Duboko ispod naših nogu, na više od pet hiljada kilometara dubine, nalazi se unutrašnja jezgra Zemlje – kugla od legure željeza podvrgnuta nezamislivim pritiscima i temperaturama koje se mogu uporediti s onima na površini Sunca. Decenijama se smatralo da je ta jezgra kruta, čvrsta metalna sfera.
Međutim, najnovije istraživanje kineskih naučnika otkriva nešto sasvim drugačije i puno čudnije: čini se da Zemljina jezgra nije u potpunosti čvrsta, već postoji u bizarnom, hibridnom stanju materije koje je istovremeno i kruto i tečno, piše Science Alert.
Zagonetka ‘mekane’ jezgre
Još od tridesetih godina prošlog vijeka, preovladavajući model Zemljine unutrašnjosti opisivao je tečnu vanjsku jezgru i čvrstu unutrašnju jezgru, koja je zbog ekstremnog pritiska ostala kruta uprkos paklenoj vrućini. Ipak, seizmološki podaci prikupljeni tokom godina nisu se u potpunosti slagali s tom slikom. Mjerenja su pokazala da se seizmički valovi, koji naučnicima služe kao svojevrstan ultrazvuk za proučavanje unutrašnjosti planete, usporavaju dok prolaze kroz jezgru.
To je upućivalo na to da je jezgra neočekivano “mekana” ili savitljiva, poput putera, a ne kruta kao što bi se očekivalo od komada željeza. Ova anomalija dugo je zbunjivala geofizičare.
Kako nešto može biti istovremeno i čvrsto pod pritiskom od preko tri miliona atmosfera, a opet se ponašati kao da je djelimično tečno? Odgovor bi mogao ležati u takozvanom superionskom stanju, egzotičnom obliku materije za koji su računarske simulacije još 2022. godine predvidjele da bi mogao postojati u jezgri.
Sada su naučnici po prvi put to i eksperimentalno dokazali.
Eksperiment koji oponaša paklene uslove
Da bi potvrdili teoriju, tim koji je vodio fizičar Youjun Zhang sa Univerziteta Sichuan osmislio je nevjerovatan eksperiment. Koristeći specijalizirani dvostepeni gasni top, ispaljivali su sićušne projektile od legure željeza i ugljika brzinom većom od sedam kilometara u sekundi. Ti su projektili udarali u metu, stvarajući udarni val koji je uzorak materijala sabio na pritisak do 140 gigapaskala i zagrijao ga na gotovo 2600 Kelvina. Iako su ti uslovi nešto blaži od onih u samoj jezgri (330-360 GPa i do 6000 K), bili su dovoljni da se oponašaju ključni aspekti okruženja u središtu Zemlje.
‘Ples’ atoma ugljika unutar željezne rešetke
U superionskom stanju, teža atomska struktura ostaje fiksirana na mjestu, poput kristalne rešetke u čvrstom tijelu, dok se lakši atomi kreću kroz nju gotovo slobodno, kao da su u tečnom stanju. U slučaju Zemljine jezgre, to znači da željezo tvori čvrst, stabilan “kostur”, dok se znatno lakši atomi ugljika provlače i teku kroz praznine u toj rešetci.
“U ovom stanju, atomi ugljika postaju izuzetno pokretni i difuziraju kroz kristalnu željeznu strukturu, poput djece koja se provlače kroz plesače u kvadratnom plesu, dok samo željezo ostaje čvrsto i uređeno. Ova takozvana ‘superionska faza’ dramatično smanjuje krutost legure”, pojasnio je profesor Zhang.
Ovaj dinamični model ne samo da rješava zagonetku usporenih seizmičkih valova, već otvara i nove poglede na druge procese unutar planete. Kretanje lakših elemenata unutar jezgre moglo bi biti dosad zanemaren izvor energije za geodinamo – mehanizam koji stvara i održava Zemljino magnetno polje, štit koji nas čuva od štetnog sunčevog zračenja.
