הלב הפועם של כוכב הלכת שלנו נותר בגדר תעלומה עבור מדענים המחפשים כיצד נוצר כדור הארץ ומה נכנס ליצירתו. אולם מחקר שנערך לאחרונה הצליח לשחזר את הלחצים העזים המתקרבים לאלה שנמצאים במרכז כדור הארץ, ולתת לחוקרים הצצה לימים הראשונים של כוכב הלכת שלנו, ואפילו איך יכול להיראות הליבה כעת.
הם הודיעו על ממצאיהם בגיליון האחרון של כתב העת Science . "אם נגלה אילו אלמנטים הם בליבה, נוכל להבין טוב יותר את התנאים שבהם נוצרה כדור הארץ, שיידע אותנו על ההיסטוריה של מערכת השמש המוקדמת", אמרה סופרת המחקר הראשי ענת שחר, גיאוכימאית במכון קרנגי למדע. בוושינגטון הבירה, זה יכול גם לתת לחוקרים הצצה לאופן שבו נוצרו כוכבי לכת סלעיים אחרים, גם במערכת השמש שלנו וגם מעבר לה.
כדור הארץ נוצר לפני כ -4.6 מיליארד שנה באמצעות אינספור התנגשויות בין גופות סלעיות שגודלן בגודל מאובייקטים בגודל מאדים וכלה באסטרואידים. עם התפתחות כדור הארץ הקדום, גם הלחץ והטמפרטורה הפנימיים שלו עלו.
זה היה בעל השלכות על האופן בו הברזל - המהווה את מרבית ליבתו של כדור הארץ - התנהל בצורה כימית עם אלמנטים קלים יותר כמו מימן, חמצן ופחמן, כאשר המתכת הכבדה יותר נפרדה מהמעיל ושקעה בפנים כדור הארץ. המעטפת היא השכבה שנמצאת מתחת לקרום כדור הארץ, ותנועתו של סלע מותך באזור זה מניעה טקטוניקת צלחות.
מדענים הכירו זה מכבר כי טמפרטורות משתנות יכולות להשפיע על המידה שבה גרסה, או איזוטופ, של יסוד כמו ברזל הופכת לחלק מהליבה. תהליך זה נקרא שבר של איזוטופים.
אולם לפני כן, לחץ לא נחשב למשתנה קריטי המשפיע על תהליך זה. "בשנות ה -60 וה -70 נערכו ניסויים בחיפוש אחר השפעות הלחץ הללו ואף לא נמצאו", אומר שחר, שהוא חלק מתוכנית מצפה הכוכבים העמוק. "עכשיו אנחנו יודעים שהלחצים שהם בדקו בהם - בערך שני גיגאפקסלים [GPa] - לא היו מספיק גבוהים."
מאמר שפורסם על ידי צוות אחר ב -2009 הציע כי לחץ יכול היה להשפיע על היסודות שהפכו אותו לליבה של כדור הארץ שלנו. אז שחר וצוותה החליטו לבחון מחדש את השפעותיו, אך באמצעות ציוד שיכול להשיג לחץ של עד 40 גפ"א - קרוב יותר ל -60 הגפ"א שלדעת המדענים היה הממוצע במהלך היווצרות הליבה המוקדמת של כדור הארץ.
בניסויים שנערכו במקור הפוטונים המתקדם של משרד האנרגיה האמריקני, מתקן משתמשים במשרד למדע במעבדה הלאומית ארגונה באילינוי, הציב הצוות דגימות קטנות של ברזל מעורבב במימן, פחמן או חמצן בין נקודות של שני יהלומים. הצדדים של "תא סדן היהלום" הזה נדחסו זה לזה כדי ליצור לחצים עצומים.
לאחר מכן הופצצו דגימות הברזל שהופכו על ידי צילומי רנטגן בעלי עוצמה גבוהה. "אנו משתמשים בצילומי הרנטגן כדי לחקור את תכונות הרטט של שלבי הברזל", אמר שחר. תדרי הרטט השונים אמרו לה אילו גרסאות ברזל היו לה בדגימות שלה.
מה שהצוות מצא כי לחץ קיצוני אכן משפיע על שבריר איזוטופים. בפרט, הצוות גילה שתגובות בין ברזל למימן או לפחמן - שני יסודות שנחשבו לנוכחים בליבה - היו צריכים להשאיר אחריהם חתימה בסלעי המעטפת. אבל החתימה הזו מעולם לא נמצאה.
"לכן אנחנו לא חושבים שמימן ופחמן הם יסודות האור העיקריים בליבה", אמר שחר.
לעומת זאת, השילוב של ברזל וחמצן לא היה משאיר עקבות במעטפת, על פי הניסויים של הקבוצה. כך שעדיין יתכן שחמצן יכול להיות אחד היסודות הקלים יותר בליבת כדור הארץ.
הממצאים תומכים בהשערה כי חמצן וסיליקון מהווים את עיקר יסודות האור המומסים בליבת כדור הארץ, אומר ג'וזף אורוק, גיאופיזיקאי בקאלטק בפסדינה, קליפורניה, שלא היה מעורב במחקר.
"חמצן וסיליקון נמצאים בשפע עצום במעטפת, ואנחנו יודעים שהם מסיסים בברזל בטמפרטורות ולחצים גבוהים, " אומר אורורק. "מכיוון שחמצן וסיליקון מובטחים למעשה להיכנס לליבה, אין הרבה מקום למועמדים אחרים כמו מימן ופחמן."
שחר אמרה כי הצוות שלה מתכנן לחזור על הניסוי שלהם עם סיליקון וגופרית, מרכיבים אפשריים אחרים של הגרעין. כעת, לאחר שהראו שהלחץ יכול להשפיע על שבריר, הקבוצה מתכננת גם לבדוק את השפעות הלחץ והטמפרטורה ביחד, שלפיו הם צופים יניבו תוצאות שונות מאשר אחת מהן בלבד. "הניסויים שלנו נעשו כולם עם דגימות ברזל מוצק בטמפרטורת החדר. אבל במהלך היווצרות הליבה, הכל נמס, "אמר שחר.
הממצאים מניסויים מסוג זה עשויים להיות בעלי רלוונטיות עבור כוכבי לכת או כוכבי לכת מעבר למערכת השמש שלנו, אומרים מדענים. "מכיוון שעבור exoplanets, אתה יכול לראות רק את המשטחים שלהם או את האווירה שלהם, " אמר שחר. אבל איך הפנים שלהם משפיעים על מה שקורה לפני השטח, היא שאלה. "התשובה לשאלות האלה תשפיע אם יש חיים בכוכב לכת או לא."
למדו על מחקר זה ועוד במצפה העמוק פחמן.
הערת העורך, 5 במאי 2016: סיפור זה הציב במקור את אתר הניסויים בוושינגטון הבירה. הם נערכו במעבדה באילינוי.
