Materiały wewnątrz Ziemi mają niespodziewaną strukturę i właściwości atomowe. Ta wiadomość może sprawić, że model wnętrza Ziemi i opis procesów w nim zachodzących, naukowcy będą musieli zbudować od nowa.
Badaczom z University of Texas w Austin udało się odtworzyć w laboratorium niewiarygodne ciśnienie i temperatury, oraz materiały, jakie występują w najniższych warstwach płaszcza ziemskiego. Zgodnie z raportem opublikowanym w magazynie Nature Geoscience, materiały, które znajdują się niemal 2900 kilometrów poniżej powierzchni planety, posiadają niespotykane właściwości atomowe, co może mieć wpływ na wiele procesów zachodzących wewnątrz Ziemi.
Przepływ ciepła między poszczególnymi warstwami płaszcza ziemskiego, zjawisko konwekcji, działanie pola magnetycznego, powstawanie ciepła w jądrze naszej planety – wszystko to może być związane z nowoodkrytymi cechami wnętrza dolnego płaszcza.
Elementami wypełniającymi wnętrze Ziemi są przede wszystkim magnez, krzem, tlen i żelazo. Minerały te w głównej mierze znajdują się właśnie w płaszczu. Zespół naukowców, kierowany przez geologa Jung-Fu Lina, umieścił minerały budulcowe Ziemi w specjalnie skonstruowanym diamentowym kowadełku. Urządzenie, w którym ułożone naprzeciw siebie dwa kawałki diamentu ściskają próbki jak w imadle, jest w stanie wytworzyć ciśnienie ponad milion razy wyższe niż zwykłe ciśnienie atmosferyczne. Próbki, były też podgrzewane – lasery świecące przez diamenty rozgrzewały je przez kilka dni do temperatury 3000°C.
By zbadać atomową strukturę minerałów, naukowcy wykorzystali największe źródło promieniowania X – synchrotron, który znajduje się w Argonne National Laboratory. Urządzenie to jest akceleratorem cząstek naładowanych, w którym elektrony, protony, i jądra atomowe przyspieszane są w celu nadania im odpowiednio dużych energii. Dzięki temu badacze dostrzegli, że wielkie ciśnienie zmienia właściwości elektronów z próbek żelaza. Normalnie unikają się one wzajemnie, teraz zaś łączyły się bez przeszkód. Wcześniejsze eksperymenty uczonych wskazywały, że w niektórych częściach ziemskiego płaszcza elektrony były albo w parach albo występowały samodzielnie. Naukowcy opisali ten stan jako „elektrony częściowo sparowane”.
– To bardzo zaskakujące odkrycie – mówi Lin. - Takie częściowo sparowane elektrony nie występują normalnie w żadnym znanym nam materiale geologicznym.
Stopień parowania elektronów, bardziej znany jako spin (moment pędu) elektronów, może wpływać na to, jak materiały przewodzą ciepło i elektryczność. Zdaniem badaczy, nowe odkrycie zmusi geologów, by na nowo zbudować modele przekazywania energii wewnątrz Ziemi, lepiej przyjrzeć się zjawisku konwekcji i polu magnetycznemu naszej planety.
Spin elektronów może mieć również wpływ na szybkość rozchodzenia się fal sejsmicznych, które oprócz rozchodzenia się po powierzchni planety, mogą poruszać się także w jej wnętrzu.
Przemysław Goławski
Na podstawie materiałów University of Texas, Austin
