Ο εσωτερικός πυρήνας της Γης περιστρέφεται με τη δική του ταχύτητα, είναι πολύ ζεστός και πιθανότατα βοήθησε στη διατήρηση της ζωής και
Πώς θα μπορούσε η Γη να αποκαταστήσει το μαγνητικό της πεδίο τόσο γρήγορα;
Ученые все чаще начинают склоняться к мысли, что αυτό οφειλόταν στην εμφάνιση του εσωτερικού πυρήνα της Γης. Είναι μια σφαίρα από συμπαγή σίδηρο που κάθεται μέσα σε έναν λιωμένο εξωτερικό πυρήνα. Το τελευταίο αποτελείται από μέταλλο που βράζει που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.
Οι ερευνητές προτείνουν ότι ο εσωτερικός πυρήναςεμφανίστηκε περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννηση του ίδιου του πλανήτη. Μεγάλωσε αργά, μερικά χιλιοστά το χρόνο. Αυτό, πιστεύουν οι επιστήμονες, οδήγησε σε δραστηριότητα στον εξωτερικό πυρήνα και προκάλεσε αύξηση της ισχύος του μαγνητικού πεδίου.
«Ο εσωτερικός πυρήνας έχει αποκαταστήσει το μαγνητικό πεδίοΓη: και συνέβη την πιο κατάλληλη στιγμή στην εξέλιξη, λέει ο Τζον Ταρντούνο, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ. «Τι θα είχε συμβεί αν δεν είχε σχηματιστεί;»
Οι επιστήμονες εξακολουθούν να αναρωτιούνται πώς και γιατί το εσωτερικόο πυρήνας εμφανίστηκε κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. «Ο εσωτερικός πυρήνας είναι ένας πλανήτης μέσα σε έναν πλανήτη», είπε ο Hrvoe Tkalcic, σεισμολόγος στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας (ANU). «Έχει τη δική του τοπογραφία, τη δική του ταχύτητα περιστροφής και δομή. Είναι κάτω από τα πόδια μας, αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν καταλαβαίνουμε για αυτό».
Πώς μελετάται ο εσωτερικός μας «πλανήτης»;
Για τη μελέτη του εσωτερικού πυρήνα, οι ερευνητές χρησιμοποιούν σπάνια σεισμικά κύματα από σεισμούς ή πυρηνικές δοκιμές που διεισδύουν ή αντανακλούν από τον εσωτερικό πυρήνα.
Έτσι οι σεισμολόγοι ανακάλυψαν ότι ο εσωτερικός πυρήναςπεριστρέφεται ανεξάρτητα από τον υπόλοιπο πλανήτη. Χρησιμοποιώντας μοντέλα υπολογιστών, προέβλεψαν τη δομή του, καθώς και την ασυνήθιστη συμπεριφορά των κραμάτων σιδήρου υπό υψηλή πίεση.
Για πολύ καιρό η ανθρωπότητα ήταν ημιτελήςιδέες για την εσωτερική δομή της Γης. Μόλις στις αρχές της δεκαετίας του 1930 η Inge Lehmann, Δανός σεισμολόγος, παρατήρησε μια νέα ποικιλία κυμάτων P ή κυμάτων πίεσης. Τόνισαν ότι ο πυρήνας της Γης δεν είναι εντελώς υγρός. Μέχρι το 1936, ο Lehmann είχε συμπεράνει ότι η Γη είχε έναν συμπαγή εσωτερικό πυρήνα. Επιπλέον, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι κάθε χρόνο τα κύματα P που διέρχονται από τον εσωτερικό πυρήνα επιταχύνονται ελαφρώς. Αυτό θα μπορούσε να εξηγηθεί μόνο με έναν τρόπο - ο εσωτερικός πυρήνας περιστρέφεται πιο γρήγορα από τον υπόλοιπο πλανήτη, περίπου 1 ° ανά έτος. Κάθε 400 χρόνια, πρότειναν σε ένα έγγραφο του Nature το 1996, ο εσωτερικός πυρήνας έκανε μια επιπλέον επανάσταση μέσα στη Γη.
Η ανακάλυψη αυτή συγκλόνισε πολλούς γεωφυσικούς, οι οποίοιο εσωτερικός πυρήνας υποτίθεται ότι περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με τον μανδύα. Εάν μελετήσετε την περιστροφή του, θα σας βοηθήσει να κατανοήσετε πώς ο εσωτερικός πυρήνας συνδέεται με τον εξωτερικό και επηρεάζει το μαγνητικό πεδίο. Θα εξηγήσει επίσης γιατί οι μαγνητικοί πόλοι της Γης περιπλανώνται και ανατρέπονται από καιρό σε καιρό.
Άρα ο εσωτερικός πυρήνας κινείται πιο γρήγορα από τη Γη, σωστά;
Όχι πραγματικά.Ο ερευνητής Yi Yang συνέταξε αργότερα την πιο εκτεταμένη βάση δεδομένων για τους σεισμούς στον κόσμο. Αφού τα ανέλυσε, ο Yang ανακάλυψε ότι ο εσωτερικός πυρήνας περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με τον μανδύα. Στη συνέχεια ήρθε ένα ακόμη πιο ασυνήθιστο γεγονός: σύμφωνα με μια μελέτη του 2021, ο εσωτερικός πυρήνας περιστρεφόταν πιο αργά από τον υπόλοιπο πλανήτη, κατά περίπου 0,05° ετησίως.
Οι ερευνητές έχουν αρχίσει να το εικάζουνο εσωτερικός πυρήνας έχει τον δικό του ρυθμό. Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι του ραδιοφώνου παρακολουθούσαν μικρές αλλαγές στην περιστροφή της Γης. Παρατηρήθηκαν σύμφωνα με το σύστημα αναφοράς του διαστήματος: παρακολούθησαν αλλαγές στη θέση των μακρινών διαστημικών αντικειμένων. Οι περισσότερες από τις διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια του έτους οφείλονται σε τυφώνες και σεισμούς, αλλά υπάρχει μια μικρή, τακτική διακύμανση 6 ετών που δεν μπορεί να εξηγηθεί εύκολα.
«Δεν ξέρουμε ακόμη γιατί συμβαίνει αυτό, αλλά όλοι ποντάρουν στον πυρήνα», ο Benjamin Chao, επιθεωρητής στην Academia Sinica.
Από τι αποτελείται ο εσωτερικός πυρήνας;
Ο εσωτερικός πυρήνας είναι το πιο μεταλλικό μέροςστο ΕΔΑΦΟΣ. Περιέχει ακόμη περισσότερα μέταλλα από το εξωτερικό. Και τα δύο είναι κατασκευασμένα κυρίως από σίδηρο με ένα άγγιγμα νικελίου. Ο σίδηρος πιστεύεται επίσης ότι περιέχει ίχνη ελαφρύτερων στοιχείων όπως το οξυγόνο, ο άνθρακας και το πυρίτιο.
Όταν ο σίδηρος κρυσταλλώνεται σε μια καλλιέργειαεπιφάνεια του εσωτερικού πυρήνα, αποβάλλει μερικά από αυτά τα στοιχεία από τον εαυτό του. Το αποτέλεσμα είναι σχεδόν καθαρός σίδηρος. Είναι σαν να σχηματίζεται πάγος σε έναν κουβά με αλμυρό νερό: εκτοπίζει το αλάτι και γίνεται κυρίως γλυκό νερό. Τα στοιχεία που εκτοξεύονται από τον πυρήνα είναι ελαφρύτερα από το σίδηρο: ανεβαίνουν και ορμούν προς τα εμπρός: αυτή η διαδικασία προκαλεί έως και το 80% της μεταφοράς, η οποία δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Η συναγωγή είναι ένας τύπος μεταφοράς θερμότητας και μεταφοράς θερμότητας, κατά την οποία η εσωτερική ενέργεια μεταφέρεται από πίδακες και ροές της ίδιας της ουσίας.
Τι δεν γνωρίζουμε ακόμα για τον εσωτερικό πυρήνα;
Τι συμβαίνει με το υπόλοιπο σίδερο - σε αυτό το θέμαυπάρχει συνεχής συζήτηση. Τα άτομα σιδήρου στην επιφάνεια της Γης - όπως αυτά σε ένα τηγάνι από χυτοσίδηρο - έχουν κυβική δομή. Αλλά αν μικροσκοπικά δείγματα σιδήρου συμπιεστούν ανάμεσα σε δύο διαμάντια και δημιουργήσουν πίεση παρόμοια με αυτή στον εσωτερικό πυρήνα, τα άτομα αναδιατάσσονται σε εξάγωνα.
Η δυσκολία είναι ότι κανείς δεν έχει ακόμηγνωρίζει τι συμβαίνει στον σίδηρο όταν συμπιέζεται και θερμαίνεται ταυτόχρονα σε χιλιάδες βαθμούς, λέει η Lidunka Vochadlo, υπολογιστική ορυκτή φυσική στο University College του Λονδίνου.
Αυτές οι συνθήκες είναι δύσκολο να αναδημιουργηθούν στο εργαστήριο,επειδή ο άνθρακας στα διαμάντια συχνά μολύνει τον σίδηρο όταν θερμαίνεται, σημείωσε ο Vochadlo. Η ομάδα του έτρεξε προσομοιώσεις σε υπολογιστή και διαπίστωσε ότι το σχήμα ενός εξαγώνου, ή εξαγώνου, είναι η πιο σταθερή δομή στις συνθήκες του εσωτερικού πυρήνα. Τα μοντέλα δείχνουν επίσης ότι ο καθαρός σίδηρος γίνεται μαλακός όταν βρίσκεται στο 98% του σημείου τήξης του.
Για παράδειγμα, το νερό πρέπει να κρυώσει κάτω από το σημείοκατάψυξη για να σχηματιστεί πάγος. Οι ερευνητές πρότειναν ότι ο σίδηρος δεν θα μπορούσε να στερεοποιηθεί σε εξαγωνικό σχήμα εάν ήταν σχεδόν 1.340°C ψυχρότερος από τον εσωτερικό πυρήνα. Στις αρχές του 2022, δημοσιεύτηκε μοντελοποίηση ατομικής κλίμακας που υποδηλώνει ότι ο σίδηρος που συσσωρεύεται στον εσωτερικό πυρήνα μπορεί πρώτα να κρυσταλλωθεί σε κυβική μορφή πριν μεταβεί σε εξαγωνική μορφή.
Πώς συνδέονται ο εσωτερικός πυρήνας και η ζωή στη Γη;
Σύμφωνα με πληροφορίες από έναν ηφαιστειακό σχηματισμό που εμφανίστηκε πριν από 565 εκατομμύρια χρόνια στη βόρεια όχθη του Σεντ Ρίβερ στο Λόρενς, το μαγνητικό πεδίο εκείνη την εποχή ήταν το ένα δέκατο αυτού που είναι σήμερα.
Αυτό πιθανότατα οφειλόταν στο γεγονός ότι το εξωτερικόο πυρήνας έχανε γρήγορα θερμότητα, λέει ο Peter Driscoll, γεωδυναμικός στο Carnegie Institution for Science. Εάν το μαγνητικό πεδίο της Γης εξαφανιζόταν εντελώς, η ζωή όπως αναπτύχθηκε θα εκτεθεί σε μεγάλο βαθμό στην ακτινοβολία από τις ηλιακές εκλάμψεις. Η αυξημένη ακτινοβολία θα μπορούσε να εξαντλήσει το οξυγόνο, έναν πολύτιμο πόρο για όλη τη ζωή.
Μόλις 30 εκατομμύρια χρόνια αργότερα, η ένταση του μαγνητικούπεδία αυξήθηκαν στο 70% των τρεχουσών τιμών. Την ίδια περίπου εποχή, η ενεργός ανάπτυξη της ζωής προκάλεσε μια επανάσταση στη Γη. Τότε προέκυψαν οι περισσότερες ομάδες ζώων, εμφανίστηκαν τα πρώτα χερσαία είδη.
Ίσως ο εκκολαπτόμενος κόσμος και όλα τα έμβια όνταστον πλανήτη Γη οφείλουν την ύπαρξή τους στον εσωτερικό πυρήνα του σιδήρου, ο οποίος βρίσκεται 5.000 km πιο κάτω, κάτω από τα πόδια μας. Τώρα οι ερευνητές προσπαθούν να αναπαράγουν τις συνθήκες που βρίσκονται στον πυρήνα στο εργαστήριο: ένα δύσκολο αλλά απαραίτητο έργο. Με τη βοήθεια ενός τέτοιου πειράματος, είναι δυνατό να επιβεβαιωθούν τα συμπεράσματα που έκαναν οι ερευνητές νωρίτερα με βάση μαθηματικά μοντέλα.