BOSTON - Ogromni magma Zemlje, koji se valjaju duboko ispod naših nogu, čini se da ulijevaju kisik u tekuću jezgru planeta. I da kisik oblikuje potrese i vulkane širom naše planete.
To je zaključak tijela istraživača Filozofskog fakulteta sa Sveučilišta u Londonu, Dario Alfe, predstavljen u utorak (5. ožujka) ovdje na ožujkom sastanku Američkog fizičkog društva. Iako je nemoguće izravno promatrati kisik u Zemljinoj jezgri - tisuće kilometara vruće stijene ometaju taj pogled - Alfe i njegovi suradnici koristili su kombinaciju seizmoloških podataka, kemije i znanja o drevnoj povijesti našeg Sunčevog sustava kako bi izvukli svoje zaključke.
Glavni dokaz da se nešto poput kisika krije u željeznoj jezgri? Potresi. Grmljavina koju osjećamo na površini rezultat je valova koji se kreću po cijelom našem planetu. A ponašanje tih valova nudi tragove sa Zemljinim sadržajima - gotovo poput ultrazvuka cijele planete.
Kad se potresni valovi odbijaju od jezgre i vraćaju se na površinu, njihov oblik ukazuje da je vanjska jezgra tekućeg željeza znatno manje gusta od jezgre čvrste čvrstog željeza u njoj. A ta razlika gustoće utječe na oblik potresa i ponašanje vulkana na površini. Ali to se ne bi trebalo ponašati čisto željezo, rekao je Alfe Live Science nakon svog razgovora.
"Ako je jezgra bila čisto željezo, kontrast gustoće između čvrste unutarnje jezgre i tekućine trebao bi biti oko 1,5 posto", rekao je. "Ali seizmologija nam govori kako je više od 5 posto."
Drugim riječima, vanjska jezgra je manje gusta nego što bi trebala biti, što sugerira da postoji pomiješan element koji nije željezo, što ga čini lakšim.
To postavlja pitanje: Zašto bi se lakši element pomiješao s vanjskom jezgrom, ali ne i sa čvrstom unutarnjom jezgrom?
Kad su atomi u tekućem stanju, oni slobodno teku jedni protiv drugih, što omogućuje da koegzistira mješavina različitih elemenata, čak i u ekstremnom okruženju unutarnje Zemlje, rekao je Alfe. No kako ekstremni pritisci tjeraju unutarnju jezgru u čvrsto stanje, tamo njeni atomi tvore čvršću rešetku kemijskih veza. A ta stroža struktura ne može lako pronaći strane elemente. Kako se formirala čvrsta jezgra, ispljunula bi atome kisika i ostale nečistoće u svoje tekuće okruženje poput paste za zube koja puca iz cijeđene cijevi.
"Vidite sličan učinak i u ledenim brijegovima", rekao je.
Kad se slana voda u oceanu smrzne, ona izbacuje nečistoće. Tako ledene brijeg završavaju kao komadići čvrste slatke vode koji lebde nad oceanom bogatim natrijem.
Nema izravnih dokaza da je lakši element u tekućoj jezgri kisik, rekao je Alfe. Ali naš se planet formirao iz oblaka prašine ranog Sunčevog sustava i znamo koji su to elementi bili prisutni tamo.
Istraživački tim isključio je druge elemente, poput silicija, koji bi teoretski mogli biti prisutni u jezgri na temelju sastava tog oblaka, ali ne objašnjavaju uočeni učinak. Kisik je ostavljen kao najvjerojatniji kandidat, rekao je.
Nadalje, razine kisika teoretski prisutne u jezgri izgledaju niže od onoga što bi kemija predvidjela na temelju sadržaja kisika u plaštu. To sugerira da više kisika vjerojatno kemijski dovodi u vanjsku jezgru čak i danas iz plašta bogateg kisikom koji ga okružuje.
Na pitanje kako izgleda kisik u jezgri, Alfe je rekao da ne zamišlja mjehuriće ili čak hrđu koja nastaje kada se željezo veže izravno na kisik. Umjesto toga, pri tim temperaturama i pritiscima, atomi kisika slobodno bi lebdjeli među atomima željeza, stvarajući plutajuće nakupine tekućeg željeza.
"Ako uzmete parcelu tekućine koja ima 90 atoma željeza i 10 atoma kisika, ta će pošiljka biti manje gusta od parcele čistog željeza" i tako će lebdjeti, rekao je Alfe.
Kao potvrdu ovih rezultata, Alfe je rekao kako se raduje rezultatima napora za mjerenje neutrina koji se formiraju na našem planetu i koji zrače prema površini. Iako su "geoneutrinovi" vrlo rijetki, rekao je, oni mogu ponuditi puno informacija o onome što se konkretno događa na planeti kada se pojave.
Ali bez ikakvog izravnog pristupa jezgri, fizičari će uvijek biti zaglavljeni donoseći najbolje, moguće, prosudbe o njenom sastavu iz ograničenih, sekundarnih podataka.
