ZNANSTVENICI su napokon eksperimentalno dokazali postojanje neobičnog stanja materije, istovremeno čvrstog i tekućeg, za koje se dugo teoretiziralo da se nalazi u samom središtu našeg planeta. Ovo superionsko stanje moglo bi objasniti neka zbunjujuća seizmička očitanja koja su sugerirala da je Zemljina unutarnja jezgra mekana poput maslaca, a ne kruta kao čelik, piše Science Alert.

"Prvi put smo eksperimentalno pokazali da legura željeza i ugljika pod uvjetima unutarnje jezgre pokazuje izrazito nisku brzinu smicanja," pojašnjava fizičar Youjun Zhang sa Sveučilišta Sichuan u Kini.

"U ovom stanju, atomi ugljika postaju vrlo pokretljivi, difuzirajući kroz kristalnu željeznu strukturu, dok samo željezo ostaje čvrsto i uređeno. Ova takozvana 'superionska faza' dramatično smanjuje krutost legure."

Zagonetka u središtu Zemlje

Još od 1930-ih godina prevladavalo je shvaćanje da Zemljinu unutrašnjost čini tekuća vanjska jezgra i unutarnja jezgra koja je zbog golemog pritiska čvrsta, unatoč ekstremnim temperaturama. Međutim, seizmički podaci prikupljeni desetljećima upućivali su na to da slika nije potpuna.

Način na koji se zvučni valovi kreću kroz unutrašnjost planeta dao nam je detaljan uvid u njegovu arhitekturu, no niska brzina takozvanih smičnih valova kroz jezgru sugerirala je da ona, ako je i čvrsta, nije onakva kakvu smo zamišljali.

Potvrda iz laboratorija

Rješenje zagonetke ponudio je 2022. godine tim geofizičara Yu Hea s Kineske akademije znanosti, koji je teoretizirao da bi superionsko stanje moglo objasniti neobična očitanja. Prema toj teoriji, dok ogroman pritisak drži željezo u čvrstoj rešetki, ekstremna toplina omogućuje lakšim atomima, poput ugljika, da teku kroz nju poput fluida.

Sada su Zhang, He i njihovi kolege to i eksperimentalno potvrdili. Koristeći tehniku dinamičke udarne kompresije, ispalili su sićušni projektil od legure željeza i ugljika brzinom većom od 7 kilometara u sekundi. Udar je stvorio tlak do 140 gigapaskala i temperature blizu 2.600 Kelvina, što je bilo dovoljno da se repliciraju ključni uvjeti iz Zemljine jezgre na svega nekoliko nanosekundi.

Novi pogled na unutrašnjost planeta

Iako su simulirani uvjeti trajali iznimno kratko, bilo je to dovoljno za mjerenje ključnih svojstava. Rezultati su se savršeno poklopili s niskom brzinom smičnih valova i drugim seizmičkim mjerenjima zabilježenim u stvarnoj Zemljinoj jezgri. Istraživači su dokazali da pod takvim uvjetima željezna matrica ostaje čvrsto na mjestu, dok atomi ugljika slobodno teku kroz praznine.

Ovo elegantno rješenje ne samo da objašnjava seizmičke podatke, već bi moglo pružiti i nove uvide u Zemljino magnetsko polje, koje nastaje duboko u unutrašnjosti planeta.

"Udaljavamo se od statičnog, krutog modela unutarnje jezgre prema dinamičnom," rekao je Zhang. "Razumijevanje ovog skrivenog stanja materije približava nas korak bliže otkrivanju tajni unutrašnjosti planeta sličnih Zemlji."

Istraživanje je objavljeno u časopisu National Science Review.