Zemljino jezgro od čvrstog gvožđa nije sve ono što se čini. U stvari, upravo ove godine, naučnici su otkrili da najdublja kugla naše planete nije glatka, već teksturirana; i prestaje da se okreće svakih sedam decenija pre nego što promeni pravac.
Sada, u još jednoj iznenađujućoj studiji, tim istraživača misli da je shvatio zašto je Zemljino čvrsto gvozdeno jezgro malo mekše nego što se očekivalo: njegovi atomi bi se mogli pomerati.
U unutrašnjem jezgru Zemlje, nekih 5.100 kilometara (ili 3.170 milja) ispod naših nogu, atomi gvožđa su čvrsto spakovani u heksagonalnu strukturu, sabijeni pod ogromnim pritiskom i visokim temperaturama.
Nedavna seizmička zapažanja otkrila su kako Zemljina unutrašnja sfera pokazuje neka intrigantna svojstva, više poput mekih metala kao što je olovo i bliže rastopljenom gvožđu nego čvrsta gruda koju smo možda zamišljali u svojim umovima.
Prema Ioujun Zhang-u, fizičaru sa Univerziteta Sichuan u Kini, i kolegama iz SAD-a i Kine koji su vodili niz kompjuterskih simulacija i laboratorijskih eksperimenata, to je zato što atomi gvožđa u unutrašnjem jezgru menjaju položaje unutar njihove predložene heksagonalne strukture rešetke.
Poput ljudi koji menjaju sedišta za stolom za večeru, atomi gvožđa migriraju na susedne položaje bez narušavanja metalne strukture gvožđa, što jezgro čini savitljivijim, predlažu Džang i kolege.
„Čvrsto gvožđe postaje iznenađujuće meko duboko u Zemlji jer se njegovi atomi mogu kretati mnogo više nego što smo ikada zamislili“, objašnjava Džang. „Ovo povećano kretanje čini unutrašnje jezgro manje krutim, slabijim protiv sila smicanja.“
Pre toga, naučnici su simulirali unutrašnje jezgro Zemlje koristeći kompjuterske modele koji su imali tendenciju da zahvate manje od sto atoma raspoređenih u ponavljajuću heksagonalnu strukturu.
Neki istraživači su takođe sugerisali da džepovi topljenja unutar unutrašnjeg jezgra Zemlje mogu objasniti neka od njegovih uočenih svojstava.
Ali ti džepovi su verovatno bili istisnuti kako se jezgro učvrstilo, sugerišu Džang i njegove kolege, a nijedna teorija još nije sveobuhvatno objasnila čudnu gipkost Zemljine unutrašnje kugle.
Da bi proširili svoj pogled na dinamiku rešetke, Zhang i kolege su koristili superkompjuter i algoritam mašinskog učenja da simuliraju mnogo veće atomsko okruženje, od više od 10.000 atoma.
Istraživači su dali podatke o modelu prikupljenim iz laboratorijskih eksperimenata visokog pritiska i temperature dizajniranih da oponašaju uslove unutrašnjeg jezgra Zemlje.
Na pritiscima u rasponu od 230 do 330 GPa i temperaturama neposredno ispod tačke topljenja gvožđa, simulacije čvrsto zbijene strukture rešetke sugerišu da se atomi gvožđa kreću u obrascu kolektivnog kretanja „gde jedan atom iskače iz svog ravnotežnog položaja i gura svoj susedni atomi duž“.
Ova brza difuzija se dešava tokom pikosekundi, jednog triliontinog dela sekunde, tako da kretanje ne remeti strukturu rešetke. Umesto toga, atomi se pomeraju tako da se gvozdeno jezgro ponaša kao izuzetno meka čvrsta supstanca.
Ovi rezultati su, naravno, zasnovani na teorijskim proračunima supstance koju naučnici ne mogu da uzorkuju, i mogu samo da zaključuju o njenim osobinama iz daleka. Imajući u vidu ta ograničenja, nalazi su u skladu sa seizmičkim zapažanjima.
„Sada znamo za fundamentalni mehanizam koji će nam pomoći da razumemo dinamičke procese i evoluciju unutrašnjeg jezgra Zemlje“, kaže stariji autor Jung-Fu Lin, geonaučnik sa Univerziteta Teksas.
Studija je objavljena u PNAS-u.
