"Kuarza" di teras bumi?

Di dalam teras luar bumi, selain dari besi, silikon dioksida juga boleh menjadi kristal

Daripada membentuk aloi dengan besi cair, silikon dan oksigen di inti luar boleh bertindak balas antara satu sama lain. © Kelvin Song / CC-by-sa 3.0
membaca dengan kuat

Kejutan dalam Teras Bumi: Unsur-unsur yang lebih ringan di inti luar mungkin berperilaku berbeza daripada yang diharapkan. Daripada membentuk aloi besi, silikon dan oksigen dapat bertindak balas antara satu sama lain dan mengkristalisasi silika - sebatian yang membentuk pasir kuarza. Sekiranya keputusan ini disahkan oleh eksperimen bertekanan tinggi, penghabluran ini mungkin menjadi daya penggerak untuk geoderma, seperti yang dilaporkan penyelidik dalam jurnal "Alam".

Inti Bumi membentuk asas bagi medan magnet bumi perlindungan dan dengan itu akhirnya untuk kehidupan duniawi. Kerana tanpa interaksi teras, pepejal dan teras cecair luar, medan magnet bumi tidak akan wujud. Tetapi apabila betul-betul inti dalaman bumi membeku dan dari mana ia masih wujud selain besi, setakat ini dipertikaikan atau tidak diketahui.

Lebih daripada sekadar besi

"Inti bumi kebanyakannya besi dan nikel kecil, tetapi ia juga mengandungi kira-kira sepuluh peratus elemen ringan seperti silikon, oksigen, sulfur, karbon, hidrogen dan banyak lagi, " jelas Kei Hirose dari Institut Teknologi Tokyo. "Kami mengesyaki bahawa beberapa elemen ini wujud secara serentak, tetapi kami tidak tahu dalam perkadaran apa."

Untuk mengetahui lebih lanjut mengenainya, Hirose dan rakan-rakannya di makmal kini telah mendedahkan sampel besi, silikon dan oksigen kepada keadaan yang berlaku di teras bumi. Laser yang dipanaskan sampel sehingga 4, 500 darjah dan tekan setem berlian menundukkan mereka kepada tekanan sehingga 145 gigapascals. Para penyelidik ingin melihat aloi yang terbentuk.

Silika bukannya aloi besi

"Pada masa lalu, penyelidikan mengenai aloi di teras Bumi kebanyakannya memberi tumpuan kepada aloi besi dengan unsur lain, " kata Hirose. "Tetapi kami telah memutuskan untuk menguji aloi dalam elemen kami dengan dua elemen tambahan yang kami percaya adalah kedua-duanya di teras bumi."

Press set berlian meletakkan sampel di bawah tekanan tinggi. Institute Institut Teknologi Tokyo

Untuk mengejutkan para penyelidik yang terbentuk dalam sampel tiada aloi besi, tetapi ia adalah silikon dioksida sebatian, contohnya, terdiri daripada pasir kuarza. Sebaik sahaja sampel itu berada di bawah suhu tertentu, kristal silikon dioksida dikristalisasi, meninggalkan besi di belakangnya.

Lapisan kristal di sempadan teras

Sekiranya proses penghabluran ini juga berlaku di teras luar bumi, maka ini akan mempunyai beberapa kesan yang menarik. Yang pertama: "Ini memberi kami petunjuk tentang betapa hebatnya kepekatan silikon dan oksigen dalam teras bumi ini, " jelas rakan sekerja Hirose George Helffrich. Kerana pembentukan silikon dioksida memerlukan nisbah kuantiti tertentu. Di samping itu, teras luar tidak boleh mengandungi lebih banyak silikon dan oksigen daripada had tepu silikon dioksida.

Di sisi lain, ini mungkin bermakna bahawa komposisi teras luar berubah secara perlahan sepanjang sejarah bumi: lebih banyak planet menyejukkan, semakin banyak silika mengkristal di pinggir mantel Bumi, "Penyejuk 100 Kelvin akan memimpin model termodinamik kami ke lapisan silika tulen dua kilometer di sempadan teras pelapis, " kata penyelidik. Ini seterusnya mengurangkan kepekatan unsur-unsur ini dalam inti luar.

Angkatan memandu untuk geodynamo?

Walau bagaimanapun, lebih menarik ialah kesan yang berpotensi penghabluran ini terhadap keseimbangan haba dan tenaga teras Bumi: "Oleh kerana penghabluran bermula pada kedalaman kedalaman, SiO2 berkumpul di bahagian atas teras, cecair sisa yang lebih padat dengan kurang silikon dan oksigen, sebaliknya, ia tenggelam ke dalam teras, "jelas penyelidik. Ini menimbulkan arus dalam teras luar dan dengan itu perolakan yang memacu geodynamo.

Pada masa yang sama, ini juga dapat menjelaskan persoalan di mana tenaga untuk dinamo ini dan dengan itu medan magnet bumi datang dari Bumi awal, sebagaimana yang diterangkan saintis. "Pengiraan kami menunjukkan bahawa penghabluran silikon dioksida boleh menjadi sumber tenaga yang sangat besar untuk medan magnet, " kata Hirose.

Sekalipun teras batin Bumi menguatkan kemudian daripada beberapa pakar geoscientis, konveksi yang disebabkan oleh penghabluran semata-mata mungkin cukup untuk menyebabkan geodynamo, seperti Hirose dan rakan-rakannya menjelaskan. (Alam, 2017; doi: 10.1038 / nature21367)

(Alam / Institut Teknologi Tokyo, 27.02.2017 - NPO)