БОСТОН - Огромните магматични океани на Земята, които се търкалят дълбоко под краката ни, сякаш изпомпват кислород в течното ядро на планетата. И този кислород оформя земетресения и вулкани по цялата ни планета.
Това е заключението на орган на изследователския университетски колеж от Лондон Дарио Алфе, представен във вторник (5 март) тук, на мартната среща на Американското физическо общество. Въпреки че е невъзможно да наблюдаваме кислорода в земното ядро директно - хиляди километри гореща скала възпрепятстват този възглед - Алфе и неговите сътрудници използваха комбинация от сеизмологични данни, химия и знания за древната история на нашата слънчева система, за да направят своите заключения.
Основният малко доказателство, че нещо като кислород се крие в желязната сърцевина? Земетресения. Бученето, което усещаме на повърхността, е резултат от вълни, които се движат по цялата ни планета. И поведението на тези вълни предлага улики за съдържанието на Земята - почти като ултразвук на цялата планета.
Когато земетръсните вълни отскачат от ядрото и обратно към повърхността, формата им показва, че външната сърцевина на течното желязо е значително по-плътна от ядрото от твърдо желязо под налягане. И тази разлика в плътността влияе върху формата на земетресенията и поведението на вулкани на повърхността. Но не така трябва да се държи чистото желязо, каза Алфе пред Live Science след разговора си.
"Ако сърцевината беше чисто желязо, контрастът на плътността между твърдата вътрешна сърцевина и течността трябва да бъде от порядъка на 1,5 процента", каза той. „Но сеизмологията ни казва, че е по-скоро като 5 процента“.
С други думи, външната сърцевина е по-малко плътна, отколкото трябва да бъде, което предполага, че има смесен някакъв нежелязен елемент, което го прави по-лек.
Това повдига въпроса: Защо по-лекият елемент би бил смесен с външната сърцевина, но не и с плътното вътрешно ядро?
Когато атомите са в течно състояние, те преминават свободно един през друг, което прави възможно съвместно съществуване на смес от различни елементи, дори в екстремната среда на вътрешната Земя, каза Алфе. Но тъй като екстремните налягания принуждават вътрешното ядро към твърдо състояние, атомите там образуват по-твърда решетка от химически връзки. И тази по-строга структура не побира чужди елементи толкова лесно. Тъй като се образува твърдото ядро, то би изплюло кислородни атоми и други примеси в течната си среда като паста за зъби, изстреляна от изстискана тръба.
"Виждате подобен ефект в айсбергите", каза той.
Когато солената вода в океана замръзне, тя изхвърля примесите. Така айсбергите се оказват като парчета твърда сладководна вода, плаващи над богатия на натрий океан.
Няма директни доказателства, че по-лекият елемент в течната сърцевина е кислородът, каза Алфе. Но нашата планета се е образувала от прашните облаци на ранната Слънчева система и ние знаем какви елементи са присъствали там.
Изследователският екип изключи други елементи, като силиций, които теоретично могат да присъстват в сърцевината въз основа на състава на този облак, но не обясняват наблюдавания ефект. Кислородът беше оставен като най-вероятният кандидат, каза той.
Освен това нивата на кислород, теоретично присъстващи в ядрото, изглеждат по-ниски от тези, които биха предвидили химията въз основа на съдържанието на кислород в мантията. Това предполага, че повече кислород вероятно химически се изпомпва във външното ядро дори от по-богатата на кислород мантия, която го заобикаля.
Попитан как изглежда кислородът в сърцевината, Алфе каза да не си представя мехурчета или дори ръждата, която се образува, когато желязото се свързва директно с кислорода. Вместо това, при тези температури и налягания, кислородните атоми щяха да плават свободно сред атомите на желязото, създавайки плаващи буци течно желязо.
"Ако вземете пакет с течност, който има 90 железни атома и 10 кислородни атома, този колет ще бъде по-малко плътен от колет от чисто желязо" и така ще плава, каза Алфе.
За да потвърди тези резултати, Алфе заяви, че очаква с нетърпение резултатите от усилията за измерване на неутрино, образувани на нашата планета и излъчващи се към повърхността. Въпреки че "geoneutrinos" са много редки, той каза, че те могат да предложат много информация за това какво конкретно се случва на планетата, когато се появят.
Но без какъвто и да е начин за пряк достъп до ядрото, физиците винаги ще останат да правят най-добрите си възможни преценки за състава му от ограничени, вторични данни.
