Για δεκαετίες, το κέντρο της Γης αποτελούσε ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά αινίγματα. Κρυμμένος κάτω από χιλιάδες χιλιόμετρα πετρώματος και λιωμένου μετάλλου, ο εσωτερικός πυρήνας του πλανήτη μας θεωρούνταν μια συμπαγής σφαίρα σιδήρου, εξαιρετικά πυκνή και καυτή. Ωστόσο, οι σεισμολογικές μετρήσεις έδειχναν πάντα κάτι παράδοξο: παρόλο που ο πυρήνας θα έπρεπε να είναι σκληρός σαν ατσάλι λόγω της τρομακτικής πίεσης, τα σεισμικά κύματα ταξίδευαν μέσα του πιο αργά από το αναμενόμενο, σαν να διέσχιζαν κάτι πολύ πιο... μαλακό.
Σήμερα, μια πρωτοποριακή μελέτη έρχεται να δώσει την απάντηση, ανατρέποντας όσα γνωρίζαμε. Επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ο εσωτερικός πυρήνας της Γης δεν είναι ούτε τελείως στερεός ούτε υγρός, αλλά βρίσκεται σε μια παράξενη, «υπεριοντική» κατάσταση.
Τι είναι η Υπεριοντική Κατάσταση;
Η νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό National Science Review, αποκαλύπτει ότι ο εσωτερικός πυρήνας συμπεριφέρεται ως υπεριοντικό στερεό. Σε αυτή την κατάσταση, τα άτομα σιδήρου παραμένουν στη θέση τους σχηματίζοντας ένα σταθερό, κρυσταλλικό πλέγμα (όπως σε ένα κλασικό στερεό), αλλά τα ελαφρύτερα στοιχεία – κυρίως ο άνθρακας – ρέουν ελεύθερα ανάμεσά τους, σαν να είναι υγρό.
Αυτή η υβριδική κατάσταση της ύλης εξηγεί επιτέλους γιατί ο πυρήνας φαίνεται «μαλακός» στους σεισμογράφους. Η ελεύθερη κίνηση των ατόμων άνθρακα μειώνει δραματικά την ακαμψία του υλικού, επιτρέποντας στα σεισμικά κύματα διάτμησης να επιβραδύνονται, ακριβώς όπως παρατηρούσαν οι γεωφυσικοί εδώ και χρόνια χωρίς να μπορούν να το εξηγήσουν πλήρως.
Το πείραμα
Η ανακάλυψη αυτή δεν προέκυψε μόνο από θεωρητικά μοντέλα, αλλά επιβεβαιώθηκε εργαστηριακά κάτω από ακραίες συνθήκες. Μια διεθνής ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον καθηγητή Youjun Zhang και τη δρ. Yuqian Huang από το Πανεπιστήμιο του Sichuan, σε συνεργασία με τον καθηγητή Yu He από το Ινστιτούτο Γεωχημείας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, κατάφερε να αναδημιουργήσει το περιβάλλον της «καρδιάς» της Γης.
Χρησιμοποιώντας μια πλατφόρμα δυναμικής συμπίεσης κρούσης, οι επιστήμονες εκτόξευσαν δείγματα κράματος σιδήρου-άνθρακα με ταχύτητες που άγγιζαν τα 7 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Η διαδικασία αυτή δημιούργησε αδιανόητες πιέσεις, φτάνοντας τα 140 γιγαπασκάλ (περίπου 1,4 εκατομμύρια ατμόσφαιρες), και θερμοκρασίες κοντά στους 2.600 βαθμούς Κέλβιν.
Τα αποτελέσματα ήταν αποκαλυπτικά. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, το κράμα μεταμορφώθηκε. Οι μετρήσεις ταχύτητας ήχου και οι προηγμένες προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής έδειξαν ότι ενώ ο σίδηρος παρέμενε δομικά σταθερός, τα άτομα άνθρακα άρχισαν να κινούνται με μεγάλες ταχύτητες μέσα στο πλέγμα.
Ο «χορός» των ατόμων και το μαγνητικό πεδίο
Για να περιγράψει το φαινόμενο με απλά λόγια, ο καθηγητής Zhang χρησιμοποίησε μια γλαφυρή παρομοίωση:
Σε αυτή την κατάσταση, τα άτομα άνθρακα γίνονται εξαιρετικά κινητικά, διαχέονται μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του σιδήρου σαν παιδιά που τρέχουν ανάμεσα στους χορευτές ενός παραδοσιακού χορού, ενώ ο ίδιος ο σίδηρος παραμένει στη θέση του.
Πέρα από τη λύση του σεισμικού γρίφου, η ανακάλυψη αυτή έχει τεράστιες επιπτώσεις στην κατανόηση του μαγνητικού πεδίου της Γης, το οποίο προστατεύει τον πλανήτη μας από την ηλιακή ακτινοβολία. Μέχρι τώρα, πιστεύαμε ότι το μαγνητικό πεδίο τροφοδοτείται κυρίως από τη θερμότητα και τη μεταφορά υλικού στον εξωτερικό (υγρό) πυρήνα.
Η νέα μελέτη προτείνει ότι η κίνηση των ελαφρών στοιχείων μέσα στον εσωτερικό πυρήνα λειτουργεί ως μια επιπλέον, αγνοημένη μέχρι σήμερα, πηγή ενέργειας. «Η ατομική διάχυση μέσα στον εσωτερικό πυρήνα αντιπροσωπεύει μια ενεργειακή πηγή για το γεωδυναμό», εξήγησε η δρ. Huang. Η ρευστή κίνηση του άνθρακα συμβάλλει στη διατήρηση της «μαγνητικής μηχανής» της Γης.
Μια νέα εποχή για την πλανητική επιστήμη
Τα ευρήματα αυτά σηματοδοτούν μια στροφή στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε το εσωτερικό των πλανητών. Από ένα στατικό, άκαμπτο μοντέλο, περνάμε σε μια εικόνα ενός δυναμικού πυρήνα, γεμάτου κίνηση και ενέργεια.
Η σημασία της ανακάλυψης δεν περιορίζεται στη Γη. Η ύπαρξη υπεριοντικών φάσεων σε πυρήνες πλανητών θα μπορούσε να είναι κοινό χαρακτηριστικό σε άλλους βραχώδεις πλανήτες ή εξωπλανήτες. Η κατανόηση αυτού του «κρυφού» τύπου ύλης μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην αποκρυπτογράφηση της θερμικής και μαγνητικής εξέλιξης κόσμων πολύ μακριά από τον δικό μας.
