BOSTON - Jordens enorme magmahav, der brænder dybt under vores fødder, ser ud til at pumpe ilt ind i planetens flydende kerne. Og at ilt former jordskælv og vulkaner over hele vores planet.
Det er konklusionen fra en gruppe forskere University College London-fysiker Dario Alfe, der blev præsenteret tirsdag (5. marts) her på mødet i American Physical Society. Selvom det er umuligt at observere ilt i jordens kerne direkte - tusinder af miles af varm sten forhindrer den opfattelse, brugte Alfe og hans samarbejdspartnere en kombination af seismologiske data, kemi og viden om vores solsystemes gamle historie til at drage deres konklusioner.
Den vigtigste bit af bevis for, at noget som ilt gemmer sig i jernkernen? Jordskælv. Rumblingen vi føler på overfladen er resultatet af bølger, der bevæger sig gennem hele planeten. Og opførelsen af disse bølger giver spor til Jordens indhold - næsten som en ultralyd af hele planeten.
Når jordskælvbølger springer ud fra kernen og tilbage til overfladen, indikerer deres form at den ydre kerne af flydende jern er væsentligt mindre tæt end den pressede faste jernkerne deri. Og denne densitetsforskel påvirker formen af jordskælv og vulkanernes opførsel på overfladen. Men det er ikke sådan, at rent jern skulle opføre sig, fortalte Alfe til Live Science efter sin tale.
"Hvis kernen var rent jern, skulle densitetskontrasten mellem den faste indre kerne og væsken være i størrelsesordenen 1,5 procent," sagde han. "Men seismologi fortæller os, at det er mere som 5 procent."
Med andre ord er den ydre kerne mindre tæt end den burde være, hvilket antyder, at der er noget ikke-jernelement blandet ind, hvilket gør det lettere.
Så det rejser spørgsmålet: Hvorfor skulle det lettere element blandes med den ydre kerne, men ikke den faste indre kerne?
Når atomer er i en flydende tilstand, flyder de frit forbi hinanden, hvilket gør det muligt for en blanding af forskellige elementer at eksistere sammen, selv i det ekstreme miljø på den indre jord, sagde Alfe. Men når ekstreme tryk tvinger den indre kerne til en fast tilstand, danner atomerne der et mere stift gitter af kemiske bindinger. Og den strengere struktur kan ikke rumme fremmede elementer så let. Efterhånden som den faste kerne dannedes, ville den have iltstofatomer og andre urenheder i dens flydende omgivelser som tandpasta, der skyder ud af et klemt rør.
”Du kan se en lignende effekt på isbjerge,” sagde han.
Når saltvand i havet fryser, udvises det urenheder. Så isbjerge ender som bunker af fast ferskvand, der flyder over det natriumrige hav.
Der er ingen direkte bevis for, at det lettere element i den flydende kerne er ilt, sagde Alfe. Men vores planet dannede sig fra støvskyer i det tidlige solsystem, og vi ved, hvilke elementer der var til stede der.
Forskerteamet udelukkede andre elementer, såsom silicium, der teoretisk måske kan være til stede i kernen baseret på sammensætningen af den sky, men ikke forklare den observerede effekt. Oxygen blev efterladt som den mest sandsynlige kandidat, sagde han.
Endvidere virker niveauerne af ilt, der er teoretisk til stede i kernen, lavere end hvad kemi ville forudsige baseret på iltindholdet i mantelen. Det antyder, at mere ilt pumpes sandsynligvis kemisk ind i den ydre kerne, selv i dag fra den mere iltrige mantel, der omgiver den.
På spørgsmålet om, hvordan iltet i kernen ser ud, sagde Alfe ikke at forestille sig bobler eller endda den rust, der dannes, når jern binder direkte til ilt. I stedet for ved disse temperaturer og tryk ville iltatomer flyde frit mellem jernatomer og skabe flydende klumper af flydende jern.
"Hvis du tager en pakke væske, der har 90 jernatomer og 10 iltatomer, vil denne pakke være mindre tæt end en pakke med rent jern," og det vil flyde, sagde Alfe.
For at hjælpe med at bekræfte disse resultater sagde Alfe, at han ser frem til resultaterne af bestræbelserne på at måle neutrinoer dannet i vores planet og stråler ud mod overfladen. Mens "geoneutrinos" er meget sjældne, sagde han, kan de tilbyde en masse information om, hvad der specifikt foregår på planeten, når de dukker op.
Men uden nogen måde at få direkte adgang til kernen, vil fysikere altid sidde fast med deres bedst mulige afgørelser om dens sammensætning ud fra begrænsede, sekundære data.
