Ядрото на Земята „тече“, геолозите не знаят защо

Ядрото на Земята не е самотник – то е обхванато от други пластове. Това показва ново проучване, което открива, че най-вътрешната част на планетата изпуска част от съдържанието си в мантийни струи, някои от които в крайна сметка достигат земната повърхност.

Това откритие дава отговор на въпрос, който се търси от десетилетия: дали ядрото и мантията на Земята обменят някакъв материал.
„Нашите открития предполагат, че някаква материя от ядрото се прехвърля в основата на тези мантийни струи, а ядрото изпуска този материал през последните 2,5 милиарда години“, пишат изследователите в The Conversation.

Откритието стана възможно като се използва анализ на метала волфрам (W), 74-я елемент на периодичната таблица. Волфрамът се определя като сидерофил, или „обичащ желязо“. Затова не е изненадващо, че в ядрото на Земята се крие много волфрам, който е съставен предимно от желязо и никел.

Основна характеристика на волфрама е това, че има няколко изотопа (елементи с различен брой неутрони в ядрата си), включително W-182 (със 108 неутрона) и W-184 (със 110 неутрона). Изготвяйки своето изследване, изследователите разбират, че тези изотопи могат да им помогнат да решат въпроса, какво изтича от ядрото на Земята.

Друг елемент, хафний (Hf), е определен като литофилен, което означава, че обича скалите и може да се намери в богатата на силикат мантия на Земята. С полуживот от 8,9 милиона години, радиоактивният изотоп на хафний Hf-182 се разпада в W-182. Това означава, че мантията трябва да има повече W-182, отколкото ядрото, обясняват учените.

Следователно, химичният обмен между ядрото и източника на мантийните струи може да се установи в съотношението между 182W и 184W на океанските островни базалти, които идват от струите в мантията, обясняват изследователите.

Тази разлика би била невероятно малка: очаква се съставът на волфрам-182 в мантията и ядрото да се различава само с около 200 части на един милион (ppm). „По-малко от пет лаборатории в света могат да направят този вид анализ и да отчетат разликата,“ пишат изследователите в The Conversation.

Освен това, не е лесно да се изследва ядрото, защото то започва на дълбочина от около 2 900 км под повърхността. За да се постави това в перспектива, най-дълбоката дупка, която някога са изкопали хора, е свръх дълбоката сонда в Кола, Русия, която е с дълбочина около 12,3 км.

Учените изследвали след тава скали, които се издигат на повърхността на Земята от дълбоката мантия в Пилбара Кратон в Западна Австралия, както и на остров Реюнион и Архипелаг Кергелен в Индийския океан.

Количеството на волфрам в тези скали разкрива теч от ядрото. По време на живота на Земята е имало голяма промяна в съотношението W-182/W-184 в мантията на Земята, установяват изследователите. Странно, но най-старите скали на Земята имат по-високо съотношение W-182/W-184, отколкото повечето съвременни скали.
„Промяната в съотношението 182W / 184W в мантията показва, че волфрамът от ядрото изтича в мантията от дълго време“, пишат изследователите в The Conversation. 

Земята е на около 4,5 милиарда години. Оказва се обаче, че най-старите мантийни скали на планетата нямат значителни промени в изотопите на волфрам. Това предполага, че от 4,3 милиарда до 2,7 милиарда години, е имало малък или никакъв обмен на материал от ядрото към горната мантия, казват учените.

През последните около 2 милиарда години обаче, съставът на волфрамови изотопи в мантията се е променил значително. Защо се е случило това? Ако струите от мантията се издигат от границата между ядрото и мантията, обратно, материал от земната повърхност се спуска в дълбоката мантия, обясняват изследователите. Този повърхностен материал носи кислород в себе си, елемент, който може да повлияе на волфрама, казват изследователите.

„Субдукцията, или частиците скали от земната повърхност, които се спускат в мантията, отнема богатия на кислород материал от повърхността в дълбоката мантия като неразделна част от тектониката на плочите“, пишат изследователите в The Conversation. „Експериментите показват, че увеличаването на концентрацията на кислород в границата между ядрото и мантията може да доведе до отделяне на волфрама от ядрото и мантията.“

Или, може би, тъй като вътрешното ядро се е втвърдило след като Земята се е образувала, концентрацията на кислород във външното ядро се увеличава, казват изследователите.

„В този случай нашите нови резултати биха могли да ни кажат нещо за еволюцията на ядрото, включително за произхода на магнитното поле на Земята“, пишат учените в изданието The Conversation.