Fizicienii dezvăluie marele mister privind nucleul interior al Pământului

Sub picioarele noastre, la o adâncime uluitoare de peste 5.100 km, se află nucleul interior al Pământului – o sferă solidă de fier și nichel care joacă un rol esențial în modelarea condițiilor la suprafața planetei. Fără acest nucleu, existența noastră ar fi puțin probabilă.

Cu toate acestea, în ciuda importanței sale, modul în care nucleul interior s-a format și s-a dezvoltat rămâne o enigmă. Nici măcar vârsta sa exactă nu este cunoscută. Din fericire, studiul fizicii mineralelor ne apropie de elucidarea acestui mister.

Nucleul interior este responsabil pentru generarea câmpului magnetic al Pământului, care acționează ca un scut împotriva radiațiilor solare dăunătoare. Acest câmp magnetic ar fi fost crucial pentru crearea condițiilor necesare apariției vieții în urmă cu miliarde de ani.

În trecut, nucleul interior al Pământului era lichid, însă pe măsură ce planeta s-a răcit treptat, acesta a devenit solid. Astăzi, nucleul interior continuă să crească pe măsură ce fierul bogat în lichid „îngheață” la limita sa. Cu toate acestea, rămâne extrem de fierbinte, având o temperatură de cel puțin 5.000 K (aproximativ 4.726,85 °C).^[studiu]

Misterul ascuns de nucleul interior al Pământului

Procesul de solidificare eliberează elemente, cum ar fi oxigenul și carbonul, care nu sunt compatibile cu un solid fierbinte, formând astfel un lichid care se ridică la baza nucleului exterior. Acest lichid fierbinte, prin mișcarea sa în nucleul exterior, generează curenți electrici (prin „acțiunea dynamo”), care la rândul lor creează câmpul magnetic al Pământului.

V-ați întrebat vreodată ce provoacă dansul luminilor nordice pe cer? Puteți să mulțumiți nucleului interior pentru asta.

Cristalizarea enigmă Pentru a înțelege cum a evoluat câmpul magnetic al Pământului de-a lungul istoriei sale, geofizicienii utilizează modele care simulează starea termică a nucleului și mantalei. Aceste modele ne ajută să înțelegem modul în care căldura este distribuită și transferată în interiorul Pământului.

Un astfel de model presupune că nucleul interior solid a apărut atunci când materialul lichid s-a răcit sub punctul său de topire și a început să se solidifice. Totuși, acest proces nu reflectă întotdeauna fidel realitatea solidificării.

În consecință, oamenii de știință au explorat fenomenul de „superrăcire”. Superrăcirea are loc atunci când un lichid este răcit sub punctul său de îngheț fără a se solidifica imediat. Acest fenomen este observat la apa din atmosferă, care poate ajunge la -30°C înainte de a forma grindină, dar și la fierul din nucleul Pământului.

Calculele sugerează că ar fi nevoie de o superrăcire de până la 1.000 K pentru ca fierul pur să se solidifice în nucleul Pământului. Având în vedere că nucleul se răcește cu o rată de 100-200 K pe miliard de ani, acest proces reprezintă o provocare considerabilă.

Acest nivel de superrăcire sugerează că nucleul ar fi trebuit să rămână sub punctul său de topire pe aproape întreaga durată a istoriei sale (între 1.000 și 500 de milioane de ani), ceea ce aduce complicații suplimentare.

Dat fiind că nu avem acces fizic la nucleu – cele mai adânci foraje efectuate de oameni au ajuns doar la 12 km în scoarța terestră – ne bazăm aproape exclusiv pe seismologie pentru a studia interiorul planetei noastre.

Nucleul interior a fost descoperit în anul 1936, iar dimensiunea sa (aproximativ 20% din raza Pământului) este una dintre cele mai bine definite proprietăți ale adâncurilor planetei. Aceste informații ne permit să estimăm temperatura nucleului, presupunând că limita dintre solid și lichid reprezintă punctul de topire și temperatura respectivului material.^[sursa]

Această ipoteză ne ajută să evaluăm și gradul maxim de superrăcire care ar fi putut avea loc înainte ca nucleul interior să înceapă să se solidifice din nucleul combinat.

Dacă nucleul interior s-a solidificat relativ recent, starea termică actuală la limita dintre nucleul interior și nucleul exterior poate indica cât de mult a fost nucleul combinat sub punctul său de topire în momentul în care a început să înghețe. Estimările sugerează că, în cel mai optimist scenariu, nucleul ar fi putut fi superrăcit cu aproximativ 400 K.

Această valoare este de cel puțin două ori mai mare decât ceea ce permite seismologia. Dacă nucleul ar fi fost superrăcit cu 1.000 K înainte de solidificare, nucleul interior ar trebui să fie mult mai mare decât ceea ce observăm în prezent. Pe de altă parte, dacă 1.000 K sunt necesari pentru solidificare și această temperatură nu a fost atinsă, nucleul interior nu ar trebui să existe.

Evident, niciunul dintre aceste scenarii nu pare corect, deci care ar putea fi explicația?

Fizicienii mineralogici au testat fierul pur și alte amestecuri pentru a determina cât de multă superrăcire este necesară pentru a iniția formarea nucleului interior. Deși studiile nu au oferit încă un răspuns definitiv, există progrese promițătoare.

De exemplu, s-a descoperit că structurile cristaline neașteptate și prezența carbonului pot afecta considerabil superrăcirea. Aceste descoperiri sugerează că anumite substanțe chimice sau structuri care nu au fost luate în considerare anterior ar putea necesita o superrăcire mult mai mică.

Dacă nucleul ar putea îngheța la o superrăcire mai mică de 400 K, aceasta ar putea explica prezența nucleului interior așa cum îl vedem astăzi.

Implicațiile neînțelegerii procesului de formare a nucleului interior sunt deosebit de importante. Estimările anterioare ale vârstei nucleului interior variază între 500 și 1.000 de milioane de ani, dar aceste estimări nu iau în considerare problema superrăcirii. Chiar și o superrăcire modestă de 100 K ar putea indica faptul că nucleul interior este cu câteva sute de milioane de ani mai tânăr decât se credea anterior.

Înțelegerea semnăturii formării nucleului interior în înregistrările paleomagnetice ale rocilor – care reprezintă o arhivă a câmpului magnetic al Pământului – este esențială pentru cercetătorii care studiază impactul radiațiilor solare asupra extincțiilor în masă. Aceste înregistrări paleomagnetice ne oferă indicii valoroase despre evoluția câmpului magnetic și modul în care acesta a protejat biosfera de radiațiile cosmice de-a lungul istoriei geologice.

Până când nu vom înțelege mai bine istoria câmpului magnetic, nu vom putea evalua pe deplin rolul său în crearea condițiilor locuibile pe Pământ și în susținerea vieții. Este esențial să continuăm cercetările în acest domeniu pentru a descifra legătura dintre dinamica internă a planetei și evoluția vieții.