Duboko ispod naših nogu, na više od pet tisuća kilometara dubine, nalazi se unutarnja jezgra Zemlje – kugla od legure željeza podvrgnuta nezamislivim tlakovima i temperaturama koje se mogu usporediti s onima na površini Sunca. Desetljećima se smatralo da je ta jezgra kruta, čvrsta metalna sfera. Međutim, najnovije istraživanje kineskih znanstvenika otkriva nešto posve drugačije i puno čudnije: čini se da Zemljina jezgra nije u potpunosti čvrsta, već postoji u bizarnom, hibridnom stanju materije koje je istovremeno i kruto i tekuće, piše Science Alert.
Još od tridesetih godina prošlog stoljeća, prevladavajući model Zemljine unutrašnjosti opisivao je tekuću vanjsku jezgru i čvrstu unutarnju jezgru, koja je zbog ekstremnog tlaka ostala kruta unatoč paklenoj vrućini. Ipak, seizmološki podaci prikupljeni tijekom godina nisu se u potpunosti slagali s tom slikom. Mjerenja su pokazala da se seizmički valovi, koji znanstvenicima služe kao svojevrstan ultrazvuk za proučavanje unutrašnjosti planeta, usporavaju dok prolaze kroz jezgru.
To je upućivalo na to da je jezgra neočekivano "mekana" ili savitljiva, poput maslaca, a ne kruta kao što bi se očekivalo od komada željeza. Ova anomalija dugo je zbunjivala geofizičare.
Kako nešto može biti istovremeno i čvrsto pod pritiskom od preko tri milijuna atmosfera, a opet se ponašati kao da je djelomično tekuće? Odgovor bi mogao ležati u takozvanom superionskom stanju, egzotičnom obliku materije za koji su računalne simulacije još 2022. godine predvidjele da bi mogao postojati u jezgri, prenosi 24sata.hr.
Sada su znanstvenici po prvi put to i eksperimentalno dokazali.
Da bi potvrdili teoriju, tim koji je vodio fizičar Youjun Zhang sa Sveučilišta Sichuan osmislio je nevjerojatan eksperiment. Koristeći specijalizirani dvostupanjski plinski top, ispaljivali su sićušne projektile od legure željeza i ugljika brzinom većom od sedam kilometara u sekundi. Ti su projektili udarali u metu, stvarajući udarni val koji je uzorak materijala sabio na tlak do 140 gigapaskala i zagrijao ga na gotovo 2600 Kelvina. Iako su ti uvjeti nešto blaži od onih u samoj jezgri (330-360 GPa i do 6000 K), bili su dovoljni da se oponašaju ključni aspekti okoliša u središtu Zemlje.
Cijeli proces trajao je tek nekoliko nanosekundi, no to je bilo dovoljno da se uz pomoć lasera i brzih senzora izmjere ključna svojstva materijala. Rezultati su bili zapanjujući: legura je pokazala drastično smanjenu krutost i ponašanje koje se savršeno podudaralo sa seizmološkim podacima o "mekanoj" jezgri.
U superionskom stanju, teža atomska struktura ostaje fiksirana na mjestu, poput kristalne rešetke u čvrstom tijelu, dok se lakši atomi kreću kroz nju gotovo slobodno, kao da su u tekućem stanju. U slučaju Zemljine jezgre, to znači da željezo tvori čvrst, stabilan "kostur", dok se znatno lakši atomi ugljika provlače i teku kroz praznine u toj rešetki.
- U ovom stanju, atomi ugljika postaju iznimno pokretni i difuziraju kroz kristalnu željeznu strukturu, poput djece koja se provlače kroz plesače u kvadratnom plesu, dok samo željezo ostaje čvrsto i uređeno. Ova takozvana 'superionska faza' dramatično smanjuje krutost legure - pojasnio je profesor Zhang.
Ovaj dinamični model ne samo da rješava zagonetku usporenih seizmičkih valova, već otvara i nove poglede na druge procese unutar planeta. Kretanje lakših elemenata unutar jezgre moglo bi biti dosad zanemaren izvor energije za geodinamo – mehanizam koji stvara i održava Zemljino magnetsko polje, štit koji nas čuva od štetnog sunčevog zračenja.
Ovo otkriće predstavlja temeljnu promjenu u načinu na koji znanstvenici promatraju središte našeg planeta. Umjesto statične, krute kugle, sada se na unutarnju jezgru gleda kao na dinamično i kompleksno mjesto gdje materija postoji u stanju koje prkosi jednostavnim definicijama.
- Udaljavamo se od statičnog, krutog modela unutarnje jezgre prema dinamičnom - zaključuje Zhang.
Razumijevanje ovog skrivenog stanja materije približava nas korak bliže otkrivanju tajni unutrašnjosti planeta sličnih Zemlji, što bi u budućnosti moglo pomoći i u proučavanju magnetskih polja i evolucije udaljenih egzoplaneta.