BOSTON - Maan valtavat magma-valtameret, jotka kiertyvät syvällä jalkamme alla, näyttävät pumppaavan happea planeetan nestemäiseen ytimeen. Ja tuo happi muodostaa maanjäristyksiä ja tulivuoria kaikkialla planeetallamme.
Se on London University University College -fysiikan tutkijaryhmän päätelmä, joka esiteltiin tiistaina (5. maaliskuuta) täällä American Physical Society -yhtiön maaliskuun kokouksessa. Vaikka happea ei voida tarkkailla suoraan maan ytimessä - tuhansia kilometrejä kuumaa kalliolajia haittaa tätä näkemystä - Alfe ja hänen yhteistyökumppaninsa käyttivät johtopäätöksensä tekemiseen yhdistelmää seismologista tietoa, kemiaa ja tietoa aurinkokunnan antiikin historiasta.
Tärkein todiste siitä, että jotain happea on piilossa raudasydämessä? Maanjäristyksiä. Pinnalla tuntemamme rypistykset ovat seurausta aalloista, jotka liikkuvat koko planeetaltamme. Ja näiden aaltojen käyttäytyminen tarjoaa johtolankoja maan sisällölle - melkein kuin koko planeetan ultraääni.
Kun maanjäristyksen aallot pomppaavat ytimestä ja takaisin pintaan, niiden muoto osoittaa, että nestemäinen raudan ulkoydin on huomattavasti vähemmän tiheä kuin sen sisällä oleva paineistettu kiinteä rautaydin. Ja tämä tiheysero vaikuttaa maanjäristysten muotoon ja tulivuorten käyttäytymiseen pinnalla. Mutta niin ei puhtaan raudan pitäisi käyttäytyä, Alfe kertoi Live Sciencelle puhumisensa jälkeen.
"Jos ydin oli puhdasta rautaa, kiinteän sisäydimen ja nesteen tiheyden kontrastin tulisi olla luokkaa 1,5 prosenttia", hän sanoi. "Mutta seismologia kertoo meille, että se on enemmän kuin 5 prosenttia."
Toisin sanoen ulompi ydin on vähemmän tiheä kuin sen pitäisi olla, mikä viittaa siihen, että siihen on sekoitettu jotakin ei-rautaainesta, mikä tekee siitä kevyemmän.
Joten herättää kysymyksen: Miksi kevyempi elementti olisi sekoitettu ulompaan ytimeen, mutta ei kiinteään sisäosaan?
Kun atomit ovat nestemäisessä tilassa, ne virtaavat vapaasti toistensa ohitse, mikä mahdollistaa seoksen, että eri elementtejä voi esiintyä samanaikaisesti, jopa sisämaapallon äärimmäisessä ympäristössä, Alfe sanoi. Mutta kun äärimmäiset paineet pakottavat sisäisen ytimen kiinteään tilaan, siellä olevat atomit muodostavat jäykemmän kemiallisten sidosten hilan. Ja tiukempi rakenne ei sovi vieraisiin elementteihin yhtä helposti. Kiinteän ytimen muodostuessa siinä olisi roiskeita happiatomeja ja muita epäpuhtauksia nestemäiseen ympäristöönsä, kuten hammastahna ampui puristetusta putkesta.
"Näet samanlaisen vaikutuksen jäävuorilla", hän sanoi.
Kun meriveden suolavesi jäätyy, se poistaa epäpuhtaudet. Joten jäävuoret päätyvät kiinteän makean veden paloiksi, jotka kelluvat natriumirikkaan valtameren yli.
Ei ole suoraa näyttöä siitä, että nestemäisessä ytimessä oleva kevyempi elementti on happea, Alfe sanoi. Mutta planeettamme muodostui varhaisen aurinkokunnan pölypilvistä, ja me tiedämme, mitä elementtejä siellä oli.
Tutkimusryhmä sulki pois muut elementit, kuten pii, joita voi teoreettisesti olla läsnä ytimessä, pilven meikin perusteella, mutta eivät selitä havaittua vaikutusta. Happi jätettiin todennäköisimmäksi ehdokkaksi, hän sanoi.
Lisäksi ytimessä teoreettisesti läsnä olevat happitasot vaikuttavat alhaisemmilta kuin mitä kemia ennustaisi vaipan happipitoisuuden perusteella. Tämä viittaa siihen, että enemmän happea on todennäköisesti pääsemässä kemiallisesti pumppatuksi ulompaan ytimeen jo tänään sen ympäröivistä happea rikkaimmista vaipeista.
Kysyttynä miltä ytimen happi näyttää, Alfe sanoi, ettei se kuvitella kuplia tai edes ruostetta, joka muodostuu, kun rauta sitoutuu suoraan happea. Sen sijaan noissa lämpötiloissa ja paineissa happiatomit kelluisivat vapaasti rauta-atomien keskuudessa, muodostaen vilkkaita nestemäisen raudan paakkuja.
"Jos otat paketin nestettä, jossa on 90 rauta- ja 10 happiatomia, tämä pakkaus on vähemmän tiheä kuin puhtaan rautapaketti", ja niin se kelluu, Alfe sanoi.
Näiden tulosten vahvistamiseksi Alfe kertoi odottavansa innolla tuloksia pyrkimyksistä mitata planeettamme muodostuneita ja pintaa kohti säteileviä neutriinoja. Hän sanoi, että vaikka "geoneutrinot" ovat hyvin harvinaisia, ne voivat tarjota paljon tietoa siitä, mitä nimenomaan tapahtuu planeetalla heidän kääntyessään.
Mutta ilman minkäänlaista suoraa pääsyä ytimeen, fyysikot ovat aina jumissa tekemällä parhaimmat mahdolliset arviot meikista rajoitetusta, toissijaisesta tiedosta.
