Τι περιέχει ο πυρήνας της Γης;

(Νταν Τρι) - Ο στερεός πυρήνας της Γης δεν αποτελείται μόνο από σίδηρο, αλλά περιέχει επίσης άνθρακα, οξυγόνο και πυρίτιο. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει τη λύση στο αιώνιο μυστήριο του πώς ο πυρήνας σχηματίζει και διατηρεί το μαγνητικό πεδίο που προστατεύει τη ζωή.

Ο πυρήνας της Γης μπορεί να μην αποτελείται μόνο από σίδηρο, αλλά φαίνεται να 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 βασικό ρόλο στην εξέλιξη του πλανήτη. Δεν τροφοδοτεί μόνο το μαγνητικό πεδίο - την 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, από τι αποτελείται και πότε άρχισε να παγώνει; Μια πρόσφατη ανακάλυψη φέρνει τους επιστήμονες πιο κοντά στην απάντηση και των τριών ερωτημάτων.

Η θερμοκρασία του εσωτερικού πυρήνα εκτιμάται ότι είναι περίπου 5.000 Kelvin (4.727°C). Αρχικά υγρός, ο πυρήνας ψύχεται με την πάροδο του χρόνου, κρυσταλλώνοντας το στερεό εσωτερικό του και επεκτείνοντας προς τα έξω. Αυτή η απελευθέρωση θερμότητας δημιουργεί τεκτονικά ρεύματα πλακών.

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

Ωστόσο, χωρίς άμεση πρόσβαση, οι επιστήμονες αναγκάζονται να βασίζονται σε εκτιμήσεις για να κατανοήσουν τον μηχανισμό ψύξης και τις ιδιότητες του πυρήνα. Για να διευκρινιστεί αυτό, ο πιο σημαντικός παράγοντας είναι ο προσδιορισμός της θερμοκρασίας τήξης του.

Χάρη στη σεισμολογία – τη μελέτη των σεισμικών κυμάτων – 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 στο οποίο αρχίζει η πήξη.

Επομένως, εάν η θερμοκρασία τήξης μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια, οι άνθρωποι θα έχουν καλύτερη κατανόηση της πραγματικής θερμοκρασίας του πυρήνα και της χημικής σύνθεσης στο εσωτερικό του.

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 τα «απομεινάρια» πλανητών που δεν έχουν ακόμη σχηματιστεί ή θραύσματα από τους πυρήνες κατεστραμμένων πλανητών. Η χημική τους σύνθεση υποδηλώνει ότι ο πυρήνας της Γης αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο, πιθανώς αναμεμειγμένα με ένα μικρό ποσοστό πυριτίου ή θείου. Ωστόσο, αυτά τα δεδομένα είναι μόνο προκαταρκτικά και δεν είναι αρκετά λεπτομερή ώστε να είναι οριστικά.

Η σεισμολογία, από την άλλη πλευρά, προσφέρει μια πολύ πιο λεπτομερή εικόνα. Τα σεισμικά κύματα από σεισμούς διαδίδονται στη Γη με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με το υλικό από το οποίο διέρχονται. Συγκρίνοντας τους χρόνους άφιξης των κυμάτων σε σταθμούς μέτρησης με πειραματικά αποτελέσματα της ταχύτητας διάδοσης των ορυκτών και των μετάλλων, οι επιστήμονες μπορούν να κατασκευάσουν μοντέλα του εσωτερικού του πλανήτη.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο πυρήνας της Γης είναι περίπου 10% ελαφρύτερος από τον καθαρό σίδηρο. Συγκεκριμένα, ο υγρός εξωτερικός πυρήνας είναι πυκνότερος από τον στερεό εσωτερικό πυρήνα - ένα παράδοξο που μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την παρουσία ορισμένων δευτερευόντων στοιχείων.

Αλλά ακόμη και με το εύρος των πιθανών συνθέσεων να έχει περιοριστεί, το παζλ παραμένει άλυτο. Διαφορετικά σενάρια αποδίδουν θερμοκρασίες τήξης που διαφέρουν κατά εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό των ακριβών ιδιοτήτων του πυρήνα.

Ένας νέος περιορισμός

Στη νέα μελέτη, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη φυσική των ορυκτών 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 καθώς τα άτομα σε ένα υγρό μέταλλο κρυσταλλώνονται σε ένα στερεό, κάθε κράμα απαιτεί διαφορετικό επίπεδο «υπερψύξης» ή μείωσης της θερμοκρασίας κάτω από το σημείο τήξης του. Όσο πιο έντονη είναι η διαδικασία, τόσο πιο πιθανό είναι να παγώσει το υγρό.

Για παράδειγμα, το νερό σε μια κατάψυξη μπορεί να υπερψυχθεί στους -5°C για ώρες πριν παγώσει, ενώ οι σταγόνες νερού στα σύννεφα μπορούν να μετατραπούν σε χαλάζι μετά από λίγα μόλις λεπτά στους -30°C.

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

Η προσθήκη πυριτίου ή θείου δεν βοηθάει ούτε αυτή, και μπορεί ακόμη και να υπερψύξει περαιτέρω τον πυρήνα.

Μόνο όταν λαμβάνεται υπόψη ο άνθρακας, η εικόνα βγάζει νόημα. Εάν το 2,4% της μάζας του πυρήνα είναι άνθρακας, θα χρειαστούν περίπου 420°C για να παγώσει ο εσωτερικός πυρήνας. Με 3,8% άνθρακα, αυτό το ποσοστό μειώνεται στους 266°C. Ένα πολύ πιο εύλογο νούμερο. Αυτή είναι η πρώτη απόδειξη ότι ο άνθρακας παίζει σημαντικό ρόλο στην κρυστάλλωση του πυρήνα.

Ο πυρήνας, ωστόσο, δεν μπορεί να αποτελείται μόνο από σίδηρο και άνθρακα, καθώς τα σεισμικά δεδομένα απαιτούν τουλάχιστον ένα ακόμη στοιχείο. Η έρευνα υποδηλώνει ότι ο πυρήνας μπορεί επίσης να περιέχει οξυγόνο, ακόμη και πυρίτιο.

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