Mit tartalmaz a Föld magja?

(Dan Tri újság) - A Föld szilárd magja nemcsak vasból áll, hanem szenet, oxigént és szilíciumot is tartalmaz. Ez a felfedezés megnyitja az utat évszázados rejtélyek megoldása előtt azzal kapcsolatban, hogyan alakul ki és hogyan tartja fenn a mag az életet védő mágneses mezőjét.

A Föld magja nemcsak vasból állhat; úgy tűnik, szenet is tartalmaz. Egy új kutatás kimutatta, hogy oxigént és szilíciumot is tartalmaz (fotó: Getty Images).

A Föld középpontjában található vasban gazdag mag kulcsszerepet játszik a bolygó fejlődésében. Nemcsak a mágneses mezőt – a légkört és az óceánokat a napsugárzástól védő pajzsot – táplálja, hanem a lemeztektonikát is mozgatja, folyamatosan átalakítva a kontinenseket.

Fontossága ellenére a mag számos alapvető tulajdonsága továbbra is rejtély: valójában mennyire forró, miből áll, és mikor kezd megfagyni? Egy friss felfedezés közelebb vitte a tudósokat mindhárom kérdés megválaszolásához.

A belső mag hőmérsékletét körülbelül 5000 Kelvin (4727 °C) körülire becsülik. Kezdetben folyékony halmazállapotú, majd idővel fokozatosan lehűl, szilárd részévé kristályosodik és kitágul. Ez a hőfelszabadulás tektonikus lemezáramlásokat hoz létre.

A lehűlés a Föld mágneses mezejének forrása is. A mai mágneses energia nagy részét a folyékony külső mag fagyása tartja fenn, amely a középpontjában lévő szilárd magot táplálja.

Mivel azonban a közvetlen hozzáférés lehetetlen, a tudósok kénytelenek becslésekre hagyatkozni a mag hűlési mechanizmusainak és tulajdonságainak megértéséhez. Ennek tisztázása érdekében a legfontosabb tényező az olvadáspont meghatározása.

A szeizmológiának – a földrengéshullámokat vizsgáló tudománynak – köszönhetően pontosan tudjuk, hol húzódik a szilárd és a folyékony magok közötti határ. Ezen a határon mért hőmérséklet egyben az olvadáspont, a fagyáspont.

Ezért, ha az olvadáspontot pontosan meg lehetne határozni, az emberek jobban megérthetnék a mag valódi hőmérsékletét és belső kémiai összetételét.

Titokzatos kémia

A Föld magjának összetételének megértéséhez két fő megközelítés létezik: a meteoritok tanulmányozása és a szeizmikus adatok elemzése.

A meteoritokat olyan bolygók „maradványainak” tekintik, amelyek még nem alakultak ki, vagy olyan bolygók magjából származó töredékeknek, amelyek már elpusztultak. Kémiai összetételük arra utal, hogy a Föld magja elsősorban vasból és nikkelből áll, esetleg néhány százalék szilíciumból vagy kénből. Ezek az adatok azonban csak előzetesek, és nem elég részletesek ahhoz, hogy bármit is véglegesen megerősítsenek.

Eközben a szeizmológia sokkal konkrétabb képet nyújt. A földrengésekből származó szeizmikus hullámok, ahogy áthaladnak a Földön, sebességük az áthaladó anyag típusától függően változik. Azzal, hogy összehasonlítják a hullámok megfigyelőállomásokhoz való eljutásához szükséges időt az ásványok és fémek terjedési sebességére vonatkozó kísérleti eredményekkel, a tudósok modelleket készíthetnek a bolygó belső szerkezetéről.

Az eredmények azt mutatják, hogy a Föld magja körülbelül 10%-kal könnyebb, mint a tiszta vas. Figyelemre méltó, hogy a folyékony halmazállapotú külső mag sűrűbb, mint a belső mag, ami paradoxonként csak néhány külső elem jelenlétével magyarázható.

A lehetséges összetétel leszűkítése után azonban a probléma továbbra sem oldódik meg. A különböző forgatókönyvek több száz Celsius-fokkal eltérő olvadási hőmérsékleteket eredményeznek, ami megnehezíti a mag tulajdonságainak pontos meghatározását.

Egy új korlátozás

Egy új kutatásban a tudósok ásványtan segítségével próbálták megérteni, hogyan kezdett fagyni a Föld magja – ez egy sokkal specifikusabb megközelítés, mint a meteorológia és a szeizmológia.

A szimulációk azt mutatják, hogy amikor a folyékony fém atomjai szilárd anyagokká kristályosodnak, minden ötvözetnek más szintű „túlhűtést” kell alkalmaznia, azaz az olvadáspontja alá kell csökkentenie a hőmérsékletét. Minél erősebb ez a folyamat, annál könnyebben fagy meg a folyadék.

Például a fagyasztóban lévő víz órákig extrém hideg maradhat -5°C-on, mielőtt megfagy, míg egy felhőben lévő vízcsepp mindössze néhány perc alatt jégesővé alakul -30°C-on.

A számítások azt mutatják, hogy a mag maximális túlhűlési hőmérséklete körülbelül 420°C-kal az olvadáspontja alatt van. Ha ezt a hőmérsékletet túllépik, a belső mag szokatlanul nagy lesz a szeizmikus adatokhoz képest. Eközben a tiszta vas kristályosodásához 1000°C szükséges, ami lehetetlen, mivel addigra a teljes mag megszilárdulna.

A szilícium vagy kén hozzáadása nem segít; akár a mag további túlhűtését is igényelheti.

Csak akkor érthető a kép, ha a szenet is figyelembe vesszük. Ha a mag tömegének 2,4%-a szén, akkor körülbelül 420°C szükséges a belső mag megfagyásához; 3,8% szénnel ez a hőmérséklet 266°C-ra csökken. Ez sokkal valószínűbb adat. Ez az első bizonyíték arra, hogy a szén kulcsszerepet játszik a mag kristályosodási folyamatában.

A mag azonban semmiképpen sem állhatott kizárólag vasból és szénből, mivel a szeizmikus adatok legalább egy másik elem jelenlétére utalnak. A kutatások felvetik annak lehetőségét, hogy a mag oxigént, vagy akár szilíciumot is tartalmaz.

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