Παρόλο που ο εσωτερικός πυρήνας είναι συμπαγής, συμπεριφέρεται σαν μαλακωμένο μέταλλο, επιβραδύνοντας τα σεισμικά κύματα διάτμησης και εμφανίζοντας έναν λόγο Poisson που μοιάζει περισσότερο με το βούτυρο παρά με τον χάλυβα
Κάτω από τον λιωμένο εξωτερικό πυρήνα της Γης βρίσκεται μια πυκνή κεντρική περιοχή -- ο εσωτερικός πυρήνας, μια συμπαγής σφαίρα φτιαγμένη από κράμα σιδήρου και ελαφρών στοιχείων που συμπιέζεται από περισσότερες από 3,3 εκατομμύρια ατμόσφαιρες και θερμαίνεται σε θερμοκρασίες συγκρίσιμες με την επιφάνεια του Ήλιου.
Ο πυρήνας σαν μαλακό μέταλλο
Για πολλά χρόνια, οι ερευνητές αγωνίζονται να εξηγήσουν την ασυνήθιστη συμπεριφορά του. Παρόλο που ο εσωτερικός πυρήνας είναι συμπαγής, συμπεριφέρεται σαν μαλακωμένο μέταλλο, επιβραδύνοντας τα σεισμικά κύματα διάτμησης και εμφανίζοντας έναν λόγο Poisson που μοιάζει περισσότερο με το βούτυρο παρά με τον χάλυβα. Αυτό το παράδοξο έθεσε ένα θεμελιώδες ερώτημα: πώς μπορεί το στερεό κέντρο του πλανήτη να φαίνεται σταθερό αλλά παράξενα εύκαμπτο;
Μια σημαντική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο National Science Review προσφέρει μια ισχυρή εξήγηση. Η ερευνητική ομάδα αναφέρει ότι ο εσωτερικός πυρήνας της Γης δεν συμπεριφέρεται σαν ένα συμβατικό στερεό -- αντίθετα, υπάρχει σε μια υπεριοντική κατάσταση στην οποία τα ελαφρά στοιχεία κινούνται μέσα από ένα σταθερό σιδερένιο πλαίσιο σαν να ήταν υγρά. Αυτό το εύρημα αναδιαμορφώνει την εικόνα μας για το βαθύτερο στρώμα του πλανήτη.
Η έρευνα, με επικεφαλής τους καθηγητές Youjun Zhang και Yuqian Huang του Πανεπιστημίου Sichuan, μαζί με τον καθηγητή Yu He από το Ινστιτούτο Γεωχημείας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, καταδεικνύει ότι τα κράματα σιδήρου-άνθρακα μετατοπίζονται σε μια υπεριοντική φάση υπό ακραίες συνθήκες του εσωτερικού πυρήνα. Σε αυτό το περιβάλλον, άτομα άνθρακα διαπερνούν το πλέγμα του σιδήρου με υψηλές ταχύτητες, μειώνοντας σημαντικά την ακαμψία του κράματος.
«Για πρώτη φορά, δείξαμε πειραματικά ότι το κράμα σιδήρου-άνθρακα υπό συνθήκες εσωτερικού πυρήνα παρουσιάζει μια αξιοσημείωτα χαμηλή ταχύτητα διάτμησης», δήλωσε ο καθηγητής Zhang. «Σε αυτήν την κατάσταση, τα άτομα άνθρακα γίνονται ιδιαίτερα κινητά, διαχέονται μέσω του κρυσταλλικού σκελετού σιδήρου σαν παιδιά που υφαίνονται μέσα σε έναν τετράγωνο χορό, ενώ ο ίδιος ο σίδηρος παραμένει συμπαγής και οργανωμένος. Αυτή η λεγόμενη «υπεριοντική φάση» μειώνει δραματικά την ακαμψία του κράματος».
Πειραματικά στοιχεία επιβεβαιώνουν προηγούμενες προβλέψεις
Αν και οι προσομοιώσεις υπολογιστών το 2022 υπέδειξαν ότι ο εσωτερικός πυρήνας μπορεί να πάρει αυτή την εξωτική μορφή, η επιβεβαίωσή της στο εργαστήριο είχε αποδειχθεί δύσκολη -- μέχρι τώρα. Χρησιμοποιώντας μια δυναμική πλατφόρμα συμπίεσης κραδασμών, οι ερευνητές ώθησαν δείγματα σιδήρου-άνθρακα σε ταχύτητα 7 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, επιτυγχάνοντας πιέσεις έως και 140 γιγαπασκάλ και θερμοκρασίες κοντά στους 2600 βαθμούς Κέλβιν, αναπαράγοντας πιστά το περιβάλλον που βρίσκεται στον εσωτερικό πυρήνα.
Συνδυάζοντας μετρήσεις ταχύτητας ήχου in situ με προηγμένες προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής, η ομάδα ανίχνευσε μια δραματική απώλεια ταχύτητας κύματος διάτμησης και μια απότομη αύξηση στον λόγο Poisson. Αυτά τα αποτελέσματα ευθυγραμμίζονται με τα απροσδόκητα ήπια σεισμικά χαρακτηριστικά που καταγράφηκαν στη Γη. Σε ατομικό επίπεδο, τα δεδομένα έδειξαν άτομα άνθρακα να κινούνται ελεύθερα μέσω της εύτακτης δομής του σιδήρου, αποδυναμώνοντάς την χωρίς να προκαλούν την κατάρρευση του πλέγματος.
Ένας Υπεριοντικός Πυρήνας που Διαμορφώνει τη Δυναμική της Γης
Το υπεριοντικό μοντέλο όχι μόνο λαμβάνει υπόψη μακροχρόνιες σεισμικές ανωμαλίες, αλλά και διευρύνει την κατανόησή μας για το πώς ο εσωτερικός πυρήνας συμβάλλει στις εσωτερικές διεργασίες της Γης. Η κίνηση των φωτεινών στοιχείων μπορεί να εξηγήσει τη σεισμική ανισοτροπία - τις κατευθυντικές διακυμάνσεις στις ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων - και θα μπορούσε επίσης να παίξει ρόλο στη διατήρηση του μαγνητικού πεδίου της Γης.
«Η ατομική διάχυση εντός του εσωτερικού πυρήνα αντιπροσωπεύει μια προηγουμένως παραβλεπόμενη πηγή ενέργειας για το γεωδυναμό», δήλωσε ο Δρ. Huang. «Εκτός από τη θερμότητα και τη συνθετική μεταφορά, η ρευστή κίνηση των ελαφρών στοιχείων μπορεί να βοηθήσει στην τροφοδοσία της μαγνητικής μηχανής της Γης».
Μια μετατόπιση στον τρόπο που οι επιστήμονες βλέπουν το κέντρο της Γης
Σύμφωνα με τον καθηγητή Zhang, αυτά τα ευρήματα αντιπροσωπεύουν μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες ερμηνεύουν τον εσωτερικό πυρήνα. «Απομακρυνόμαστε από ένα στατικό, άκαμπτο μοντέλο του εσωτερικού πυρήνα προς ένα δυναμικό», εξήγησε.
Οι επιπτώσεις εκτείνονται πέρα από τη Γη. Ο εντοπισμός μιας υπεριοντικής φάσης στον εσωτερικό πυρήνα θα μπορούσε επίσης να βελτιώσει την κατανόησή μας για τη μαγνητική και θερμική εξέλιξη σε άλλους βραχώδεις πλανήτες και εξωπλανήτες. Όπως σημειώνει ο Zhang, «Η κατανόηση αυτής της κρυφής κατάστασης της ύλης μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στο ξεκλείδωμα των μυστικών των εσωτερικών χώρων των πλανητών που μοιάζουν με τη Γη».
www.worldenergynews.gr
