Nova studija otkrila je kako je temperatura blizu središta Zemlje oko 6000 stupnjeva, što je za 1000 stupnjeva više nego što je to pokazao prethodni eksperiment proveden prije 20 godina. Ovi rezultati potvrdili su geofizički model prema kojem razlika u temperaturi između krute jezgre i plašta iznad nje mora biti najmanje 1500 stupnjeva kako bi Zemlja imala magnetsko polje. Osim toga, znanstvenici su otkrili i zašto je prethodni eksperiment pokazivao manju temperaturu u središtu Zemlje.
Studija je objavljena u travanjskom izdanju časopisa Nature.
Ovo istraživanje proveo je tim vođen Agnes Dewaele iz Francuske organizacije za tehnološka istraživanja (CEA).
Zemljina se jezgra sastoji od sfere rastaljenog željeza na temperaturi višoj od 4000 °C pri tlaku od 1.3 milijuna standardne atmosfere (atm). U ovim uvjetima željezo je tekuće poput vode u oceanima. U samom središtu Zemlje, temperatura je još viša zbog čega je željezo u krutom stanju.
Analizom seizmičkih valova koji prolaze kroz Zemlju otkriveno je koliko je debela tekuća i tvrda jezgra, pa čak i koliko se tlak povećava s dubinom. Ipak, ovi valovi ne govore nam ništa o temperaturi koja ima veliki utjecaj na kretanje materijala u tekućoj jezgri i krutom omotaču iznad nje. Razlika u temperaturi između omotača i jezgre glavni je pokretač termalnih kretnji koji zajedno s rotacijom Zemlje djeluju kao dinamo koji pokreće Zemljino magnetsko polje. Ovo novo otkriće o temperaturi u unutrašnjosti Zemlje podupire i geofizički model koji objašnjava formiranje i aktivnost tzv. vrućih točaka na Zemlji, poput vulkana na Havajima ili otoku La Reunion.
Kako bi dobili točan uvid u temperaturu unutrašnjosti Zemlje, znanstvenici su analizirali točku taljenja željeza na različitim tlakovima. Koristili su dijamantni nakovanj kako bi zgusnuli male uzorke željeza tlakom od nekoliko milijuna standardne atmosfere, a nakon toga su ih laserom zagrijali na temperaturu od 5000 stupnjeva.”Postupak je bio vrlo složen jer se uzorak željeza morao termalno izolirati i nije smio kemijski reagirati s okolinom. Čak ako uzorak i dosegne temperaturu i tlak kakav je u središtu Zemlje, takvi uvjeti održat će se tek nekoliko sekundi. U tom razdoblju teško je procijeniti hoće li se željezo početi taliti ili će ostati u krutom stanju”, rekla je Dewaele.
Potom su na red došle X zrake. “Razvili smo novu tehniku koja pomoću snopova X zraka iz sinkrotrona može otkriti je li uzorak u krutom ili tekućem stanju ili je tek djelomično rastaljen – taj se proces naziva difrakcija”, rekao je Mohamed Mezouar iz ESRF-a.
U eksperimentu su znanstvenici postavili talište željeza na 4.800 stupnjeva, a tlak je bio 2.2 milijuna standardne atmosfere, a zatim su pomoću ekstrapolacijske metode otkrili da će na granici krute i tekuće jezgre na tlaku od 3.3 milijuna standardne atmosfere temperatura biti 6.000 stupnjeva (+/- 500 stupnjeva).
Znanstvenici također smatraju da mogu objasniti zašto je 1993. godine Reinhard Boehler smatrao da je temperatura u središtu Zemlje niža za 1000 stupnjeva – na temperaturi od 2400 stupnjeva, na površini uzoraka željeza se javlja efekt rekristalizacije što mijenja kristalnu strukturu krutog željeza. U eksperimentu provedenom prije 20 godina korištena je optička tehnika pomoću koje se procjenjivalo je li uzorak u krutom ili rastaljenom stanju, a vrlo je vjerojatno da je Boehler nastalu rekristalizaciju protumačio kao taljenje.
“Ponosni što je naš eksperiment potvrdio zasad najbolju teoriju o prijenosu topline iz Zemljine jezgre i pokretanju magnetskog polja planeta. Nadam se da ćemo u bliskoj budućnosti uz pomoć sinkrotrona moći stvoriti i istražiti svaku tvar u Zemljinoj unutrašnjosti”, zaključila je Dewaele.
Izvor: European Synchrotron Radiation Facility
