Forskare teoretiserar att inom jordens inre är förhållandena extremt heta och extremt trycksatta. Det är detta som gör det möjligt för den primära järn- och nickelkärnan att delas upp mellan en fast inre region och vätskeytan. Dynamiken i denna kärna tros vara ansvarig för att driva vår planets skyddande magnetosfär, varför forskare är fast beslutna att förbättra sin förståelse av den.
Tack vare ny forskning som utförts av ett internationellt forskargrupp verkar det som om kärnregionen också får sin rättvisa andel "snö"! För att uttrycka det på annat sätt visade deras forskning att inom den yttre kärnan stelnar små partiklar av järn fast och faller för att bilda högar upp till 320 km (200 mi) tjocka ovanpå den yttre kärnan. Dessa resultat kan förbättra vår förståelse för de krafter som påverkar hela planeten.
Forskningen genomfördes av ett team av forskare från Jackson School of Geosciences vid University of Texas i Austin som leds av prof. Youjun Zhang från Sichuan Universitys Institute of Atomic and Molecular Physics. Studien som beskriver deras forskning publicerades i 23 december Journal of Geophysical Research (JGR) Solid Earth.
Att studera djupet på jorden är ingen enkel uppgift eftersom markinträngande radar inte kan möjliggöra att djup och direkt sampling är absolut omöjlig. Som ett resultat tvingas forskare att studera jordens inre genom seismologiska vetenskapen - dvs studien av ljudvågor som genereras av geologisk aktivitet och passerar genom planeten regelbundet.
Genom att mäta och analysera dessa vågor kan geologiska forskare få en bättre bild av interiörens struktur och sammansättning. De senaste åren har de noterat en skillnad mellan seismiska data och nuvarande modeller av jordens kärna. I huvudsak skulle de uppmätta vågorna röra sig långsammare än väntat när de passerade genom den yttre kärnans bas och snabbare när de rörde sig genom den inre kärnans östra halvkula.
För att lösa detta mysterium föreslog prof. Zhang och hans kollegor att kristallisation av järnpartiklar kunde inträffa i den yttre kärnan, vilket skulle skapa en "snötäckt" inre kärna. Teorin om att ett slamlager finns mellan den inre och den yttre kärnan föreslogs först av S. Braginskii 1963, men avvisades på grund av den rådande kunskapen om värme- och tryckförhållanden i kärnan.
Men med hjälp av en serie experiment genomförda på kärnliknande material och nyare vetenskapliga studier kunde prof. Zhang och hans team visa att kristallisering i den yttre kärnan verkligen är möjlig. Vidare fann de att cirka 15% av den nedersta delen av den yttre kärnan kunde vara gjord av järnbaserade kristaller som så småningom kommer att falla och sätta sig ovanpå den fasta innerkärnan.
"Det är lite konstigt att tänka på," sa Nick Dygert, lektor vid University of Tenessee som hjälpte till att bedriva forskningen som en del av ett postdoktorsstipendium med JSG. "Du har kristaller i den yttre kärnan som snöar ner på den inre kärnan över ett avstånd av flera hundra kilometer."
Som professor Jung-Fu Lin (en annan medförfattare till studien) förklarade, liknar detta hur bergarter bildas i vulkaner. "Jordens metalliska kärna fungerar som en magakammare som vi känner bättre till i jordskorpan," sade han. Teamet jämförde till och med processhatten med att högar av järnpartiklar bildas på jordens yttre kärna till vad som händer i magma-kammare närmare jordens yta.
Medan kompaktering av mineraler skapar det som kallas "kumulerat berg" i magakammare, bidrar kompakteringen av järnpartiklar djupt i jordens inre till att växa in den inre kärnan och krympa den yttre kärnan. Uppsamlingen av dessa partiklar mot den yttre kärnan skulle bero på de seismiska avvikelserna eftersom en variation i tjocklek mellan de östra och västra halvklotet skulle förklara förändringen i hastighet.
Med tanke på kärnans inflytande över planomfattande fenomen - som nämnda magnetosfär och uppvärmningen som driver tektonisk aktivitet - är det viktigt att lära sig mer om dess sammansättning och beteende för att förbättra vår förståelse för hur dessa större processer fungerar. I detta avseende kan den forskning som prof. Zhang och hans kollegor genomförde hjälpa till att lösa långvariga frågor om jordens inre och hur det blev.
Som Bruce Buffet, en geovetenskapsprofessor vid UC Berkley som studerar planetinredningar (och inte var inblandad i studien) uttryckte det:
”Att förhålla modellförutsägelserna till de anomala observationerna gör att vi kan dra slutsatser om de möjliga kompositionerna för vätskekärnan och kanske ansluta denna information till de förhållanden som rådde vid tiden då planeten bildades. Startvillkoret är en viktig faktor för att Jorden blir den planet vi känner. ”
Med tanke på hur Jordens magnetosfär och dess tektoniska aktivitet tros ha spelat en viktig roll i framväxten och utvecklingen av livet, kunde förstå dynamiken i vår planet interiör också hjälpa till i jakten på potentiellt bebodda exoplaneter - för att inte tala extra- markliv!
Forskningen finansierades av National Natural Science Foundation of China, Fundamental Research Funds for Central Universities, Jackson School of Geosciences, National Science Foundation och Sloan Foundation.
