Пламтящото ядро на Земята не е самотно - то е било хванато да се смесва с други, подземни пластове. Това е според ново проучване, което установи, че най-вътрешната част на планетата изпуска част от съдържанието си в мантийни струи, някои от които в крайна сметка достигат до земната повърхност.
Това откритие помага да се уреди дебат, който бушува десетилетия: дали сърцевината и мантията обменят някакъв материал, казаха изследователите.
"Нашите открития показват, че някои основни материали се прехвърлят в основата на тези мантийни сливи и ядрото изтича този материал през последните 2,5 милиарда години", пишат изследователите в The Conversation, уебсайт, където учените пишат за своите изследвания за публично.
Откритието стана възможно благодарение на металния волфрам (W), елемент 74 на периодичната таблица. Ако волфрамът направи профил за запознанства, ще отбележи, че това е сидерофил или „железен любовник“. Така че не е изненада, че в ядрото на Земята виси много волфрам, който е направен предимно от желязо и никел.
В профила си волфрамът също така ще посочи, че има няколко изотопа (елемент с различен брой неутрони в ядрото си), включително W-182 (със 108 неутрона) и W-184 (със 110 неутрона). Докато разработваха своето проучване, изследователите разбраха, че тези изотопи могат да им помогнат да разрешат основния въпрос.
Друг елемент, хафний (Hf), е литофил, което означава, че обича скали и може да се намери в богатата на силикатите земна мантия. С период на полуразпад от 8,9 милиона години радиоактивният изотоп Hf-182 на хафний се разпада в W-182. Това означава, че мантията трябва да има повече W-182, отколкото ядрото, аргументират учените.
"Следователно химическият обмен между ядрото и източника на мантийни сливи може да се открие в съотношението 182W / 184W на океанските островни базалти", които идват от сливи в мантията, пишат изследователите в проучването.
Но тази разлика в волфрама би била невероятно малка: Съставът на волфрам-182 в мантията и сърцевината се очакваше да се различава само с около 200 части на милион (ppm). "По-малко от пет лаборатории в света могат да направят този тип анализ", пишат изследователите в The Conversation.
Освен това не е лесно да се изследва ядрото, защото то започва на дълбочина от около 1800 мили (2900 километра) под земята. За да направим това в перспектива, най-дълбоката дупка, която хората някога са изкопали, е свръхдълбоката сонда в Кола в Русия, която има дълбочина от около 7,6 мили (12,3 км).
И така, изследователите изучиха следващото най-добро нещо: скали, които изтичаха на земната повърхност от дълбоката мантия в кратона Пилбара в Западна Австралия, и горещите точки на остров Реюнион и архипелага Кергелен в Индийския океан.
Открит е теч
Количеството волфрам в тези скали разкри теч от сърцевината. През целия живот на Земята е имало голяма промяна в съотношението W-182 спрямо W-184 в мантията на Земята, откриха изследователите. Странно е, че най-старите скали на Земята имат по-високо съотношение W-182 спрямо W-184 в сравнение с повечето скали от съвременния период, откриха те.
"Промяната в съотношението 182W / 184W на мантията показва, че волфрамът от сърцевината е изтичал в мантията отдавна", пишат изследователите в The Conversation.
Земята е на около 4,5 милиарда години. Най-старите мантийни скали на планетата обаче не са имали значителни промени в изотопите на волфрама. Това предполага, че от 4,3 милиарда до 2,7 милиарда години преди да е имало малък или никакъв обмен на материал от ядрото до горната мантия, казват изследователите.
Но през последните 2,5 милиарда години съставът на волфрамовия изотоп в мантията се е променил съществено. Защо се случи това? Ако струите на мантията се издигат от границата на ядрото-мантията, тогава, вероятно, подобно на трион, материалът от земната повърхност се спуска в дълбоката мантия, казват изследователите. Този повърхностен материал има кислород в него, елемент, който може да повлияе на волфрам, казаха изследователите.
"Субдукцията, терминът, използван за скали от земната повърхност, спускащи се в мантията, отвежда богат на кислород материал от повърхността в дълбоката мантия като неразделен компонент на тектониката на плочите", пишат изследователите в The Conversation. "Експериментите показват, че увеличаването на концентрацията на кислород на границата на ядрото и мантията може да доведе до отделяне на волфрам от ядрото и в мантията."
Или може би, докато вътрешното ядро се втвърди след формирането на Земята, концентрацията на кислород във външното ядро се увеличи, казват изследователите. "В този случай нашите нови резултати биха могли да ни кажат нещо за еволюцията на ядрото, включително за произхода на магнитното поле на Земята", написаха те в The Conversation.
