Węgiel jako katalizator procesów krystalizacji
Przez lata modele teoretyczne wskazywały na poważny problem. Czyste żelazne jądro wymagałoby superchłodzenia o 800-1000 stopni Celsjusza, żeby rozpocząć proces zamarzania. Taki scenariusz prowadziłby jednak do katastrofalnych konsekwencji.
Jeśli jądro jest superchłodzone w tym stopniu, jądro wewnętrzne rosłoby masowo, a pole magnetyczne Ziemi zanikłoby. Ale żadne z tych wyników nie miały miejsca w historii naszej planety
Czytaj też: Wulkaniczne tornado na Hawajach. Spektakularny widok
W rzeczywistości jądro prawdopodobnie schłodziło się tylko o około 250 stopni poniżej punktu topnienia. Ta rozbieżność między teorią a obserwacjami wymagała solidnego wyjaśnienia. Naukowcy przeprowadzili zaawansowane symulacje zachowania około 100 tysięcy atomów w warunkach panujących w jądrze Ziemi. Testowali wpływ różnych pierwiastków na proces krystalizacji, a wyniki okazały się dość zaskakujące. Krzem i siarka, które często wiązano z jądrem wewnętrznym, faktycznie spowalniały proces zamarzania. Węgiel natomiast znacząco przyspieszał krystalizację, co całkowicie zmienia dotychczasowe wyobrażenia o składzie chemicznym jądra. Przełom nastąpił przy założeniu 3,8% zawartości węgla. W takich warunkach wymagane superchłodzenie spadało do 266 stopni Celsjusza, co idealnie tłumaczy zarówno proces nukleacji, jak i obserwowany rozmiar jądra wewnętrznego.
Proces bez zarodków nukleacji i nowe światło na ewolucję Ziemi
Co ciekawe, zamarzanie jądra wewnętrznego nastąpiło bez tradycyjnych “zarodków nukleacji”. W przeciwieństwie do procesów zachodzących w atmosferze, gdzie krople wody potrzebują cząstek do formowania gradu, tutaj wystarczyła odpowiednia chemia.
Eksperymenty pokazują również, że zamarzanie jądra wewnętrznego było możliwe przy odpowiedniej chemii i, w przeciwieństwie do wody tworzącej grad, nastąpiło bez “zarodków nukleacji – wyjaśniają badacze
To ważne spostrzeżenie, ponieważ wcześniejsze modele zakładały, że potencjalne zarodki nukleacji po prostu by się stopiły lub rozpuściły. Odkrycie finansowane przez Natural Environment Research Council rzuca nowe światło na ewolucję naszej planety. Jak zauważa dr Alfred Wilson, procesy w skali atomowej kontrolują fundamentalną strukturę i dynamikę Ziemi. Wyniki tłumaczą również długotrwałą zagadkę sejsmologiczną: dlaczego jądro jest mniej gęste niż czyste żelazo? Obecność węgla i innych pierwiastków lekkich może być kluczem do rozwiązania tej kwestii. Naukowcy od lat spierali się, kiedy jądro wewnętrzne zaczęło się zestalać. Niektórzy opowiadali się za starożytnym początkiem procesu ponad dwa miliardy lat temu, inni sugerowali znacznie młodszy wiek – poniżej pół miliarda lat. Nowe dane o zawartości węgla przybliżają nas do ostatecznego rozwiązania tej zagadki.
Czytaj też: Co roku powstają tutaj gigantyczne kolumny lodu. Ta naturalna jaskinia lawowa powstała niemal 1200 lat temu
Bez węgla w jądrze Ziemi nasze pole magnetyczne mogłoby nigdy nie powstać. To właśnie wzrost stałego jądra wewnętrznego zasila mechanizm dynamo, chroniący planetę przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym. Pokazuje to, jak procesy głęboko pod powierzchnią decydują o warunkach umożliwiających życie na Ziemi. Oczywiście należy mieć na uwadze bardzo istotny fakt: symulacje komputerowe, nawet najbardziej zaawansowane, zawsze są pewnym uproszczeniem rzeczywistości. Potrzebne będą dodatkowe badania i dane obserwacyjne, aby w pełni potwierdzić te ustalenia. Mimo to, odkrycie roli węgla w procesie krystalizacji jądra z pewnością zmieni nasze rozumienie ewolucji planet i warunków koniecznych do powstania życia.