Jordens brændende kerne er ikke en ensomhed - den er blevet fanget blandet med andre, underjordiske lag. Det er ifølge en ny undersøgelse, der fandt, at den inderste del af planeten lækker noget af dets indhold i kappejakker, hvoraf nogle til sidst når Jordens overflade.
Denne opdagelse hjælper med at afvikle en debat, der har raset i årtier: om kernen og mantlen udveksler noget materiale, sagde forskerne.
"Vores fund antyder, at noget kernemateriale overføres til basen af disse mantelrøver, og kernen har lækket dette materiale i de sidste 2,5 milliarder år," skrev forskerne i The Conversation, et websted, hvor forskere skriver om deres forskning for offentlig.
Fundet blev muliggjort af metal wolfram (W), element 74 på det periodiske bord. Hvis wolfram opretter en datoprofil, bemærker den, at det er en siderofil eller "jernelsker." Så det er ingen overraskelse, at en masse wolfram hænger ud i Jordens kerne, der primært er lavet af jern og nikkel.
På sin profil viser wolfram også, at den har et par isotoper (et element med et andet antal neutroner i sin kerne), herunder W-182 (med 108 neutroner) og W-184 (med 110 neutroner). Mens de udarbejdede deres undersøgelse, indså forskerne, at disse isotoper kunne hjælpe dem med at løse det kernelækende spørgsmål.
Et andet element, hafnium (Hf), er en litofil, hvilket betyder, at den elsker klipper og kan findes i Jordens silikatrige mantel. Med en halveringstid på 8,9 millioner år nedbrydes hafniums radioaktive isotop Hf-182 til W-182. Dette betyder, at mantelen skal have mere W-182 end kernen gør, forklarede forskerne.
"Derfor kan kemisk udveksling mellem kernen og kilden til mantelrøver være påviselig i 182W / 184W-forholdet mellem havø-basalter," som kommer fra plommer i mantelen, skrev forskerne i undersøgelsen.
Men denne forskel i wolfram ville være utroligt lille: wolfram-182-sammensætningen i mantelen og kernen forventedes kun at variere med omkring 200 dele pr. Million (ppm). "Færre end fem laboratorier i verden kan udføre denne type analyse," skrev forskerne i The Conversation.
Derudover er det ikke let at studere kernen, fordi den begynder på en dybde på cirka 1.800 miles (2.900 kilometer) under jorden. For at sætte det i perspektiv er det dybeste hul, mennesker nogensinde har gravet, Kola Superdeep Borehole i Rusland, som har en dybde på cirka 12,3 km (12,3 km).
Så forskerne studerede den næste bedste ting: klipper, der ozede til jordoverfladen fra den dybe mantel ved Pilbara Craton i Western Australia, og Réunion Island og Kerguelen Archipelago hotspots i Det Indiske Ocean.
Lækage detekteret
Mængden af wolfram i disse klipper afslørede en lækage fra kernen. I løbet af Jordens levetid skete der en stor ændring i forholdet W-182-til-W-184 i Jordens mantel, fandt forskerne. Mærkeligt nok har jordens ældste klipper et højere W-182-til-W-184-forhold, end de fleste moderne klipper gør, opdagede de.
"Ændringen i 182W / 184W-forholdet på mantelen indikerer, at wolfram fra kernen har lækket ind i mantelen i lang tid," skrev forskerne i The Conversation.
Jorden er omkring 4,5 milliarder år gammel. Planetens ældste mantelklipper havde imidlertid ingen væsentlige ændringer i wolframisotoper. Dette antyder, at der fra 4,3 til 2,7 milliarder år siden var lidt eller ingen udveksling af materiale fra kernen til den øvre mantel, sagde forskerne.
Men i de sidste 2,5 milliarder år har wolframisotopens sammensætning i mantlen ændret sig markant. Hvorfor skete dette? Hvis mantelflommer stiger fra kerne-mantelgrænsen, vil måske ligesom en savsag materiale fra jordoverfladen gå ned i den dybe mantel, sagde forskerne. Dette overflademateriale har ilt i det, et element, der kan påvirke wolfram, sagde forskerne.
"Subduktion, det udtryk, der bruges til klipper fra Jordens overflade, der falder ned i mantlen, tager iltrigt materiale fra overfladen ind i den dybe mantel som en integreret komponent i pladetektonik," skrev forskerne i The Conversation. "Eksperimenter viser, at stigning i iltkoncentration ved kerne-mantelgrænsen kan forårsage, at wolfram adskilles fra kernen og i kappen."
Eller måske, efterhånden som den indre kerne størknet efter dannelse af Jorden, steg iltkoncentrationen i den ydre kerne, sagde forskerne. "I dette tilfælde kunne vores nye resultater fortælle os noget om udviklingen af kernen, herunder oprindelsen af Jordens magnetfelt," skrev de i The Conversation.
