Nucleul Pământului se schimbă: un fenomen puțin cunoscut creează un nou strat misterios

Apa de la suprafața Pământului poate ajunge până în adâncul planetei, iar noi cercetări explică modul în care aceasta modifică regiunea exterioară a nucleului sub formă de topitura metalică.

Această descoperirea ar putea explica prezența unui strat subțire din interiorul planetei care i-a nedumerit pe geologi de zeci de ani.

Scoarța terestră este compusă din plăci tectonice care se macină și alunecă unele sub altele de-a lungul a miliarde de ani. Aceste zone de subducție au transportat apa către mantaua inferioară.

Când această apă ajunge la limita nucleu-manta, la aproximativ 2.900 de kilometri sub scoarţa terestră, declanșează o reacţie chimică puternică. O echipă de cercetători din Coreea de Sud, SUA și Germania a arătat că acest fenomen creează un strat bogat în hidrogen la periferia nucleului extern și trimite silice către mantaua inferioară.

Structura internă a Pământului. Credit: Wikipedia

„Ani de zile s-a crezut că schimbul de elemente chimice între nucleul Pământului și manta nu este substanțial.

Cu toate acestea, experimentele noastre recente de înaltă presiune dezvăluie un scenariu diferit. Am descoperit că atunci când apă ajunge la limita nucleu-manta, ea reacționează cu siliciul din nucleul exterior formând silice”, afirmă cercetătorul Dan Shim de la Universitatea de Stat din Arizona.

O ilustrație a interiorului Pământului care prezintă subducția apei. Credit: Universitatea Yonsei

Amestecul de fier și nichel al nucleului exterior are un rol important în generarea câmpului magnetic al Pământului, cel care protejează în esență viața de pe planetă de vânturile solare și de radiațiile cosmice. Prin urmare, este important să înțelegem cum funcționează interiorul Pământului și cum a evoluat de-a lungul timpului.

Limita nucleu exterior-manta din interiorul Pământului se schimbă destul de brusc de la silicat la metal și nu se cunosc prea multe despre schimburile chimice.

Cu zeci de ani în urmă, cercetătorii care înregistrau undele seismice prin interiorul Pământului au detectat un strat subțire având câteva sute de kilometri grosime, dar până acum nimeni nu știa de unde provine acest strat „E prim”.

„Sugerăm că un schimb chimic între nucleu și manta de-a lungul a miliarde de ani ar fi contribuit la formarea acestui strat”, susţin cercetătorii.

Seismologii au cartografiat câteva caracteristici neobișnuite care sugerează că acest strat metalic lichid este mai puțin dens și implicit vitezele seismice sunt mai mici. Se crede că aceste diferențe de densitate implică diferite concentrații de elemente ușoare, cum ar fi hidrogenul sau siliciul.

O creștere a concentrației unui singur element chimic ușor ar face ca viteza să crească în timp ce densitatea scade, ceea ce face dificilă reconcilierea observațiilor seismice cu stabilitatea dinamică a stratului „E prim”.

Creșterea concentrației unui element chimic ușor simultan cu scăderea concentrației altuia a fost prezentată ca o posibilă explicație. Cu toate acestea, oamenii de știință nu cunoșteau un astfel de proces chimic de schimb.

Cercetătorii au folosit celule diamant nicovală încălzite cu laser pentru a imita condițiile de presiune și temperatură de la limita nucleu-manta.

Ei au arătat că prin subducţie apa ajunsă în nucleul Pământului ar putea reacționa chimic cu elementele chimice de acolo formând o peliculă bogată în hidrogen la periferia nucleului exterior și dispersând cristalele de silice care se ridică și intră în manta.

Ilustrație a cristalelor de silice care ies din metalul lichid al nucleului exterior al Pământului ca urmare a subducţiei apei care declanșează o reacție chimică. Credit: Dan Shim/ASU

Stratul bogat în hidrogen și sărac în siliciu care se formează în partea superioară a nucleului ar avea o densitate mai mică și o viteză de propagare a undelor seismice mai mică, ceea ce se potriveşte cu observațiile undelor seismice.

Cercetătorii sugerează un impact semnificativ asupra ciclului apei în adâncime, rezultatele lor indicând un ciclu global al apei mai complex decât s-a crezut.

„Această descoperire, împreună cu observația noastră anterioară a diamantelor care se formează din apa care reacționează cu carbonul din fierul lichid sub presiune extremă indică o interacțiune mult mai dinamică nucleu-manta, sugerând un schimb substanțial de elemente chimice”, afirmă Shim.

Studiul a fost publicat în Nature Geoscience.

Traducere după Earth’s Core Is Changing: Little-Known Phenomenon Is Creating a Mysterious New Layer