De ce există nucleul Pământului? Răspunsul s-a schimbat complet și are legătură directă cu viața ta

S-ar putea ca nucleul Pământului să ascundă mult mai mult carbon decât am estimat vreodată, o revelație care ne-ar putea schimba fundamental înțelegerea despre evoluția planetei noastre.

O nouă cercetare impune o constrângere chimică inedită asupra compoziției nucleului Pământului, explicând cum a fost posibil ca acesta să înceapă să cristalizeze cu milioane de ani în urmă. Potrivit studiului, pentru a demara procesul de cristalizare, nucleul ar fi trebuit să conțină 3,8% carbon. Aceasta înseamnă că acest element este, cel mai probabil, mult mai abundent în inima planetei decât se credea, oferindu-ne o perspectivă rară asupra proceselor care au format-o.

Decodarea nucleului terestru: 5 secrete uimitoare

Misterul adâncurilor 🤔	Revelația științifică 💡
🧪 Care este „rețeta secretă” a planetei?	3,8% Carbon! Fără această cantitate exactă în nucleul său, scutul magnetic protector al Pământului nu s-ar fi format.
🥶 Cât de aproape a fost Pământul de un dezastru?	O suprarăcire de -1.000 °C ar fi fost necesară pentru fierul pur – un scenariu care ar fi anihilat câmpul magnetic.
🌡️ La ce temperatură a început „miracolul”?	Datorită carbonului, solidificarea a început la doar ~266 °C sub punctul de topire, permițând planetei noastre să evolueze.
🤝 Toate elementele au fost „prietenoase”?	Deloc! Siliciul și Sulful, considerate esențiale, de fapt au sabotat procesul de înghețare, încetinindu-l.
❄️ A avut nevoie de un „fulg de nea” cosmic?	Nu! Spre deosebire de gheață, nucleul de fier-carbon a cristalizat spontan, fără a necesita o particulă inițială.

Paradoxul din nucleul Pământului: de ce solidificarea sa părea imposibilă

Nucleul este o masă densă, bogată în fier, aflată în centrul planetei, care joacă un rol crucial în structura și dinamica interiorului profund al Pământului. Acesta nu este static; din contră, crește treptat pe măsură ce straturile exterioare topite se răcesc și îngheață. Deși acest proces este cunoscut de mult timp, mecanismele exacte implicate sunt încă subiect de dezbatere.

Formarea nucleului interior nu este doar o problemă mecanică de răcire până la punctul de îngheț. Este un proces chimic complex, de cristalizare, care depinde în totalitate de compoziția sa.

Asemenea picăturilor de apă dintr-un nor, fierul topit are nevoie de suprarăcire pentru a putea îngheța, adică temperatura sa trebuie să scadă sub punctul de topire. Calculele anterioare sugerau că, dacă nucleul ar fi fost format din fier pur, ar fi fost necesară o suprarăcire de 800-1.000 °C pentru a iniția înghețarea. Însă, dacă acest lucru s-ar fi întâmplat, nucleul interior ar fi crescut exponențial, iar câmpul magnetic al Pământului s-ar fi prăbușit. Evident, niciunul dintre aceste scenarii catastrofale nu a avut loc, ceea ce îi face pe oamenii de știință să creadă că, în trecut, nucleul nu s-a putut răci cu mai mult de 250 °C sub punctul său de topire.

Pentru a rezolva acest paradox, cercetătorii de la Universitatea din Oxford, Universitatea din Leeds și University College London au apelat la simulări computerizate pentru a modela procesul de înghețare, având în vedere imposibilitatea de a accesa direct interiorul Pământului.

„Fiecare dintre aceste elemente există în manta suprapusă și, prin urmare, ar fi putut fi dizolvate în nucleu în cursul istoriei Pământului. Ca urmare, acestea ar putea explica de ce avem un nucleu interior solid cu o suprarăcire relativ redusă la această adâncime. Prezența unuia sau mai multora dintre aceste elemente ar putea, de asemenea, explica de ce nucleul este mai puțin dens decât fierul pur, o observație cheie din seismologie.”, a explicat profesorul asociat Andrew Walker de la Universitatea din Oxford.

Carbonul: ingredientul secret care a permis formarea nucleului Pământului

Folosind simulări la scară atomică a aproximativ 100.000 de atomi, la presiuni și temperaturi similare celor din nucleul interior, echipa a putut urmări frecvența cu care se formează din lichid mici aglomerări cristaline, numite „evenimente de nucleație” – primii pași către înghețare.

Spre surprinderea lor, cercetătorii au descoperit că siliciul și sulful, două elemente considerate anterior a fi prezente în nucleu, de fapt încetineau procesul de înghețare. Dacă acestea ar fi abundente, ar fi necesară o suprarăcire și mai mare.

În schimb, simulările au arătat că carbonul accelerează înghețarea. Într-un prim test, cu o compoziție de 2,4% carbon, suprarăcirea necesară a fost de 420 °C – încă prea mare. Dar, extrapolând rezultatele pentru o concentrație de 3,8% carbon, suprarăcirea necesară a scăzut la 266 °C.

Aceasta este singura compoziție cunoscută care poate explica atât procesul de nucleație, cât și dimensiunea observată a nucleului interior.

Se pare, așadar, că nucleul Pământului conține mai mult carbon decât am bănuit, iar fără el, formarea nucleului interior poate nu ar fi avut loc niciodată. Mai mult, înghețarea nucleului este posibilă doar prin chimia potrivită; spre deosebire de apă, care formează grindină în jurul unor particule, nucleul nu a necesitat „semințe de nucleație” pentru a iniția înghețarea. Acesta poate părea un detaliu minor, dar este extrem de important, deoarece simulările anterioare au arătat că toți candidații pentru astfel de semințe s-ar topi sau dizolva.

„Este fascinant să vedem cum procesele la scară atomică controlează structura și dinamica fundamentală a planetei noastre. Studiind formarea nucleului interior, nu doar că învățăm despre trecutul Pământului. Obținem o perspectivă rară asupra chimiei unei regiuni pe care nu putem spera să o atingem vreodată direct și aflăm cum s-ar putea schimba aceasta în viitor”, a adăugat dr. Alfred Wilson de la Facultatea de Științe ale Pământului și Mediului, Universitatea din Leeds.

De zeci de ani, oamenii de știință dezbat momentul în care nucleul a început să se solidifice. Unii susțin o vechime de peste 2 miliarde de ani, în timp ce alții propun o vârstă mult mai tânără, sub jumătate de miliard de ani. Această nouă cercetare reprezintă un pas important în înțelegerea proprietăților sale chimice și fizice și, implicit, a evoluției sale.

Mai mult decât o simplă curiozitate geologică, această descoperire are implicații profunde pentru înțelegerea modului în care Pământul a devenit o planetă locuibilă. Solidificarea stabilă a nucleului interior, pe care acest studiu o leagă de prezența carbonului, este motorul care generează câmpul magnetic protector al planetei. Fără acest scut invizibil care ne apără de radiația solară nocivă, viața la suprafață, așa cum o cunoaștem, ar fi fost imposibilă. Astfel, un element fundamental pentru viață (carbonul) se dovedește a fi fost la fel de esențial și pentru crearea condițiilor de siguranță în inima planetei.

Această nouă piesă din dezbaterea geofizică privind nucleul Pământului nu oferă doar o soluție elegantă la paradoxul suprarăcirii, ci și un nou cadru pentru a arbitra teoriile lansate de-a lungul privind vârsta nucleului. Prin stabilirea unui mecanism chimic plauzibil și a unei „rețete” corecte, modelul bazat pe carbon oferă o cale mult mai clară pentru a determina când, în istoria Pământului, au fost îndeplinite condițiile pentru solidificare. Este un exemplu perfect al modului în care tehnologia modernă (simulările la scară atomică) și o reevaluare a ipotezelor fundamentale pot deschide uși către înțelegerea celor mai adânci secrete ale planetei noastre.

Studiul este publicat în jurnalul științific Nature Communications.