Jordens brännande kärna är inte en ensamare - den har fångats blandat med andra underjorden. Det är enligt en ny studie som fann att den innersta delen av planeten läcker en del av dess innehåll i mantelplummar, av vilka några så småningom når jordens yta.
Denna upptäckt hjälper till att lösa en debatt som har rasat i årtionden: huruvida kärnan och manteln utbyter något material, sade forskarna.
"Våra resultat tyder på att kärnmaterial överförs till basen på dessa mantelplummar, och kärnan har läckt detta material under de senaste 2,5 miljarder åren," skrev forskarna i The Conversation, en webbplats där forskare skriver om sin forskning för offentlig.
Upptäckten möjliggjordes av metallen volfram (W), element 74 på det periodiska bordet. Om volfram skulle skapa en datingsprofil skulle det noteras att det är en siderofil eller "järnälskare." Så det är ingen överraskning att mycket volfram hänger i jordens kärna, som främst är gjord av järn och nickel.
På sin profil listade volfram också att den har några isotoper (ett element med ett annat antal neutroner i sin kärna), inklusive W-182 (med 108 neutroner) och W-184 (med 110 neutroner). Medan de studerade sin studie insåg forskarna att dessa isotoper kan hjälpa dem att lösa den kärnläckande frågan.
Ett annat element, hafnium (Hf), är en litofil, vilket betyder att den älskar stenar och kan hittas i jordens silikatrika mantel. Med en halveringstid på 8,9 miljoner år sönder hafniums radioaktiva isotop Hf-182 till W-182. Detta innebär att manteln borde ha mer W-182 än kärnan gör, resonerade forskarna.
"Därför kan kemiskt utbyte mellan kärnan och källan till mantelplommor vara detekterbart i 182W / 184W-förhållandet mellan havöbasalter," som kommer från plommor i manteln, skrev forskarna i studien.
Men denna skillnad i volfram skulle vara oerhört liten: Volfram-182-kompositionen i manteln och kärnan förväntades skilja sig bara med cirka 200 delar per miljon (ppm). "Färre än fem laboratorier i världen kan göra denna typ av analys," skrev forskarna i The Conversation.
Dessutom är det inte lätt att studera kärnan, eftersom den börjar på ett djup på cirka 1 800 mil (2 900 kilometer) under jord. För att sätta det i perspektiv är det djupaste hålet som människor någonsin har grävt Kola Superdeep Borehole i Ryssland, som har ett djup på cirka 12,3 km.
Så forskarna studerade det näst bästa: stenar som ozade till jordens yta från den djupa manteln vid Pilbara Craton i västra Australien, och hotspots Réunion Island och Kerguelen Archipelago i Indiska oceanen.
Läckage upptäckt
Mängden volfram i dessa stenar avslöjade en läcka från kärnan. Under jordens livstid inträffade en stor förändring i förhållandet W-182-till-W-184 i jordens mantel, fann forskarna. Konstigt nog har jordens äldsta bergarter ett högre W-182-till-W-184-förhållande än de flesta moderna bergarter gör, upptäckte de.
"Förändringen i 182W / 184W-förhållandet för manteln indikerar att volfram från kärnan har läckt in i manteln länge," skrev forskarna i The Conversation.
Jorden är ungefär 4,5 miljarder år gammal. Planetens äldsta mantelstenar hade dock inga väsentliga förändringar i volframisotoper. Detta tyder på att för 4,3 till 2,7 miljarder år sedan fanns det lite eller inget utbyte av material från kärnan till den övre manteln, sade forskarna.
Men under de senaste 2,5 miljarder åren har volframisotopens sammansättning i manteln förändrats väsentligt. Varför hände det här? Om mantelplummar stiger från kärnmantelgränsen, kanske, som en såg, material från jordens yta ner i den djupa manteln, säger forskarna. Detta ytmaterial har syre i sig, ett element som kan påverka volfram, säger forskarna.
"Subduktion, termen som används för stenar från jordens yta som faller ner i manteln, tar syre-rikt material från ytan till den djupa manteln som en integrerad del av plattaktoniken," skrev forskarna i The Conversation. "Experiment visar att en ökning av syrekoncentrationen vid kärnmantelgränsen kan orsaka volfram att separeras från kärnan och i manteln."
Eller, kanske när den inre kärnan stelnade efter att Jorden bildades, ökade syrekoncentrationen i den yttre kärnan, sade forskarna. "I det här fallet kunde våra nya resultat berätta något om utvecklingen av kärnan, inklusive ursprunget till jordens magnetfält," skrev de i The Conversation.
