami ciśnienie przekracza 3,3 miliona atmosfer, a temperatura jest porównywalna z tą na powierzchni Słońca. W takich oto okolicznościach napotykamy tam stop żelaza z domieszką lżejszych pierwiastków, takich jak węgiel. To właśnie zachowanie tego węgla okazuje się tu kluczowe.
Czytaj także: Jądro Ziemi przecieka. Nowe dowody wszystko zmieniają
Badania sugerują, że w takich warunkach atomy węgla zyskują wprost zaskakującą mobilność. Przemieszczają się one przez sztywną, heksagonalną strukturę krystaliczną żelaza z płynnością przypominającą ciecz. Taki właśnie płynny ruch atomów węgla wyjaśnia, dlaczego fale sejsmiczne przechodzące przez jądro wewnętrzne zwalniają w sposób charakterystyczny dla materiałów znacznie mniej sztywnych niż żelazo.
Choć modele teoretyczne wskazywały na możliwość istnienia takiej fazy, bezpośredni dowód wymagał przeprowadzenia eksperymentu. Udało się go przeprowadzić dopiero teraz. Zespół naukowców wykorzystał platformę dynamicznej kompresji udarowej, aby rozpędzić próbki stopu żelaza i węgla do prędkości 7 kilometrów na sekundę. W ten sposób, na ułamek sekundy, odtworzono w laboratorium ciśnienie sięgające 140 gigapaskali i temperaturę około 2600 stopni Celsjusza.
Obserwacje potwierdziły przejście fazowe. Atomy żelaza tworzyły uporządkowaną, sztywną sieć, podczas gdy atomy węgla uzyskiwały możliwość swobodnej dyfuzji. To pierwsza eksperymentalna demonstracja, że w warunkach jądra wewnętrznego stop ten wykazuje ekstremalnie niską prędkość fal ścinających, co doskonale tłumaczy charakterystykę przechodzących przez jądro fal sejsmicznych. Wyniki opublikowano pod koniec września 2025 roku w czasopiśmie National Science Review, dając solidne podstawy pod nowy model budowy planety.
Nowe źródło energii dla pola magnetycznego Ziemi
Odkrycie ma konsekwencje wykraczające daleko poza samą sejsmologię. Superjonowa natura jądra może być brakującym elementem w układance wyjaśniającej funkcjonowanie geodynama – naturalnego „silnika” generującego pole magnetyczne Ziemi. Do tej pory jako główne siły napędowe tego procesu uważano konwekcję cieplną w płynnym jądrze zewnętrznym i jego skład.
Czytaj także: Jądro Ziemi zachowuje się w niewyjaśniony sposób. Historia powtarza się w regularnych odstępach
Teraz pojawia się trzecia możliwość. Ruch lekkich pierwiastków w stałym, a jednak nie do końca sztywnym jądrze wewnętrznym, może dostarczać dodatkowej energii lub wpływać na procesy konwekcyjne powyżej. To subtelny, lecz potencjalnie istotny mechanizm, który pomógłby wyjaśnić, jak Ziemia utrzymała swoje ochronne pole magnetyczne przez miliardy lat. Model ten rzuca też nowe światło na zjawisko anizotropii sejsmicznej, czyli zależności prędkości fal od kierunku ich propagacji przez jądro.
Oczywiście, to wciąż świeża koncepcja, która wymaga dalszego doprecyzowania i weryfikacji. Pokazuje ona jednak, jak mało wciąż wiemy o wnętrzu naszej własnej planety i jak każde nowe odkrycie może zmusić nas do przewartościowania podstawowych założeń. Perspektywa, że pod naszymi stopami istnieje egzotyczny stan materii, jest nie tylko fascynująca naukowo, ale także skłania do pokory.