Meie planeedi peksmis süda on jäänud saladuseks teadlastele, kes otsivad, kuidas Maa kujunes ja mis selle loomisse läks. Kuid hiljutine uuring suutis taastada Maa keskosas leiduvatele inimestele läheneva intensiivse rõhu, andes teadlastele ülevaate meie planeedi algusaegadest ja isegi sellest, milline tuum võib praegu välja näha.
Nad teatasid oma järeldustest ajakirja Science hiljutises numbris. "Kui me selgitame välja, millised elemendid on tuumas, saame paremini aru tingimustest, milles Maa moodustus, mis annab meile teada päikesesüsteemi varasest ajaloost, " ütles Carnegie teaduse instituudi geokeemik Anat Shahar. Washingtonis, DC. See võib teadlastele anda ka ülevaate sellest, kuidas tekkisid teised kivised planeedid nii meie enda päikesesüsteemis kui ka kaugemal.
Maa moodustas umbes 4, 6 miljardit aastat tagasi lugematute kokkupõrgete kaudu kiviste kehade vahel, mille suurus ulatus Marsi suurustest objektidest asteroidideni. Varase Maa kasvades suurenesid ka selle siserõhk ja temperatuur.
Sellel oli mõju sellele, kuidas raud - mis moodustab suurema osa Maa tuumast - vastas keemiliselt kergemate elementidega nagu vesinik, hapnik ja süsinik, kuna vahevööst eraldus raskem metall ja vajus planeedi sisemusse. Vahevöö on kiht otse maapõue all ja sula kivimi liikumine läbi selle piirkonna juhib plaaditektoonikat.
Teadlased on juba ammu teadvustanud, et muutuvad temperatuurid võivad mõjutada seda, mil määral mingi elemendi nagu raud versioon või isotoop muutub südamiku osaks. Seda protsessi nimetatakse isotoopide fraktsioneerimiseks.
Enne seda ei peetud aga survet seda protsessi mõjutavaks kriitiliseks muutujaks. "60ndatel ja 70ndatel tehti katseid nende rõhu mõjude leidmiseks ja ühtegi neist ei leitud, " ütleb Shahar, kes kuulub Deep Carbon Observatory programmi. "Nüüd me teame, et surve, mida nad katsetasid - umbes kaks gigapaskalit (GPa) - polnud piisavalt kõrge."
Teise meeskonna 2009. aasta paberdokument vihjas, et surve võis mõjutada elemente, mis tegid selle meie planeedi tuumaks. Nii otsustasid Shahar ja tema meeskond selle mõjusid uuesti uurida, kuid kasutades seadmeid, mis võivad saavutada rõhku kuni 40 GPa - palju lähemal 60 GPa-le, mis teadlaste arvates oli Maa varajase tuuma moodustumise ajal keskmine.
USA energeetikaministeeriumi täpsema footonite allika, mis on Illinoisi Argonne'i riikliku laboratooriumi teaduse büroo kasutajaruumis, tehtud katsetes asetas meeskond kahe teemandi punktide vahele väikseid vesiniku, süsiniku või hapnikuga segatud rauaproove. Seejärel pigistati selle “rombikujulise alaselli” küljed kokku, et tekitada tohutut survet.
Pärast seda pommitati muundatud rauaproove suure võimsusega röntgenkiirtega. "Rauafaaside vibratsiooniliste omaduste tuvastamiseks kasutame röntgenikiirgust, " ütles Shahar. Erinevad vibratsioonisagedused ütlesid talle, millised rauavariandid tal proovides olid.
Meeskond leidis, et äärmuslik rõhk mõjutab isotoopide fraktsioneerimist. Eelkõige avastas meeskond, et reaktsioonid raua ja vesiniku või süsiniku vahel - kaks elementi, mida loetakse tuumas esinevaks - oleks pidanud vahevöökivimites allkirja maha jätma. Kuid seda allkirja pole kunagi leitud.
"Seetõttu ei arva me, et vesinik ja süsinik on tuuma peamised kerged elemendid, " sõnas Shahar.
Seevastu raua ja hapniku kombinatsioon ei oleks rühma katsete kohaselt vahevöösse jälge jätnud. Seega on endiselt võimalik, et hapnik võiks olla üks kergemaid elemente Maa tuumas.
Leiud kinnitavad hüpoteesi, et hapnik ja räni moodustavad suurema osa Maa tuumas lahustunud valguselementidest, ütles Californias Pasadena linnas Caltechi geofüüsik Joseph O'Rourke, kes uuringuga ei tegelenud.
"Hapnikku ja räni on vahevöös tohutult palju ning me teame, et nad lahustuvad rauaga kõrgel temperatuuril ja rõhul, " räägib O'Rourke. "Kuna hapniku ja räni sisenemine tuuma on põhimõtteliselt tagatud, pole teiste kandidaatide jaoks, nagu vesinik ja süsinik, palju ruumi."
Shahar ütles, et tema meeskond plaanib korrata oma katset räni ja väävliga, tuuma teiste võimalike koostisosadega. Nüüd, kui nad on näidanud, et rõhk võib fraktsioneerimist mõjutada, kavatseb rühm vaadelda ka rõhu ja temperatuuri mõjusid koos, mis nende hinnangul annavad teistsuguseid tulemusi kui kumbki üksi. „Kõik meie katsed tehti tahke raua proovidega toatemperatuuril. Kuid tuuma moodustamise ajal sulas kõik, ”sõnas Shahar.
Selliste katsete tulemused võivad olla olulised eksoplaneetide või meie päikesesüsteemist kaugemate planeetide osas, väidavad teadlased. "Kuna eksoplaneetide puhul näete ainult nende pindu või atmosfääri, " ütles Shahar. Kuid kuidas mõjutavad nende interjöörid pinnal toimuvat, küsis ta. "Vastus neile küsimustele mõjutab seda, kas planeedil on elu või mitte."
Lisateavet selle uurimistöö ja muu kohta leiate Deep Carboni vaatluskeskusest.
Toimetaja märkus, 5. mai 2016: see lugu paigutas algselt katsete saidi Washingtonis, DC-s. Need viidi läbi Illinoisi laboris.
