BOSTON - Jordens enorma magmahav som rör sig djupt under våra fötter verkar pumpa syre i planetens flytande kärna. Och att syre formar jordbävningar och vulkaner över hela vår planet.
Det är slutsatsen från en grupp forskare University College London-fysiker Dario Alfe som presenterades tisdag (5 mars) här vid mötet i American Physical Society. Även om det är omöjligt att observera syre i jordens kärna direkt - tusentals mil med varm sten hindrar den uppfattningen - använde Alfe och hans kollaboratörer en kombination av seismologiska data, kemi och kunskap om vårt solsystemets gamla historia för att dra sina slutsatser.
Det viktigaste beviset på att något som syre gömmer sig i järnkärnan? Jordbävningar. Rumslarna vi känner på ytan är resultatet av vågor som rör sig över hela planeten. Och beteendet hos dessa vågor ger ledtrådar till jordens innehåll - nästan som en ultraljud av hela planeten.
När jordbävningsvågorna studsar från kärnan och tillbaka till ytan, indikerar deras form att den yttre kärnan i flytande järn är betydligt mindre tät än den hårda järnkärnan under trycket. Och att densitetsskillnaden påverkar formen på jordbävningar och beteendet hos vulkaner på ytan. Men det är inte så rent järn bör bete sig, sa Alfe till Live Science efter sitt samtal.
"Om kärnan var rent järn, bör densitetskontrasten mellan den fasta innerkärnan och vätskan vara i storleksordningen 1,5 procent," sade han. "Men seismologi säger att det är mer som 5 procent."
Med andra ord, den yttre kärnan är mindre tät än den borde vara, vilket antyder att det finns något icke-järnelement blandat i, vilket gör det lättare.
Så det ställer frågan: Varför skulle det lättare elementet blandas in med den yttre kärnan men inte den solida inre kärnan?
När atomer är i flytande tillstånd, flyter de fritt förbi varandra, vilket gör det möjligt för en blandning av olika element att samexistera, även i den extrema miljön på den inre jorden, sade Alfe. Men när extremt tryck tvingar den inre kärnan till ett fast tillstånd bildar atomerna där ett styvare gitter av kemiska bindningar. Och den strängare strukturen rymmer inte främmande element lika lätt. När den fasta kärnan bildades skulle den ha syreatomer och andra föroreningar i dess flytande omgivning som tandkräm som skjutits ut ur ett pressat rör.
"Du ser en liknande effekt på isberg", sa han.
När saltvatten i havet fryser, förvisar det sina föroreningar. Så isbergen hamnar som bitar av fast sötvatten som flyter över det natriumrika havet.
Det finns inga direkta bevis på att det lättare elementet i vätskekärnan är syre, sade Alfe. Men vår planet bildades av dammmoln från det tidiga solsystemet, och vi vet vilka element som fanns där.
Forskningsteamet uteslutte andra element, som kisel, som teoretiskt kan vara närvarande i kärnan baserat på det molnets sammansättning men inte förklarar den observerade effekten. Syre lämnades som den mest troliga kandidaten, sade han.
Vidare verkar halterna av syre som teoretiskt finns i kärnan lägre än vad kemi skulle förutsäga baserat på mantelns syreinnehåll. Det tyder på att mer syre förmodligen får kemiskt pumpas in i den yttre kärnan även i dag från den mer syre-rika manteln som omger den.
På frågan hur syre i kärnan ser ut sa Alfe att inte föreställa sig bubblor eller ens rost som bildas när järn binder direkt till syre. Istället, vid dessa temperaturer och tryck, skulle syreatomer flyta fritt mellan järnatomer och skapa flytande klumpar av flytande järn.
"Om du tar en paket med vätska som har 90 järnatomer och 10 syreatomer, kommer denna paket att vara mindre tät än en paket med rent järn," och så kommer det att flyta, sade Alfe.
För att hjälpa till att bekräfta dessa resultat sade Alfe att han ser fram emot resultaten av ansträngningarna att mäta neutrinoer som bildas på vår planet och strålar ut mot ytan. Medan "geoneutrinos" är mycket sällsynta, sade han, kan de erbjuda mycket information om vad som specifikt händer på planeten när de dyker upp.
Men utan något sätt att direkt komma åt kärnan, kommer fysiker alltid att fastna och göra sina bästa möjliga bedömningar om dess smink från begränsade, sekundära data.
