To może wydawać się nieintuicyjne, że jesteśmy w stanie poznawać galaktyki znajdujące się 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi, pojedyncze gwiazdy znajdujące się 10 miliardów lat świetlnych od nas, a wciąż niewiele wiemy o tym, co się znajduje głębiej niż kilkanaście kilometrów pod naszymi nogami.
Najgłębszy odwiert na Ziemi sięga zaledwie na niecałe 13 kilometrów w głąb Ziemi. Jeżeli zważymy na to, że od powierzchni Ziemi do centrum jego jądra jest 6371 kilometrów, to można powiedzieć, że nie wiemy zasadniczo nic.
Czytaj także: Tajemnice wnętrza Ziemi skrywają wiele nieznanych zjawisk. O tej teorii świat nauki nie mówi głośno
Wszystko, co wiemy o wnętrzu naszej planety to to, co udało nam się wyłuskać z danych zebranych przez rozsiane po całej ziemi sejsmometry, które rejestrują drgania ziemi wywołane, chociażby tarciem płyt tektonicznych o siebie, erupcjami wulkanicznymi czy powodowanymi przez nie trzęsieniami ziemi. Fale wyemitowane w takim zdarzeniu przechodzą przez całą objętość Ziemi i natrafiając po drodze na różnej gęstości struktury, ulegają zniekształceniu, zanim dotrą do sejsmometrów. Naukowcy następnie są w stanie z tych zniekształceń wywnioskować, przez co tak naprawdę owe fale przeszły.
Dzięki temu, choć nie udało nam się dowiercić nawet do płaszcza Ziemi, to wiemy, że pod grubą na kilkadziesiąt kilometrów skorupą znajduje się półpłynny płaszcz Ziemi, następnie cienkie płynne jądro zewnętrzne i stałe metaliczne jądro wewnętrzne.
Cel: stworzyć jądro Ziemi na powierzchni Ziemi
Zespół geologów i fizyków z Uniwersytetu Paryskiego i kilku innych instytucji naukowych postanowił skupić się na odtworzeniu struktury znajdujących się we wnętrzu stałego jądra wewnętrznego Ziemi. W ramach swojego projektu badawczego naukowcy postanowili zsyntetyzować monokrystaliczne żelazo w takiej formie, w jakiej może ono występować w centrum naszej planety.
Czytaj także: Wnętrze Ziemi inne niż się wydawało? W płaszczu odkryto nowy minerał, którego nikt się nie spodziewał!
W najnowszym artykule opublikowanym w periodyku naukowym Physical Review Letters badacze opisali swoje eksperymentalne i nowatorskie podejście do syntezy czystego monokrystalicznego żelaza oraz wskazali potencjalne zastosowania dla takiego materiału.
Cały projekt stanowił próbę zrozumienia wciąż niepoznanych aspektów wnętrza naszej planety. Choć od kilku dekad wiemy, jak wygląda struktura Ziemi, to wciąż nie wiemy np. dlaczego fale sejsmiczne przemieszczające się przez Ziemię w osi biegunowej, robią to sprawniej niż fale, która przechodzą teoretycznie przez to samo jądro, ale od równika do równika.
Dotychczas geologowie przyjmowali, że odpowiada za to właśnie struktura żelaza w rdzeniu. Problem w tym, że bez odtworzenia takiego żelaza w warunkach laboratoryjnych, nie ma możliwości sprawdzenia takiego założenia. Dotychczasowe próby jednak kończyły się porażką, bowiem żelazo pękało w trakcie syntezy. Tym razem, dzięki zastosowaniu nowatorskiego podejścia, udało się wytworzyć monokrystaliczne żelazo, które nadaje się wprost idealnie do badania właściwości jądra Ziemi.
Czytaj także: We wnętrzu Ziemi istnieją dwa zagadkowe tereny. Dawniej działo się z nimi coś dziwnego, a dzisiaj?
Aby stworzyć odpowiedni rodzaj żelaza, naukowcy musieli poddać je ciśnieniu rzędu 7 GPa. Temperatura takiej próbki wzrosła do poziomu ok. 520 stopni Celsjusza. Na tym etapie struktura żelaza zmieniła się w kryształ żelaza γ. Dalszy wzrost ciśnienia sprawił natomiast, że w żelazie γ utworzyły się pojedyncze kryształy żelaza ε, czyli dokładnie takie, jakich istnienie w jądrze Ziemi obecnie zakładają naukowcy.
Pierwsze eksperymenty z żelazem wskazują, że być może faktycznie udało się znaleźć klucz do zagadek jądra Ziemi. W toku badań okazało się bowiem, że żelazo ε wykazuje różną elastyczność w zależności od kierunku. Wibracje przemieszczają się przez nie szybciej wzdłuż jednej osi, niż wzdłuż drugiej. Są to na tyle obiecujące wyniki, że opracowane metody produkcji zostaną z pewnością jeszcze nie raz wykorzystane do tworzenia próbek, które następnie będą wykorzystywane do testowania teorii opisujących niedostępne dla nas centrum Ziemi.