Zinātnieki teorē, ka Zemes iekšienē apstākļi ir ārkārtīgi karsti un ar paaugstinātu spiedienu. Tas ļauj galvenokārt sadalīt dzelzs un niķeļa kodolu starp cietu iekšējo un šķidru ārējo reģionu. Tiek uzskatīts, ka šī kodola dinamika ir atbildīga par mūsu planētas aizsargājošās magnetosfēras virzīšanu, tāpēc zinātnieki ir apņēmušies uzlabot savu izpratni par to.
Pateicoties jauniem pētījumiem, ko veica starptautiska zinātnieku komanda, šķiet, ka arī pamatreģions iegūst taisnīgu “sniega” daļu! Citiem vārdiem sakot, viņu pētījumi parādīja, ka ārējā kodolā sīkas dzelzs daļiņas sacietē un nokrīt, veidojot pāļus, kuru biezums ir līdz 320 km (200 jūdzes) virs ārējā serdeņa. Šie atklājumi varētu ievērojami uzlabot mūsu izpratni par spēkiem, kas ietekmē visu planētu.
Pētījumu veica Teksasas universitātes Ostinas Džeksona Ģeoloģijas zinātņu skolas pētnieku grupa, kuru vadīja prof. Youjun Zhang no Sičuanas Universitātes Atomu un molekulārās fizikas institūta. Pētījums, kas raksturo viņu pētījumu, tika publicēts žurnāla 23. decembra numurā Geophysical Research (JGR) žurnāls par cietvielu.
Zemes dziļumu izpēte nav viegls uzdevums, jo radars, kas iekļūst zemē, nevar noteikt, ka dziļa un tieša paraugu ņemšana ir absolūti neiespējama. Tā rezultātā pētnieki ir spiesti izpētīt Zemes interjeru, izmantojot seismoloģijas zinātni - t.i., skaņas viļņu izpēti, ko rada ģeoloģiskā darbība un kuri regulāri šķērso planētu.
Izmērot un analizējot šos viļņus, ģeoloģijas zinātnieki var iegūt labāku priekšstatu par interjera struktūru un kompozīciju. Pēdējos gados viņi ir pamanījuši neatbilstību starp seismiskajiem datiem un pašreizējiem Zemes kodola modeļiem. Būtībā izmērītie viļņi kustētos lēnāk, nekā paredzēts, šķērsojot ārējā kodola pamatni, un ātrāk, pārvietojoties pa iekšējā kodola austrumu puslodi.
Lai atrisinātu šo noslēpumu, profesors Džans un viņa kolēģi ierosināja, ka ārējā kodolā varētu notikt dzelzs daļiņu kristalizācija, izveidojot “sniegotu” iekšējo kodolu. Teoriju, ka vircas slānis pastāv starp iekšējo un ārējo kodolu, pirmo reizi ierosināja S. I. Braginskii 1963. gadā, taču tā tika noraidīta, ņemot vērā dominējošās zināšanas par siltuma un spiediena apstākļiem kodolā.
Tomēr, izmantojot virkni eksperimentu, kas veikts ar kodoliem līdzīgiem materiāliem, un jaunākus zinātniskus pētījumus, profesors Džans un viņa komanda spēja parādīt, ka kristalizācija ārējā kodolā patiešām ir iespējama. Turklāt viņi atklāja, ka apmēram 15% no ārējās serdes apakšējās daļas varētu būt izgatavoti no kristāliem, kuru pamatā ir dzelzs, kuri galu galā nokrīt un nosēdīsies virs cietās iekšējās serdes.
"Tas ir savādi, par ko jādomā," sacīja Niks Digerts, Tenesī universitātes docents, kurš palīdzēja veikt pētījumu kā daļu no pēcdoktorantūras stipendijas ar JSG. "Jums ārējā kodolā ir kristāli, kas vairāku simtu kilometru attālumā slīd uz iekšējās serdes."
Kā paskaidroja prof. Jung-Fu Lin (cits pētījuma līdzautors), tas ir līdzīgs tam, kā vulkānos veidojas ieži. "Zemes metāliskais kodols darbojas kā magmas kamera, kuru mēs garozā pazīstam labāk," viņš sacīja. Komanda pat salīdzināja procesa cepuri, izraisot dzelzs daļiņu pāļu veidošanos Zemes ārējā kodolā ar to, kas notiek magmas kamerās tuvāk Zemes virsmai.
Kamēr minerālu sablīvēšana rada tā saukto “kumulēto iežu” magmas kamerās, dzelzs daļiņu sablīvēšanās dziļi Zemes iekšienē veicina iekšējā serdeņa augšanu un ārējā serdeņa saraušanos. Šo daļiņu uzkrāšanās pret ārējo serdi ņemtu vērā seismiskās aberācijas, jo ātruma izmaiņas izskaidro atšķirības starp austrumu un rietumu puslodi.
Ņemot vērā kodola ietekmi uz visas planētas parādībām - piemēram, iepriekšminēto magnetosfēru un karsēšanu, kas virza tektonisko aktivitāti -, lai labāk izprastu, kā šie lielākie procesi darbojas, ir svarīgi uzzināt vairāk par tā sastāvu un uzvedību. Šajā sakarā prof. Džan un viņa kolēģu veiktie pētījumi varētu palīdzēt atrisināt sen risinātos jautājumus par Zemes interjeru un tā izveidi.
Kā teica Brūss Bafets, UC Berkley ģeoloģijas zinātņu profesors, kurš pēta planētu interjerus (un pētījumā nebija iesaistīts):
“Modeļa prognožu saistīšana ar anomālajiem novērojumiem ļauj izdarīt secinājumus par šķidrā serdeņa iespējamajiem sastāviem un varbūt šo informāciju savienot ar apstākļiem, kas valdīja laikā, kad veidojās planēta. Sākuma apstāklis ir svarīgs faktors, lai Zeme kļūtu par mums zināmo planētu. ”
Ņemot vērā veidu, kā tiek uzskatīts, ka Zemes magnetosfērai un tās tektoniskajai aktivitātei ir bijusi būtiska loma dzīvības rašanās un evolūcijā, mūsu planētas interjera dinamikas izpratne varētu arī palīdzēt medībās potenciāli apdzīvojamām eksoplanetām - nemaz nerunājot par papildu zemes dzīve!
Pētījumu finansēja Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds, Centrālo universitāšu fundamentālo pētījumu fondi, Džeksona Ģeoloģijas zinātņu skola, Nacionālais zinātnes fonds un Sloanas fonds.
