Żelazo może „wyciekać” z płynnego jądra Ziemi – twierdzą naukowcy, którzy analizowali zachowanie tego pierwiastka wewnątrz naszej planety.
Granica pomiędzy jądrem zewnętrznym płynnym a płaszczem skalnym znajduje się około 2900 km pod powierzchnią Ziemi. Na przejściu pomiędzy tymi warstwami temperatura spada o ponad tysiąc stopni.
Nowe badanie sugeruje, że cięższe izotopy żelaza migrują w kierunku niższych temperatur, czyli również do płaszcza, podczas gdy te lżejsze krążą z powrotem w dół do jądra. Dzieje się tak dlatego, że izotopy tego samego pierwiastka mają różną liczbę neutronów, co daje im nieco inną masę atomową. Ten efekt może spowodować, że materia jądra będzie przenikać do płaszcza dolnego, który w rezultacie zostanie nasycony ciężkimi izotopami żelaza.
– Jeżeli wyniki są poprawne, będziemy w stanie lepiej zrozumieć interakcje zachodzące pomiędzy płaszczem a jądrem – powiedział prof. Charles Lesher, pierwszy autor, profesor emeritus UC Davis w dziedzinie geologii i profesor w dziedzinie petrologii systemów Ziemi na Uniwersytecie Aarhus w Danii.
Prof. Lesher dodał, że zrozumienie procesów fizycznych zachodzących na granicy jądra Ziemi i jej płaszcza jest ważne dla interpretacji obrazów sejsmicznych płaszcza dolnego, jak również modelowania zakresu transferu chemicznego i termicznego pomiędzy wnętrzem a powierzchnią naszej planety.
Przeprowadzono eksperymenty, w których dokonano symulacji warunków przejścia pomiędzy płaszczem dolnym a jądrem górnym, aby sprawdzić poruszanie się izotopów żelaza między obszarami o różnych temperaturach.
Jak dodaje prof. Lesher, dzięki otrzymanym rezultatom można wyjaśnić, dlaczego w skałach płaszcza jest więcej ciężkich izotopów żelaza niż w kamiennych meteorytach z grupy chondrytów (materia pierwotna będą pozostałością po czasach formowania się Układu Słonecznego).
– Jeśli okaże się, że to prawda, wyniki sugerują, że żelazo przecieka z jądra Ziemi do jej płaszcza już od miliardów lat – powiedział prof. Lesher.
Symulacje komputerowe przeprowadzone przez zespół badawczy pokazują, że ta materia może nawet dotrzeć na powierzchnię – zmieszana ze wznoszącym się, gorącym pióropuszem płaszcza i transportowana przez niego. Niektóre lawy wydobywające się w miejscach gorących plam, położonych pod oceanami, takich jak Samoa i Hawaje, są nasycone ciężkimi izotopami żelaza. Sugeruje się, że właśnie to może być oznaką nieszczelnego jądra Ziemi.
Artykuł opisujący całe badanie opublikowano 6 kwietnia 2020 r. w czasopiśmie Nature Geoscience.
Badania zostały sfinansowane przez amerykańską agencję rządową National Science Foundation, program Niels Bohr Professorship w dziedzinie nauki o Ziemi ufundowany przez duńską fundację Danish National Research Foundation oraz kanadyjską agencję rządową The Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.
[elementor-template id=”82365″]
Źródło: „Iron isotope fractionation at the core–mantle boundary by thermodiffusion” (Nature Geoscience)
Grafika: Struktura wnętrza Ziemi (elementy dostarczone przez NASA); © Vadimsadovski / Adobe Stock