Budowa wnętrza Ziemi jest w wielu kwestiach dla nas zagadką. Zwłaszcza jeśli mowa o granicy pomiędzy stałym płaszczem ziemskim i ciekłym jądrem zewnętrznym. Jak może wyglądać ten obszar w środku planetu, gdzie styka się ciekła i stała materia charakteryzująca się niesłychanie wysoką temperaturą?
Czytaj też: Co 10 000 lat dochodzi na Ziemi do katastrofy. Megapola lawowe odkryte na morskim dnie
Ostatnie lata badań wykazały, że granica płaszcz-jądro jest miejscem, w którym mamy do czynienia z nową, lub dopiero tworzącą się, warstwą. Analizy rozchodzenia się fal sejsmicznych wykazywały, że w tym miejscu maleje ich prędkość. Powinno to łączyć się ze zmiana stężenia pierwiastków i wymianą chemiczną pomiędzy płaszczem i metalicznym jądrem.
Omawianemu obszarowi na głębokości około 2700 kilometrów pod powierzchnią Ziemi przypisano nazwę „warstwy E”. Zajmuje ona dokładnie wierzchnią część jądra i jest miąższa na kilkadziesiąt lub kilkaset kilometrów, ale w jaki sposób powstała (lub nadal powstaje)? Na to pytanie spróbował odpowiedzieć międzynarodowy zespół naukowców.
We wnętrzu Ziemi przez miliony lat tworzy się nowa warstwa. Potrzebuje ona dużo wody
Badacze z Uniwersytetu Stanowego Arizony, Yonsei University w Korei Południowej, Uniwersytetu w Chicago i niemieckiego synchrotronu w Hamburgu opublikowali w Nature Geoscience własną propozycję wizji tego, co się dzieje głęboko pod powierzchnią.
Czytaj też: Gigantyczna anomalia we wnętrzu Ziemi. To szczątki obcego obiektu kosmicznego
Uważają oni, że woda zawarta w niektórych minerałach wskutek subdukcji jest pogrążana na ekstremalnie duże głębokości. Wówczas reaguje ona w kontakcie z gorącym, ciekłym jądrem składającym się ze stopy żelaza i niklu. Warunków panujących 2700 kilometrów pod naszymi nogami nie napotkamy nigdzie w środowisku naturalnym. Musimy je zasymulować.
W tym celu naukowcy wykorzystali kowadło diamentowe, które podgrzewali laserem. Materiały tam ściskane doświadczały warunków wysokiego ciśnienia i temperatury – podobnych, jakie panują na granicy płaszcz-jądro. Okazało się, że w tak ekstremalnej sytuacji dochodzi do powstania SiO2 i FeHx. Tlenek krzemu może być wówczas „pochłaniany” przez płaszcz i „zabierany” z miejsca. Wodorki żelaza natomiast pozostawałyby w górnej warstwie jądra zewnętrznego.
Czytaj też: Jądro Ziemi przecieka. W Ameryce odkryto niewiarygodnie wysokie stężenie konkretnego składnika
Jeden z badaczy, Sang-Heon Shim z Uniwersytetu Stanowego Arizony, cytowany w komunikacie uczelni przyznaje, że przez lata uważano, że wymiana materialna pomiędzy jądrem a płaszczem Ziemi jest niewielka: „Jednak nasze ostatnie eksperymenty wysokociśnieniowe ujawniają inną historię. Odkryliśmy, że gdy woda dociera do granicy płaszcz-jądro, reaguje z krzemem z jądra, tworząc krzemionkę.”
Eksperymenty potwierdzają prawdopodobieństwo wystąpienia takich procesów na dużych głębokościach. Wskutek nich dochodzi do wzbogacenia warstwy E w lekki wodór, ale zubożenia w nieco cięższy krzem. Obszar o takim składzie wówczas cechowałby się niższą gęstością i mniejszą prędkością rozchodzenia się fal sejsmicznych. Drugą właściwość potwierdzają konkretne dane sejsmiczne.
Jedna jaskółka wiosny nie czyni. Te badania to dopiero dobry początek dla dalszych eksploracji
To, co jest bardzo ważne w przypadku tych badań, to ich hipotetyczność. Jeden artykuł naukowy nie wywraca jeszcze wszystkiego do góry nogami. Na pewno mamy w nim solidny dowód poparty empirycznymi symulacjami mówiący o tym, że pomiędzy płaszczem Ziemi a jądrem zewnętrznym dochodzi do wymiany pierwiastków. Być może istotną rolę w tym procesie pełni woda.
Czytaj też: Ziemia ma przed nami coraz mniej tajemnic. Najnowsze poznaliśmy dzięki diamentom
Naukowy tłumaczą przy tym, że „wyciek” wody do dolnych obszarów płaszcza i ogół reakcji nie zachodzi szybko. Warto sobie uwrażliwić, że procesy geologiczne zachodzą w kompletnie innej skali czasowej niż życie człowieka. Chociażby sama subdukcja, czyli zanurzanie się jednej płyty tektonicznej pod drugą, i dostawanie się minerałów uwodnionych (np. tych z grupy serpentynitu) na głębokość 2700 kilometrów może trwać wiele milionów lat. Niemal pewne jest, że ta woda, która reaguje teraz daleko pod naszymi stopami, nie jest taka sama jaką teraz możemy zobaczyć w oceanach, morzach i rzekach.