Τι περιέχει ο πυρήνας της Γης;

(Εφημερίδα Dan Tri) - Ο στερεός πυρήνας της Γης δεν αποτελείται μόνο από σίδηρο, αλλά περιέχει επίσης άνθρακα, οξυγόνο και πυρίτιο. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει την πόρτα στην επίλυση αιώνιων μυστηρίων σχετικά με το πώς ο πυρήνας σχηματίζει και διατηρεί το μαγνητικό του πεδίο που προστατεύει τη ζωή.

Ο πυρήνας της Γης δεν μπορεί να αποτελείται μόνο από σίδηρο. Φαίνεται ότι περιέχει και άνθρακα. Νέα έρευνα διαπίστωσε ότι περιέχει επίσης οξυγόνο και πυρίτιο (φωτογραφία: Getty Images).

Ο πλούσιος σε σίδηρο πυρήνας στο κέντρο της Γης παίζει κρίσιμο ρόλο στην εξέλιξη του πλανήτη. Δεν τροφοδοτεί μόνο το μαγνητικό πεδίο - μια ασπίδα που προστατεύει την ατμόσφαιρα και τους ωκεανούς από την ηλιακή ακτινοβολία - αλλά και καθοδηγεί την τεκτονική των πλακών, αναδιαμορφώνοντας συνεχώς τις ηπείρους.

Παρά τη σημασία του, πολλές θεμελιώδεις ιδιότητες του πυρήνα παραμένουν ένα μυστήριο: πόσο ζεστός είναι στην πραγματικότητα, από τι αποτελείται και πότε αρχίζει να παγώνει; Μια πρόσφατη ανακάλυψη έφερε τους επιστήμονες πιο κοντά στην απάντηση και των τριών ερωτημάτων.

Ο εσωτερικός πυρήνας εκτιμάται ότι έχει θερμοκρασία περίπου 5.000 Kelvin (4.727°C). Αρχικά σε υγρή κατάσταση, ο πυρήνας σταδιακά ψύχεται με την πάροδο του χρόνου, κρυσταλλώνεται σε ένα στερεό συστατικό και επεκτείνεται προς τα έξω. Αυτή η απελευθέρωση θερμότητας δημιουργεί ροές τεκτονικών πλακών.

Η ψύξη είναι επίσης η πηγή του μαγνητικού πεδίου της Γης. Μεγάλο μέρος της σημερινής μαγνητικής ενέργειας διατηρείται από την ψύξη του υγρού εξωτερικού πυρήνα, ο οποίος τροφοδοτεί τον στερεό πυρήνα στο κέντρο του.

Ωστόσο, επειδή η άμεση πρόσβαση είναι αδύνατη, οι επιστήμονες αναγκάζονται να βασίζονται σε εκτιμήσεις για να κατανοήσουν τους μηχανισμούς ψύξης και τις ιδιότητες του πυρήνα. Για να διευκρινιστεί αυτό, ο πιο σημαντικός παράγοντας είναι ο προσδιορισμός του σημείου τήξης του.

Χάρη στη σεισμολογία – την επιστήμη που μελετά τα σεισμικά κύματα – γνωρίζουμε ακριβώς πού βρίσκεται το όριο μεταξύ του στερεού και του υγρού πυρήνα. Η θερμοκρασία σε αυτό το όριο είναι επίσης το σημείο τήξης, το σημείο εκκίνησης για την πήξη.

Επομένως, αν το σημείο τήξης μπορούσε να προσδιοριστεί με ακρίβεια, οι άνθρωποι θα αποκτούσαν καλύτερη κατανόηση της πραγματικής θερμοκρασίας του πυρήνα και της εσωτερικής χημικής του σύνθεσης.

Μυστηριώδης Χημεία

Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις για την κατανόηση της σύνθεσης του πυρήνα της Γης: η μελέτη των μετεωριτών και η ανάλυση σεισμικών δεδομένων.

Οι μετεωρίτες θεωρούνται «υπολείμματα» πλανητών που δεν έχουν ακόμη σχηματιστεί ή θραύσματα από τους πυρήνες πλανητών που έχουν ήδη καταστραφεί. Η χημική τους σύνθεση υποδηλώνει ότι ο πυρήνας της Γης αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο, πιθανώς με ένα μικρό ποσοστό πυριτίου ή θείου. Ωστόσο, αυτά τα δεδομένα είναι μόνο προκαταρκτικά και δεν είναι αρκετά λεπτομερή για να επιβεβαιώσουν οτιδήποτε οριστικά.

Εν τω μεταξύ, η σεισμολογία παρέχει μια πολύ πιο συγκεκριμένη εικόνα. Τα σεισμικά κύματα από σεισμούς, καθώς ταξιδεύουν στη Γη, αλλάζουν ταχύτητα ανάλογα με τον τύπο του υλικού που διαπερνά. Συγκρίνοντας τον χρόνο που χρειάζονται τα κύματα για να φτάσουν στους σταθμούς παρακολούθησης με πειραματικά αποτελέσματα σχετικά με την ταχύτητα μετάδοσης σε ορυκτά και μέταλλα, οι επιστήμονες μπορούν να κατασκευάσουν μοντέλα της εσωτερικής δομής του πλανήτη.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο πυρήνας της Γης είναι περίπου 10% ελαφρύτερος από τον καθαρό σίδηρο. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο εξωτερικός πυρήνας, ο οποίος βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, είναι πυκνότερος από τον εσωτερικό πυρήνα, ένα παράδοξο που μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την παρουσία ορισμένων εξωγενών στοιχείων.

Ωστόσο, ακόμη και μετά τον περιορισμό της πιθανής σύνθεσης, το πρόβλημα παραμένει άλυτο. Διαφορετικά σενάρια αποδίδουν θερμοκρασίες τήξης που ποικίλλουν κατά εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου, καθιστώντας τον ακριβή προσδιορισμό των ιδιοτήτων του πυρήνα μια πρόκληση.

Ένας νέος περιορισμός

Σε νέα έρευνα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την ορυκτολογία για να κατανοήσουν πώς άρχισε να παγώνει ο πυρήνας της Γης - μια πιο συγκεκριμένη προσέγγιση από τη μετεωρολογία και τη σεισμολογία.

Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι όταν τα άτομα σε υγρό μέταλλο κρυσταλλώνονται σε στερεά, κάθε κράμα απαιτεί διαφορετικό επίπεδο «υπερψύξης», δηλαδή, μείωσης του σημείου τήξης του. Όσο ισχυρότερη είναι αυτή η διαδικασία, τόσο πιο εύκολο είναι να παγώσει το υγρό.

Για παράδειγμα, το νερό σε μια κατάψυξη μπορεί να παραμείνει εξαιρετικά κρύο στους -5°C για ώρες πριν παγώσει, ενώ μια σταγόνα νερού σε ένα σύννεφο μετατρέπεται σε χαλάζι σε λίγα μόλις λεπτά στους -30°C.

Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η μέγιστη θερμοκρασία υπερψύξης του πυρήνα είναι περίπου 420°C κάτω από το σημείο τήξης του. Εάν ξεπεραστεί αυτή η θερμοκρασία, ο εσωτερικός πυρήνας θα είναι ασυνήθιστα μεγάλος σε σύγκριση με τα σεισμικά δεδομένα. Εν τω μεταξύ, ο καθαρός σίδηρος απαιτεί 1.000°C για να κρυσταλλωθεί, κάτι που είναι αδύνατο, καθώς ολόκληρος ο πυρήνας θα έχει στερεοποιηθεί μέχρι τότε.

Η προσθήκη πυριτίου ή θείου δεν βοηθάει. Μπορεί ακόμη και να απαιτήσει περαιτέρω υπερψύξη του πυρήνα.

Μόνο όταν λαμβάνεται υπόψη ο άνθρακας, η εικόνα βγάζει νόημα. Εάν το 2,4% της μάζας του πυρήνα είναι άνθρακας, χρειάζονται περίπου 420°C για να παγώσει ο εσωτερικός πυρήνας. Με 3,8% άνθρακα, αυτή η θερμοκρασία μειώνεται στους 266°C. Ένα πολύ πιο εύλογο νούμερο. Αυτή είναι η πρώτη απόδειξη που υποδηλώνει ότι ο άνθρακας παίζει κρίσιμο ρόλο στη διαδικασία κρυστάλλωσης του πυρήνα.

Ωστόσο, ο πυρήνας δεν θα μπορούσε να αποτελείται αποκλειστικά από σίδηρο και άνθρακα, καθώς τα σεισμικά δεδομένα υποδηλώνουν την παρουσία τουλάχιστον ενός ακόμη στοιχείου. Η έρευνα υποδηλώνει την πιθανότητα ο πυρήνας να περιέχει επίσης οξυγόνο ή ακόμα και πυρίτιο.

Πηγή: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm