
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






Hozzászólás (0)