Ο εσωτερικός πυρήνας της Γης αποτελεί ίσως το πιο απρόσιτο και αινιγματικό τμήμα του πλανήτη μας. Παρά το γεγονός ότι είναι καθοριστικός για την εξέλιξη της Γης, καθώς τροφοδοτεί το μαγνητικό πεδίο που μας προστατεύει από την ηλιακή ακτινοβολία και επηρεάζει την τεκτονική των πλακών που αναδιαμορφώνει τις ηπείρους, παραμένει γεμάτος αναπάντητα ερωτήματα. Πόσο ζεστός είναι πραγματικά; Από τι ακριβώς αποτελείται; Και πότε ξεκίνησε η διαδικασία στερεοποίησής του;
Μια πρόσφατη έρευνα που παρουσιάστηκε από ομάδα επιστημόνων φέρνει φως σε αυτά τα ερωτήματα, δίνοντας για πρώτη φορά πιο συγκεκριμένες απαντήσεις για τη χημική του σύσταση και τις διαδικασίες που καθορίζουν τη λειτουργία του.
Η θερμοκρασία και η στερεοποίηση του πυρήνα
Η θερμοκρασία στον εσωτερικό πυρήνα υπολογίζεται περίπου στους 5.000 Kelvin, δηλαδή σχεδόν 4.727 βαθμούς Κελσίου. Αρχικά ήταν σε υγρή μορφή, όμως με το πέρασμα του χρόνου άρχισε να ψύχεται και να στερεοποιείται, επεκτεινόμενος προς τα έξω. Καθώς ψύχεται, μεταφέρει θερμότητα προς τον μανδύα, διεγείροντας τα ρεύματα που τροφοδοτούν την τεκτονική δραστηριότητα.
Η ίδια διαδικασία είναι υπεύθυνη και για την παραγωγή του μαγνητικού πεδίου της Γης. Σήμερα, μεγάλο μέρος της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου προέρχεται από την πήξη του υγρού τμήματος του πυρήνα και την ανάπτυξη του στερεού εσωτερικού πυρήνα στο κέντρο του.
Επειδή δεν μπορούμε να αποκτήσουμε άμεση πρόσβαση σε αυτό το τμήμα του πλανήτη, οι επιστήμονες βασίζονται σε έμμεσες μεθόδους για να κατανοήσουν τις ιδιότητές του. Κομβικό στοιχείο είναι η θερμοκρασία τήξης του: στο σημείο που ο στερεός εσωτερικός πυρήνας συναντά τον υγρό εξωτερικό, η θερμοκρασία πρέπει να ταυτίζεται με το σημείο τήξης του υλικού.
Δύο δρόμοι έρευνας
Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες είχαν δύο βασικές μεθόδους για να κατανοήσουν τη χημική σύσταση του πυρήνα: τους μετεωρίτες και τη σεισμολογία. Οι μετεωρίτες θεωρούνται κομμάτια πρώιμων πλανητών ή υπολειμμάτων από καταστροφές πλανητικών σωμάτων, προσφέροντας ενδείξεις ότι ο πυρήνας της Γης αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο, με μικρές ποσότητες πυριτίου ή θείου. Ωστόσο, η εικόνα παραμένει θολή.
Η σεισμολογία, αντιθέτως, δίνει πιο ακριβείς πληροφορίες. Τα σεισμικά κύματα ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με το υλικό που διαπερνούν. Συγκρίνοντας τον χρόνο που χρειάζονται για να φτάσουν από ένα σεισμό σε έναν σεισμογράφο με τα δεδομένα εργαστηριακών πειραμάτων σε ορυκτά και μέταλλα, μπορούμε να συμπεράνουμε τι υλικά βρίσκονται στο εσωτερικό της Γης. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι ο πυρήνας είναι περίπου 10% λιγότερο πυκνός από τον καθαρό σίδηρο και ότι το υγρό εξωτερικό στρώμα είναι πιο πυκνό από το στερεό εσωτερικό.
Η νέα προσέγγιση με τον άνθρακα
Η νέα μελέτη βασίστηκε στη φυσική των ορυκτών και στη διαδικασία της «υπερψύξης», όπου ένα υγρό ψύχεται κάτω από το σημείο τήξης του χωρίς να στερεοποιηθεί αμέσως. Ορισμένα κράματα απαιτούν πολύ μεγαλύτερη υπερψύξη για να μετατραπούν σε στερεά.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι ο καθαρός σίδηρος θα χρειαζόταν περίπου 1.000 βαθμούς Κελσίου υπερψύξη για να αρχίσει να στερεοποιείται, κάτι που θεωρείται αδύνατο, καθώς τότε όλος ο πυρήνας θα είχε στερεοποιηθεί, σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις της σεισμολογίας. Η προσθήκη πυριτίου ή θείου έκανε το πρόβλημα ακόμη μεγαλύτερο, αφού απαιτούσε ακόμη περισσότερη υπερψύξη.
Η μεγάλη ανατροπή ήρθε με την εισαγωγή του άνθρακα στην εξίσωση. Όταν το 2,4% της μάζας του πυρήνα υπολογίστηκε ως άνθρακας, τότε απαιτούνταν περίπου 420 βαθμοί Κελσίου υπερψύξη για να ξεκινήσει η στερεοποίηση – μια ρεαλιστική τιμή. Σε μεγαλύτερα ποσοστά άνθρακα, περίπου 3,8%, η υπερψύξη μειωνόταν στους 266 βαθμούς, γεγονός που έκανε τη διαδικασία ακόμη πιο εφικτή.
Αυτό το εύρημα είναι το πρώτο που δείχνει με σαφήνεια πως η στερεοποίηση του εσωτερικού πυρήνα είναι πράγματι δυνατή, ανοίγοντας τον δρόμο για μια καλύτερη κατανόηση της χημείας του.
Η εικόνα που διαμορφώνεται
Συνολικά, τα δεδομένα δείχνουν ότι ο πυρήνας της Γης δεν μπορεί να αποτελείται μόνο από σίδηρο και άνθρακα. Οι σεισμικές ιδιότητες απαιτούν την παρουσία και άλλων στοιχείων, πιθανότατα οξυγόνου και πυριτίου. Έτσι, για πρώτη φορά, διαμορφώνεται μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα: ένας σύνθετος πυρήνας που περιλαμβάνει σίδηρο, νικέλιο, άνθρακα και μικρά ποσοστά άλλων στοιχείων.
Ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του πλανήτη μας
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης είναι μεγάλη. Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να εξηγήσουν πώς ξεκίνησε να στερεοποιείται ο πυρήνας και τι ρόλο έπαιξε στη διαμόρφωση της Γης. Τώρα, με τα νέα δεδομένα, αποκτούμε μια πιο σαφή εικόνα για το πώς εξελίχθηκε το εσωτερικό του πλανήτη, πώς παράγεται το μαγνητικό πεδίο και πώς η ενέργεια του πυρήνα τροφοδοτεί γεωδυναμικές διεργασίες που συνεχίζουν να καθορίζουν το μέλλον της Γης.
[via]
