Vědci zjistili, že uhlíkové jádro umožnilo ztuhnout jádro Země. Bez něj nemusí vnitřní jádro existovat.
Tým vědců z University of OxfordUniversity of Leeds a University College London odhalily nové důkazy o chemii jádra Země tím, že identifikovaly, jak byla schopna krystalizovat před miliony let. Jejich zjištění byla nedávno zveřejněna v Přírodní komunikace.
Studie odhalila, že jádro Země by muselo obsahovat asi 3,8% uhlíku pro krystalizaci. To naznačuje, že uhlík může být v jádru hojnější, než se dříve věřilo, a že hrál zásadní roli při umožnění procesu mrazu a nabízí vzácný pohled do skryté dynamiky hluboko v planetě.
Ve středu planety leží vnitřní jádro, hustá pevná hmota bohatá na železo, která stále roste, když okolní roztavené vnější jádro postupně ochlazuje a ztuhne. Přesně to, jak tento proces začal, však byl předmětem dlouhodobé vědecké debaty.
Výzva supercoolingu
Tvorba vnitřního jádra není jen otázkou jádra dosahujícího jeho teploty mrazu. Místo toho krystalizace silně závisí na jeho chemickém make -upu. Roztavené železo, jako kapičky vody v oblacích, musí podrobit supercooling (ochlazení pod normálním bodem tání), než může dojít k tuhnutí.
Dřívější modely odhadují, že pro zmrazení čistého železa by bylo zapotřebí 800 až 1000 ° C superlaolingu.
Pokud by se jádro Země tolik ochladilo, modely naznačují, že by se vnitřní jádro rozrostlo na nerealistickou velikost a magnetické pole planety by se zhroutilo. Ani jeden z výsledků neodpovídá historii Země, takže vědci navrhli, aby se jádro nanejvýš ochladilo pouze asi o 250 ° C pod bodem tání.
Simulace hluboké země
Cílem tohoto nového výzkumu bylo pochopit, jak vnitřní jádro existuje, jak bylo dnes pozorováno, s tak omezeným superlamingem v minulosti. Bez přímého přístupu k hlubokému interiéru Země se výzkumný tým musel spoléhat na počítačové simulace procesu mrazu.
Podívali se na přítomnost jiných prvků, konkrétně křemíku, síry, kyslíku a uhlíku a jak by to mohlo ovlivnit proces mrazu.
„Každý z těchto prvků existuje v překrývajícím se plášti, a proto mohl být během historie Země rozpuštěn do jádra,“ vysvětlil spoluautor docent Andrew Walker (Department of Earth Sciences, University of Oxford). „Výsledkem je, že by to mohlo vysvětlit, proč máme pevné vnitřní jádro s relativně malým supercoolingem v této hloubce. Přítomnost jednoho nebo více z těchto prvků by také mohla racionalizovat, proč je jádro méně husté než čisté železo, klíčové pozorování seismologie.“
Testování prvků v simulacích
Pomocí počítačových simulací v atomovém měřítku přibližně 100 000 atomů při superchlaněných teplotách a tlacích ekvivalentních těm ve vnitřním jádru výzkumný tým sledoval, jak často malé krystalové shluky atomů tvořených z kapaliny. Tyto události „nukleace“ jsou prvními kroky k mrazu.
To, co zjistili, bylo překvapivé: křemík a síra, prvky často předpokládaly, že jsou přítomny v jádru, ve skutečnosti zpomalují proces mrazu. Jinými slovy, bylo by zapotřebí více superlamingu k zahájení vytváření vnitřního jádra, pokud by byly tyto prvky hojné v této části Země.
Na druhé straně zjistili, že uhlík pomohl urychlit zmrazení v simulaci.
Uhlík jako klíčový faktor
Ve studii vědci testovali, kolik superlamingu by bylo vyžadováno k zamrznutí vnitřního jádra, pokud by 2,4% hmoty jádra bylo vyrobeno z uhlíku. Výsledek: asi 420 °C, stále příliš vysoký, ale zatím nejbližší výsledek životaschopnosti.
Když však extrapolovali své výsledky do případu, kdy je 3,8% hmoty jádra uhlík, požadovaný supercooling klesl na 266 °C. Toto je jediné známé složení, které by mohlo vysvětlit jak nukleaci, tak pozorovanou velikost vnitřního jádra.
Tento výsledek ukazuje, že uhlík může být v jádru Země hojnější, než se dříve myslelo, a že bez tohoto prvku se formování pevného vnitřního jádra nemusí nikdy stát.
Zmrazení bez nukleace semen
Experimenty také ukazují, že zmrazení vnitřního jádra bylo možné se správnou chemií a na rozdíl od vody, když tvoří krupobití, to činilo bez „nukleačních semen“, drobných částic, které pomáhají iniciovat zmrazení. To je životně důležité, protože při testování v předchozích simulacích se všichni kandidáti na nukleační semena v jádru rozplynuli nebo rozpustili.
Hlavní autor Dr. Alfred Wilson (School of Earth and Environment, University of Leeds) řekl: „Je vzrušující vidět, jak procesy atomového měřítka kontrolují základní strukturu a dynamiku naší planety. Studiem, jak se ve vnitřním jádru Země dalo, se nemůžeme změnit, jak se dozvíme, jak se dozvíme, jak se dozvíme, jak se dozvíme, jak se v budoucnu dozvíme.“
Vědci debatovali o tom, kdy se vnitřní jádro začalo po desetiletí ztuhnout, přičemž někteří se hádají o starodávné vnitřní jádro (s mrazivým začátkem před více než dvěma miliardami let) a další navrhují mnohem mladší věk (méně než půl miliardy let). S touto novou informací o obsahu uhlíku v jádru jsme o krok blíže k omezení jeho chemie a fyzikálních vlastností, a proto se to vyvinulo.
Reference: „Omezení základního složení Země z vnitřního jádro nukleace“ Alfred J. Wilson, Christopher J. Davies, Andrew M. Walker a Dario Alfè, 4. září 2025,. Přírodní komunikace.
Dva: 10.1038/S41467-025-62841-4
Práce byla financována Radou pro výzkum přírodního prostředí (NERC).
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google, Objevita Zprávy.
