BOSTON - Obrovské magma oceány, které se vroucně hluboko pod našimi nohama, zdají být čerpáním kyslíku do tekutého jádra planety. A tento kyslík formuje zemětřesení a sopky po celé naší planetě.
To je závěr výzkumného týmu University College London, fyzioterapeuta Dario Alfe, který zde představil úterý (5. března) zde na březnovém zasedání americké fyzické společnosti. Ačkoli je nemožné přímo pozorovat kyslík v jádru Země - tisíce kilometrů horké horniny brání tomuto pohledu - Alfe a jeho spolupracovníci použili kombinaci seismologických dat, chemie a znalostí o dávné historii naší sluneční soustavy, aby vyvodili své závěry.
Hlavní důkaz, že se v železném jádru skrývá něco jako kyslík? Zemětřesení. Rachotění, které cítíme na povrchu, je výsledkem vln, které se pohybují po celé naší planetě. A chování těchto vln nabízí vodítka k obsahu Země - téměř jako ultrazvuk celé planety.
Když se vlny zemětřesení odrazí od jádra a zpět na povrch, jejich tvar naznačuje, že vnější jádro tekutého železa je výrazně méně husté než jádro pod tlakem z pevného železa uvnitř. A tento rozdíl hustoty ovlivňuje tvar zemětřesení a chování sopek na povrchu. Ale to není způsob, jak by se čisté železo mělo chovat, řekl Alfe Live Science po svém projevu.
"Pokud bylo jádrem čisté železo, měl by být hustotní kontrast mezi pevným vnitřním jádrem a kapalinou řádově 1,5 procenta," řekl. "Ale seismologie nám říká, že je to víc než 5 procent."
Jinými slovy, vnější jádro je méně husté, než by mělo být, což svědčí o tom, že v něm je smíchán nějaký neželezný prvek, takže je lehčí.
To vyvolává otázku: Proč by měl být lehčí prvek smíchán s vnějším jádrem, ale nikoli s pevným vnitřním jádrem?
Když jsou atomy v kapalném stavu, protékají volně kolem sebe, což umožňuje soužití různých prvků, a to i v extrémním prostředí vnitřní Země, řekl Alfe. Ale jak extrémní tlaky tlačí vnitřní jádro do pevného stavu, atomy tam vytvářejí pevnější mřížku chemických vazeb. A tato přísnější struktura nezajišťuje tak snadno cizí prvky. Když se vytvořilo pevné jádro, mělo by do svého kapalného prostředí mít plevelné atomy kyslíku a další nečistoty, jako je zubní pasta střílející z vytlačené zkumavky.
„Vidíte podobný efekt v ledovcích,“ řekl.
Když slaná voda v oceánu zamrzne, vypudí své nečistoty. Ledovce tak končí jako kusy pevné sladké vody plovoucí nad oceánem bohatým na sodík.
Neexistuje žádný přímý důkaz, že lehčím prvkem v tekutém jádru je kyslík, řekl Alfe. Naše planeta se ale vytvořila z oblaků prachu rané sluneční soustavy a víme, jaké prvky tam byly.
Výzkumný tým vyloučil další prvky, jako je křemík, které by mohly být teoreticky přítomny v jádru na základě složení tohoto mraku, ale nevysvětlují pozorovaný účinek. Kyslík byl ponechán jako nejpravděpodobnější kandidát, řekl.
Dále se zdá, že hladiny kyslíku teoreticky přítomné v jádru jsou nižší než to, co by chemie předpokládala na základě obsahu kyslíku v plášti. To naznačuje, že více kyslíku je pravděpodobně chemicky čerpáno do vnějšího jádra ještě dnes z kyslíkově bohatého pláště, které ho obklopuje.
Na otázku, jak vypadá kyslík v jádru, Alfe řekl, že si nepředstavuje bubliny nebo dokonce rez, který se vytváří, když se železo váže přímo na kyslík. Místo toho, za těchto teplot a tlaků, by atomy kyslíku volně plavaly mezi atomy železa, čímž by vytvářely vzestupné shluky tekutého železa.
"Pokud vezmete balík kapaliny, který má 90 atomů železa a 10 atomů kyslíku, bude tento balík méně hustý než balíček čistého železa," a tak se vznáší, řekl Alfe.
Aby Alfa potvrdil tyto výsledky, řekl, že se těší na výsledky úsilí o měření neutrin, které se tvoří na naší planetě a vyzařuje směrem k povrchu. Zatímco „geoneutrina“ jsou velmi vzácná, řekl, mohou nabídnout spoustu informací o tom, co se konkrétně na planetě děje, když se objeví.
Ale bez jakéhokoli způsobu přímého přístupu k jádru budou fyzici vždy uvíznuti, aby mohli co nejlépe posoudit její složení z omezených sekundárních dat.
