Πως σχηματίστηκε ο πυρήνας της Γης

Από την ιστοσελίδα PhysicsWeb , 12 Μαρτίου 2003

Η Γη πιστεύεται ότι αποτελείται από ένα μεταλλικό πυρήνα που περιβάλλεται από πυριτιούχο κέλυφος, αλλά η γέννηση αυτής της δομής είναι μια από τις μεγάλες αναπάντητες ερωτήσεις της πλανητικής επιστήμης. Οι επιστήμονες στο Ινστιτούτο μελετών του εσωτερικού της Γης στο πανεπιστήμιο Okayama της Ιαπωνίας, χρησιμοποίησαν μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας, για να δείξουν ότι η Γη μπορεί να έχει σχηματιστεί από πετρώδη σώματα, τα οποία ήδη είχαν διαχωριστεί σε πυρήνα και μανδύα. 

Εικόνα 1

Πιστεύεται ότι ο σχηματισμός του πυρήνα συνέβη όταν το ηλιακό σύστημα ήταν πολύ νέο (όταν είχε ηλικία μικρότερη από 30 εκατομμύρια χρόνια.)  Η Γη σχηματίστηκε από ένα νέφος σκόνης και αερίων, και το υλικό της άρχισε να συμπυκνώνεται με την βαρύτητα για να σχηματίσει πλανήτες μεγέθους μερικών χιλιομέτρων, τους λεγόμενους πλανητοειδείς "planetisimals". Αυτοί οι πλανητοειδείς, γρήγορα συνενώθηκαν για να σχηματίσουν μεγαλύτερους πλανήτες, διαμέτρου χιλιάδων χιλιομέτρων. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η Γη είχε ήδη σχηματίσει έναν πυρήνα σ' αυτό το αρχικό στάδιο. (Εικόνα 1.)

Ο ανώτερος μανδύας της Γης αποτελείται κυρίως από οξείδιο του πυριτίου, και ένα μίγμα οξειδίων του σιδήρου και του μαγνησίου. Σε υψηλές θερμοκρασίες, ένα λιωμένο υλικό που περιέχει σίδηρο, σχηματίζεται μεταξύ των κόκκων των πυριτικών κρυστάλλων διότι έχει χαμηλότερο σημείο τήξεως. Για να σχηματίσει αυτό το μεταλλικό υλικό ένα πλανητικό πυρήνα, πρέπει να διαχωριστεί από την μήτρα των πυριτικών κρυστάλλων και να κινηθεί δια μέσω αυτής. (Εικόνα 2). 

Εικόνα 2

Ο Tomoo Katsura και οι συνεργάτες του μέτρησαν την ηλεκτρική αγωγιμότητα της πυριτικής κρυσταλλικής μήτρας και του λιωμένου μετάλλου σε θερμοκρασίες 1300^ο C και σε πίεση 3 gigapascal. Οι συνθήκες αυτές αντιστοιχούν σε αυτές που βρέθηκαν σε βάθος περίπου 100Km από την επιφάνεια της Γης. Η αγωγιμότητα των ενώσεων του σιδήρου είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτην των πυριτικών κρυστάλλων, πράγμα που επιτρέπει την ανίχνευση έστω και μικρών ποσοτήτων του μεταλλικού υλικού. 

Οι ερευνητές βρήκαν υψηλές αγωγιμότητες στα δείγματά τους- που αντιστοιχούν περίπου σε περιεκτικότητα 6% κατ' όγκον σε λιωμένο σίδηρο- ο οποίος παρέμεινε στην υγρή κατάσταση ακόμη και όταν η θερμοκρασία ελαττώθηκε. Ο λιωμένος σίδηρος δημιουργεί "συνεκτικούς" διαύλους εντός των πυριτικών κρυστάλλων κι έτσι επιτρέπει στο μέταλλο να διαχωριστεί. 

Η υψηλή θερμοκρασία που χρειάζεται για να λιώσει ο σίδηρος μπορεί να προήλθε από τις ραδιενεργές διασπάσεις των βραχύβιων ισοτόπων που υπήρχαν στην αρχική φάση του ηλιακού συστήματος. Αν οι υψηλές αγωγιμότητες που παρατηρήθηκαν στο πείραμα, αντιστοιχούν στη ροή του μετάλλου μέσα από τα διάκενα των πυριτικών κρυστάλλων, τότε ο διαχωρισμός του πυρήνα από τον μανδύα θα μπορούσε να έχει συμβεί πολύ γρήγορα - σε λιγότερο από 3 εκατομμύρια χρόνια - δηλαδή στους μικρούς πλανητοειδείς με ακτίνες μικρότερες των 30 χιλιομέτρων. 

Αναφορά: (T Yoshino και άλλοι. 2003 Nature 422 154).