Αποκρυπτογραφήθηκε η ύλη στον πυρήνα της Γης.
Επιστήμονες ανακάλυψαν μια νέα κατάσταση της ύλης που θα μπορούσε να εξηγήσει μερικές από τις πιο μυστηριώδεις ιδιότητες του πλανήτη μας. Μια νέα μελέτη διαπίστωσε ότι ο εσώτατος πυρήνας της Γης δεν είναι ένα συμβατικό στερεό, αλλά βρίσκεται σε μια λεγόμενη υπεριοντική κατάσταση.
Σε αυτή την παράξενη κατάσταση της ύλης, τα άτομα άνθρακα μπορούν να ρέουν ελεύθερα σαν υγρό μέσα σε ένα στερεό πλέγμα σιδήρου. Αυτό επιτρέπει στον εσωτερικό πυρήνα της Γης να συμπεριφέρεται σαν ένα πολύ πυκνό στερεό, ενώ ταυτόχρονα παραμένει εύπλαστος όπως το λιωμένο μέταλλο.
Σύμφωνα με μια ομάδα Κινέζων ερευνητών αυτή η εικόνα ταιριάζει με την παράξενη συμπεριφορά του εσωτερικού πυρήνα που προβληματίζει τους επιστήμονες εδώ και χρόνια. Παράλληλα, η ροή αυτών των υγρόμορφων στοιχείων στον πυρήνα θα μπορούσε να παίζει βασικό ρόλο στη διατήρηση των μαγνητικών πεδίων της Γης.
Η συν συγγραφέας Δρ. Γιουτσιάν Χουάνγκ από το Πανεπιστήμιο Σιτσουάν αναφέρει ότι η ατομική διάχυση μέσα στον εσωτερικό πυρήνα αποτελεί μια πηγή ενέργειας για το γεωδυναμό που μέχρι σήμερα είχε παραβλεφθεί. Εκτός από τη θερμότητα και τη μεταφορά σύστασης, η ρευστή κίνηση των ελαφρών στοιχείων μπορεί να βοηθά στην τροφοδότηση της μαγνητικής μηχανής της Γης.
Το κέντρο του πλανήτη μας
Η σφαίρα κράματος σιδήρου μάζας 102 πεντάκις εκατομμυρίων τόνων που αποτελεί τον εσώτατο πυρήνα του πλανήτη μας είναι ένα από τα πιο ακραία περιβάλλοντα στο ηλιακό σύστημα. Σε βάθος μεγαλύτερο από πέντε χιλιάδες χλμ. κάτω από την επιφάνεια ο πυρήνας συνθλίβεται από πιέσεις άνω των 3,3 εκατομμυρίων ατμοσφαιρών και θερμαίνεται σε θερμοκρασίες κοντά σε εκείνες της επιφάνειας του Ήλιου. Ωστόσο, τα βαθύτερα στρώματα της Γης παρουσιάζουν και παράξενες, αντιφατικές συμπεριφορές.
Παρότι έρευνες δείχνουν ότι ο πυρήνας είναι στερεός σε άλλες περιπτώσεις συμπεριφέρεται σαν να ήταν ένα μαλακωμένο μέταλλο. Τα σεισμικά κύματα που περνούν από τον εσωτερικό πυρήνα επιβραδύνονται, όπως ο ήχος μέσα στο νερό, και παρουσιάζει επίπεδο ευπλαστότητας πιο κοντά στο βούτυρο παρά στο ατσάλι. Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και χρόνια να κατανοήσουν πώς αυτό το τμήμα του πλανήτη μπορεί να είναι ταυτόχρονα στερεό και εύκαμπτο. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι συνδυάζει τη συμπεριφορά στερεών και υγρών σε μία και μοναδική κατάσταση της ύλης.
Ο συν συγγραφέας καθηγητής Γιουτζούν Ζανγκ από το Πανεπιστήμιο Σιτσουάν εξηγεί ότι σε αυτή την κατάσταση τα άτομα άνθρακα γίνονται εξαιρετικά κινητικά και διαχέονται μέσα στο κρυσταλλικό πλαίσιο του σιδήρου σαν παιδιά που κινούνται ανάμεσα σε χορευτές, ενώ ο ίδιος ο σίδηρος παραμένει στερεός και τακτοποιημένος.
Σε μια υπεριοντική κατάσταση, τα άτομα άνθρακα μπορούν να ρέουν ελεύθερα σαν υγρό μέσα σε ένα πλέγμα σιδήρου. Αυτό καθιστά το υλικό σημαντικά πιο εύπλαστο, αλλά η κατάσταση αυτή εμφανίζεται μόνο υπό εξαιρετικά ακραίες συνθήκες.
Ο φλοιός είναι το βραχώδες εξωτερικό στρώμα όπου υπάρχει όλη η ζωή και έχει πάχος από 5 έως 30 χλμ.. Ο μανδύας είναι το μεγαλύτερο από τα στρώματα της Γης και αποτελείται από θερμά πετρώματα. Έχει πάχος περίπου 3 χιλιάδες χλμ. και αντιστοιχεί στο 84 τοις εκατό του όγκου του πλανήτη. Ο εξωτερικός πυρήνας έχει πάχος περίπου δύο χιλιάδες χλμ. και αποτελείται από ένα στρώμα υγρού νικελίου και σιδήρου που θερμαίνεται έως τους 5,500 βαθμούς Κελσίου. Ο εσωτερικός πυρήνας είναι μια καυτή και πυκνή σφαίρα σιδήρου περίπου στο μέγεθος της Σελήνης, όπου οι θερμοκρασίες φτάνουν τους 5,200 βαθμούς Κελσίου.
Αυτή η υπεριοντική κατάσταση θα μείωνε δραματικά την ακαμψία του εσωτερικού πυρήνα, ενώ θα παρέμενε στερεός. Το 2022 προσομοιώσεις υπολογιστών έδειξαν ότι ο εσωτερικός πυρήνας θα μπορούσε να εισέλθει σε αυτή τη φάση, όμως οι απαιτούμενες συνθήκες είναι τόσο ακραίες που ήταν εξαιρετικά δύσκολο να δοκιμαστούν πειραματικά.
Τα νέα ευρήματα
Στη νέα τους μελέτη οι ερευνητές υπέβαλαν δείγματα σιδήρου και άνθρακα σε ισχυρά κρουστικά κύματα ώστε να αναπαραστήσουν τις συνθήκες του εσωτερικού πυρήνα. Εκτόξευσαν το μέταλλο με ταχύτητα περίπου 25 χιλιάδων χλμ. την ώρα, δημιουργώντας πίεση 1,38 εκατομμυρίων ατμοσφαιρών και θερμοκρασίες κοντά στους 2,300 βαθμούς Κελσίου. Αναλύοντας τα κρουστικά κύματα που παρήχθησαν από αυτές τις προσκρούσεις, διαπίστωσαν ότι τα δείγματα έγιναν σημαντικά πιο εύπλαστα καθώς πλησίαζαν τις συνθήκες του εσωτερικού πυρήνα. Αυτό υποδηλώνει ότι είχαν εισέλθει σε υπεριοντική φάση και ότι το μέταλλο στον πυρήνα της Γης πιθανότατα βρίσκεται στην ίδια κατάσταση.
Τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο οι γεωλόγοι αντιλαμβάνονται τα βαθύτερα στρώματα του πλανήτη. Δεν θα βοηθούσαν μόνο στην εξήγηση του τρόπου με τον οποίο ο εσωτερικός πυρήνας επηρεάζει τα σεισμικά κύματα, αλλά και στην κατανόηση της εξέλιξης της Γης.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η υπεριοντική κατάσταση του εσωτερικού πυρήνα θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί τα βαθύτερα τμήματα της Γης συμπεριφέρονται σαν να είναι ταυτόχρονα στερεά και εύπλαστα. Οι ερευνητές θεωρούν επίσης ότι η κίνηση των ελαφρών στοιχείων μπορεί να βοηθά στη μεταφορά θερμότητας σε ολόκληρο τον πλανήτη και να παρέχει ενέργεια για τα μαγνητικά πεδία. Ο καθηγητής Ζανγκ δηλώνει ότι απομακρυνόμαστε από ένα στατικό και άκαμπτο μοντέλο του εσωτερικού πυρήνα και κινούμαστε προς ένα δυναμικό.
Στο μέλλον, αυτή η γνώση θα μπορούσε επίσης να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τα μαγνητικά πεδία και τις θερμοκρασιακές μεταβολές μακρινών εξωπλανητών. Ο καθηγητής Ζανγκ καταλήγει λέγοντας ότι η κατανόηση αυτής της κρυφής κατάστασης της ύλης μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην αποκάλυψη των μυστικών των εσωτερικών δομών πλανητών παρόμοιων με τη Γη.
