Mit tartalmaz a Föld magja?

(Dan Tri) - A Föld szilárd magja nemcsak vasból áll, hanem szenet, oxigént és szilíciumot is tartalmaz. Ez a felfedezés megnyitja a megoldást arra az évszázados rejtélyre, hogyan alakítja ki és tartja fenn a mag az életet védő mágneses mezőt.

A Föld magja nemcsak vasból áll, 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: milyen forró, miből áll, és mikor kezdett megfagyni? Egy friss felfedezés közelebb viszi a tudósokat mindhárom kérdés megválaszolásához.

A belső mag hőmérsékletét körülbelül 5000 Kelvinre (4727 °C) becsülik. A kezdetben folyékony mag idővel lehűl, szilárd belsejét kristályosítja és kitágul. Ez a hőfelszabadulás lemeztektonikus áramlatokat hoz létre.

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

Közvetlen hozzáférés hiányában azonban a tudósok kénytelenek becslésekre hagyatkozni a mag hűlési mechanizmusának és tulajdonságainak megértéséhez. Ennek tisztázása érdekében a legfontosabb tényező az olvadási hőmérséklet meghatározása.

A szeizmológiának – a földrengéshullámokat tanulmányozó tudománynak – köszönhetően pontosan tudjuk, hol húzódik a szilárd és a folyékony magok közötti határ. Ezen a határon mért hőmérséklet egyben az olvadáspont is, az a pont, ahol a fagyás megkezdődik.

Ezért, ha az olvadási hőmérséklet pontosan meghatározható, az emberek jobban megértik majd a mag valódi hőmérsékletét és a benne lévő kémiai összetételt.

Titokzatos kémia

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

A meteoritokat a még ki nem alakult bolygók „maradványainak”, vagy a megsemmisült bolygók magjából származó töredékeknek tekintik. Kémiai összetételük arra utal, hogy a Föld magja főként vasból és nikkelből áll, esetleg néhány százalék szilíciummal vagy kénnel keverve. Ezek az adatok azonban csak előzetesek és nem elég részletesek ahhoz, hogy véglegesek legyenek.

A szeizmológia ezzel szemben sokkal részletesebb képet kínál. A földrengésekből származó szeizmikus hullámok különböző sebességgel terjednek a Földön, az áthaladó anyagtól függően. A mérőállomásokon a hullámok érkezési idejének összehasonlításával az ásványokban és fémekben mért terjedési sebesség kísérleti eredményeivel a tudósok modelleket építhetnek a bolygó belsejéről.

Az eredmények azt mutatták, hogy a Föld magja körülbelül 10%-kal könnyebb, mint a tiszta vas. Különösen a folyékony külső mag sűrűbb, mint a szilárd belső mag – ez a paradoxon csak néhány kisebb elem jelenlétével magyarázható.

De még a lehetséges összetételek körének leszűkítésével is a rejtély továbbra sem oldódik meg. A különböző forgatókönyvek több száz Celsius-fokkal eltérő olvadási hőmérsékleteket eredményeznek, ami megnehezíti a mag pontos tulajdonságainak meghatározását.

Egy új korlátozás

Az új tanulmányban a tudósok ásványfizikát használtak annak megértésére, hogyan kezdett megfagyni a Föld magja – ez egy specifikusabb megközelítés, mint a meteorológia és a szeizmológia.

A szimulációk azt mutatják, hogy ahogy a folyékony fém atomjai szilárd halmazállapotúvá kristályosodnak, minden ötvözetnek más szintű „túlhűtésre”, vagyis az olvadáspontja alá való lehűtésre van szüksége. Minél intenzívebb a folyamat, annál valószínűbb, hogy a folyadék megfagy.

Például a fagyasztóban lévő víz órákig -5°C-ra hűlhet, mielőtt megfagyna, míg a felhőkben lévő vízcseppek -30°C-on mindössze néhány perc alatt jégesővé válhatnak.

A számítások azt sugallják, hogy a mag maximális túlhűlése körülbelül 420°C-kal az olvadáspontja alatt van. Ha ezt az értéket túllépnénk, a belső mag szokatlanul nagy lenne a szeizmikus adatokhoz képest. Eközben a tiszta vasnak 1000°C-ra lenne szüksége a kristályosodáshoz, ami lehetetlen, mert az egész mag megszilárdulna.

A szilícium vagy a kén hozzáadása sem segít, sőt, akár tovább is lehűtheti a magot.

Csak akkor nyer értelmet a kép, ha a szenet is figyelembe vesszük. Ha a mag tömegének 2,4%-a szén, akkor körülbelül 420°C-ra lenne szükség 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 jelentős szerepet játszik a mag kristályosodásában.

A mag azonban nem állhat csak vasból és szénből, mivel a szeizmikus adatok legalább egy másik elemet is megkövetelnek. A kutatások azt sugallják, hogy a mag oxigént, sőt szilíciumot is tartalmazhat.

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