BOSTON - Maa suured magma ookeanid, mis sirguvad sügaval meie jalgade all, näivad pumbavat hapnikku planeedi vedelasse südamikku. Ja see hapnik kujundab maavärinaid ja vulkaane kogu meie planeedil.
Selle järeldusega esitas Londoni ülikooli kolledži füüsik Dario Alfe teisipäeval (5. märtsil) Ameerika füüsikaühingu märtsikuisel kohtumisel. Ehkki hapnikku Maa tuumas otse jälgida pole võimatu - tuhandeid miile kuumast kivimist takistab seda vaadet - kasutasid Alfe ja tema kaastöötajad seismoloogiliste andmete, keemia ja teadmiste kombinatsiooni meie päikesesüsteemi iidse ajaloo kohta, et oma järeldusi teha.
Peamised tõendid selle kohta, et rauasisalduses on peidus midagi hapniku taolist? Maavärinad. Murdused, mida me pinnal tunneme, on kogu meie planeedi ulatuses liikuvate lainete tagajärg. Ja nende lainete käitumine pakub Maa sisule vihjeid - peaaegu nagu kogu planeedi ultraheli.
Kui maavärinalained põrkavad südamiku juurest tagasi pinnale, näitab nende kuju, et vedel raua välimine südamik on oluliselt vähem tihe kui survestatud tahke rauasisüdamik selle sees. Ja see tiheduse erinevus mõjutab maavärinate kuju ja vulkaanide käitumist pinnal. Kuid puhas raud ei peaks nii käituma, rääkis Alfe pärast oma juttu ajakirjale Live Science.
"Kui tuum oli puhas raud, peaks tahke sisemise südamiku ja vedeliku tiheduse kontrast olema suurusjärgus 1,5 protsenti," ütles ta. "Kuid seismoloogia ütleb meile, et see on rohkem kui 5 protsenti."
Teisisõnu - välimine südamik on vähem tihe kui peaks olema, mis viitab sellele, et sinna on segatud mõni mitteraudne element, mis muudab selle kergemaks.
Seetõttu tõstatub küsimus: miks peaks tulemasin olema segatud välimise südamikuga, kuid mitte tahke sisemise südamikuga?
Kui aatomid on vedelas olekus, voolavad nad vabalt üksteisest mööda, võimaldades erinevate elementide segul eksisteerida isegi Maa sisekeskkonna äärmuslikus keskkonnas, ütles Alfe. Kuid kuna äärmuslikud rõhud sunnivad sisemise tuuma tahkesse olekusse, moodustavad sealsed aatomid keemiliste sidemete jäigema võre. Ja see rangem struktuur ei sobi võõraste elementidega nii lihtsalt. Tahke südamiku moodustumisel oleks selle vedelasse keskkonda pritsinud hapnikuaatomeid ja muid lisandeid, näiteks pigistatud torust välja tulistav hambapasta.
"Sarnast mõju näete jäämägedes," ütles ta.
Kui soolane vesi ookeanis külmub, väljub see selle lisanditest. Nii satuvad jäämäed tahke magevee tükkideks, mis hõljuvad naatriumirikka ookeani kohal.
Puuduvad otsesed tõendid selle kohta, et vedelas tuumas oleks kergem element hapnik, ütles Alfe. Kuid meie planeet moodustus varase Päikesesüsteemi tolmupilvedest ja me teame, millised elemendid seal esinesid.
Uurimisrühm välistas muid elemente, näiteks räni, mis tuumas võivad teoreetiliselt esineda, lähtudes selle pilve meigist, kuid ei selgita täheldatud mõju. Hapnik jäeti kõige tõenäolisemaks kandidaadiks, ütles ta.
Lisaks näivad tuumas teoreetiliselt esinevad hapniku tasemed madalamad kui see, mida keemia vahevöö hapnikusisalduse põhjal ennustaks. See viitab sellele, et tõenäoliselt hakatakse rohkem hapnikku keemiliselt välimisse südamikku suruma ka seda ümbritsevast hapnikurikkamast vahevööst.
Küsimusele, kuidas tuumas olev hapnik välja näeb, ütles Alfe, et ei kujuta ette mullide tekkimist ega isegi roostet, mis tekib siis, kui raud seob otse hapnikku. Sellel temperatuuril ja rõhul hõljuksid hapnikuaatomid vabalt rauaaatomite vahel, tekitades vedela raua hõõguvaid tükke.
"Kui võtate pakki vedelikku, milles on 90 raua- ja 10 hapnikuaatomit, on see pakk vähem tihe kui puhta raua pakk", ja nii see hõljub, ütles Alfe.
Nende tulemuste kinnitamiseks ütles Alfe, et ootab huviga meie planeedil moodustunud ja pinna poole kiirgavate neutriinode mõõtmiseks tehtud jõupingutusi. Ehkki "geoneutrinosid" on väga harva, võivad nad pakkuda palju teavet selle kohta, mis konkreetselt planeedil toimub, kui nad üles ilmuvad.
Kuid ilma tuumale otsese juurdepääsuta on füüsikud alati ummikus, tuginedes piiratud ja sekundaarsetest andmetest selle parimate võimalike otsuste tegemiseks.
