Styk stałego płaszcza i ciekłego jądra zewnętrznego to fascynujące miejsce. Mamy tam do czynienia z materią w stałym i ciekłym stanie skupienia, stykającą się przy niezwykle wysokich temperaturach.
W najnowszym artykule badawczym opublikowanym na łamach periodyku Nature Geoscience, naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Arizony, Yonsei University w Korei Południowej, Uniwersytetu w Chicago oraz synchrotronu w Hamburgu wskazują na to, że na styku tych dwóch warstw powstaje właśnie zupełnie nowa warstwa. To w niej przechodzące przez wnętrze naszej planety fale sejsmiczne zwalniają. Doświadczenie geologów wskazuje, że powinno to łączyć się z wymianą chemiczną pomiędzy płaszczem i metalicznym jądrem.
Obszar ten znajdujący się 2700 kilometrów pod powierzchnią Ziemi oznaczono jako “warstwa E”. Owa warstwa stanowi zatem najbardziej zewnętrzną część jądra o grubości od kilkudziesięciu do kilkuset kilometrów. Jak dotąd nie było wiadomo, w jaki sposób ta warstwa powstała.
Czytaj także: Wnętrze Ziemi ochładza się szybciej niż sądzono. Nasza planeta może podzielić losy Marsa i Merkurego
Naukowcy podejrzewają, że woda zawarta w wielu różnych minerałach na skutek subdukcji jest wciągana na coraz większe głębokości. Gdy owe minerały zawierające wodę z powierzchni Ziemi docierają do dna płaszcza ziemskiego, woda z ich wnętrza wchodzi w interakcje z niezwykle gorącym i ciekłym jądrem zbudowanym ze stopu żelaza i niklu. Problem w tym, że takich warunków, jakie panują 2700 km pod powierzchnią Ziemi, na powierzchni Ziemi nie sposób odtworzyć. Z tego też powodu naukowcy musieli uciec się do symulacji.
Aby stworzyć wnętrze Ziemi w laboratorium, badacze skierowali wiązkę laserową na kowadło diamentowe. Dzięki temu znajdujące się w nim materiały doświadczały warunków zarówno wysokiego ciśnienia, jak i temperatury zbliżonych do tych, które panują 2700 km pod Ziemią. Obserwując zachodzące tam procesy, badacze dostrzegli procesy powstawania takich związków jak SiO2 i FeHx. Tlenek krzemu jest następnie pochłaniany przez płaszcz i usuwany z tejże warstwy. Na miejscu, w górnej warstwie jądra zewnętrznego pozostają jednak wodorki żelaza.
To zaskakujące odkrycie, bowiem pod wielu lat przyjmowana, że wymiana materii między jądrem a płaszczem jest niewielka. Teraz okazuje się, że do granicy płaszcz-jądro zewnętrzne dociera woda z powierzchni Ziemi, a następnie reaguje z krzemem pochodzącym z jądra, tworząc ostatecznie krzemionkę.
Czytaj także: Jądro wewnętrzne Ziemi wcale nie jest stałe. Przez dekady żyliśmy w błędzie
Co to wszystko oznacza? Naukowcy wskazują, że warstwa E stopniowo wzbogacana jest o lekki wodór oraz stopniowo traci cięższy krzem. To z kolei oznacza, że warstwa ta ma niższą gęstość, a to oznacza także niższą prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych, co z kolei potwierdzają konkretne dane sejsmiczne.
Warto tutaj jednak zachować pewną zdrową dawkę sceptycyzmu. W opisywanym wyżej artykule naukowym znajdują się solidne dowody na to, że pomiędzy płaszczem a jądrem zewnętrznym Ziemi dochodzi do wymiany pierwiastków. Całkiem możliwe, że istotną rolę w tej zmianie odgrywa woda docierająca tam z powierzchni Ziemi. Czy tak jest na pewno? Tego nie jesteśmy w stanie ustalić. Warto tutaj także pamiętać, że woda, która teraz może stanowić komponent reakcji chemicznych zachodzących na styku płaszcza i jądra zewnętrznego rozpoczęła swoją podróż do wnętrza Ziemi najprawdopodobniej miliony lat temu. Procesy geologiczne i tektoniczne rozgrywają się na przestrzeni całych eonów. Woda, która obecnie znajduje się w morzach i oceanach Ziemi, może być już zupełnie inna niż ta, która właśnie tworzy warstwę E.