BOSTON - Obrovské magmatické oceány Zeme, ktoré sa vznášajú hlboko pod našimi nohami, akoby čerpali kyslík do tekutého jadra planéty. A tento kyslík formuje zemetrasenie a sopky po celej našej planéte.
To je záver výskumného pracovníka University College London, fyzika Dario Alfe, ktorý tu predstavil utorok (5. marca) tu na marcovom stretnutí Americkej fyzickej spoločnosti. Aj keď je nemožné priamo pozorovať kyslík v jadre Zeme - tisíce kilometrov horúcej skaly bránia tomuto pohľadu - Alfe a jeho spolupracovníci použili na vyvodenie svojich záverov kombináciu seizmologických údajov, chémie a poznatkov o starovekej histórii našej slnečnej sústavy.
Hlavný dôkaz, že v železnom jadre sa skrýva niečo ako kyslík? Zemetrasenie. Rachotenie, ktoré cítime na povrchu, je výsledkom vĺn, ktoré sa pohybujú po celej našej planéte. A správanie týchto vĺn ponúka vodítka k obsahu Zeme - takmer ako ultrazvuk celej planéty.
Keď vlny zemetrasenia odrazia od jadra a späť na povrch, jeho tvar naznačuje, že vonkajšie jadro tekutého železa je podstatne menej husté ako jadro z pevného železa pod tlakom vo vnútri. A tento rozdiel hustoty ovplyvňuje tvar zemetrasení a správanie sopiek na povrchu. Ale tak sa nemá správať čisté železo, povedal Alfe pre Live Science po svojom prejave.
„Ak je jadrom čisté železo, mal by byť hustotný kontrast medzi pevným vnútorným jadrom a tekutinou rádovo 1,5 percenta,“ povedal. „Ale seizmológia nám hovorí, že je to viac ako 5 percent.“
Inými slovami, vonkajšie jadro je menej husté, ako by malo byť, čo naznačuje, že v ňom je zmiešaný nejaký neželezný prvok, ktorý ho robí ľahším.
To vyvoláva otázku: Prečo by mal byť ľahší prvok zmiešaný s vonkajším jadrom, ale nie s pevným vnútorným jadrom?
Keď sú atómy v tekutom stave, voľne tečú okolo seba, čo umožňuje koexistenciu zmesi rôznych prvkov, dokonca aj v extrémnom prostredí vnútornej Zeme, uviedol Alfe. Ale ako extrémne tlaky nútia vnútorné jadro do tuhého stavu, atómy v ňom vytvárajú tuhšiu mriežku chemických väzieb. A táto prísnejšia štruktúra neľahko prispôsobuje cudzie prvky. Ako sa tvorilo pevné jadro, malo by do svojho tekutého prostredia obsahovať striekacie atómy kyslíka a ďalšie nečistoty, ako je napríklad zubná pasta vystrelená z vytlačenej trubice.
„Vidíte podobný efekt v ľadovcoch,“ povedal.
Keď slaná voda v oceáne zamrzne, vylúči jej nečistoty. Ľadovce teda končia ako kúsky tuhej sladkej vody plávajúcej nad oceánom bohatým na sodík.
Neexistuje žiadny priamy dôkaz, že ľahším prvkom v tekutom jadre je kyslík, povedal Alfe. Naša planéta sa však vytvorila z oblakov prachu skorej slnečnej sústavy a vieme, aké prvky tam boli.
Výskumný tím vylúčil ďalšie prvky, ako napríklad kremík, ktoré by mohli byť teoreticky prítomné v jadre na základe zloženia tohto mraku, ale nevysvetľujú pozorovaný účinok. Kyslík zostal najpravdepodobnejším kandidátom.
Ďalej sa zdá, že hladiny kyslíka teoreticky prítomného v jadre sú nižšie, ako by predpokladala chémia na základe obsahu kyslíka v plášti. To naznačuje, že viac kyslíka sa pravdepodobne chemicky pumpuje do vonkajšieho jadra ešte dnes z plášťa bohatšieho na kyslík, ktorý ho obklopuje.
Na otázku, ako vyzerá kyslík v jadre, Alfe povedal, že si nepredstavuje bubliny alebo dokonca hrdzu, ktorá sa vytvára, keď sa železo viaže priamo na kyslík. Namiesto toho by atómy kyslíka pri týchto teplotách a tlakoch voľne plávali medzi atómami železa, čím by vznikali vzrastajúce zhluky tekutého železa.
„Ak vezmete balík tekutiny, ktorý má 90 atómov železa a 10 atómov kyslíka, bude tento balík menej hustý ako balík čistého železa,“ a tak sa vznáša, povedal Alfe.
Na potvrdenie týchto výsledkov Alfe povedal, že sa teší na výsledky snáh o meranie neutrín vytvorených na našej planéte a vyžarujúcich smerom k povrchu. „Geoneutrinos“ sú síce veľmi zriedkavé, ale môžu ponúknuť veľa informácií o tom, čo sa konkrétne na planéte deje, keď sa objavia.
Ale bez akéhokoľvek spôsobu priameho prístupu k jadru budú fyzici vždy uviaznutí pri vytváraní najlepších možných úsudkov o jej zložení z obmedzených sekundárnych údajov.
