Jens Asbjørn Bøgen
En ny vetenskaplig undersökning omformar sedan länge etablerade antaganden om planetens djupa inre.
I årtionden har forskare vetat att jordens inre kärna beter sig märkligt – den framstår både som fast och påfallande mjuk på samma gång.
Nu erbjuder nya experimentella bevis en sammanhängande förklaring till detta långvariga mysterium.
Seismologer har tidigare observerat att skjuvvågor bromsas kraftigt när de passerar genom den inre kärnan, trots regionens extrema tryck och hetta. Dess mekaniska respons har liknat ett formbart material snarare än den järnrika sfär som forskarna förväntade sig.
Men enligt en studie publicerad i National Science Review kan svaret ligga i ett exotiskt fysikaliskt tillstånd.
En superjonisk fas
Forskare från Sichuan University och Chinese Academy of Sciences rapporterar att den inre kärnan inte beter sig som ett vanligt fast ämne utan i stället går in i en superjonisk fas, där lätta element rör sig lika fritt som i en vätska inuti ett stelt järnskelett.
Teamet, lett av professor Youjun Zhang och doktor Yuqian Huang tillsammans med professor Yu He, drar slutsatsen att järn–kol-legeringar som utsätts för tryck motsvarande den inre kärnans förhållanden gör det möjligt för kolatomer att snabbt glida genom järngittret.
Denna rörlighet försvagar materialets styvhet dramatiskt samtidigt som den övergripande strukturen förblir intakt.
Ovanlig atomrörelse
Enligt Science Daily säger forskarna att deras experiment ger tydliga bevis för denna process.
”För första gången har vi experimentellt visat att järn–kol-legering under förhållanden motsvarande den inre kärnan uppvisar en anmärkningsvärt låg skjuvhastighet”, sade professor Zhang.
Han jämförde kolatomernas rörelse med ”barn som slingrar sig genom en squaredans” och smiter mellan järnatomer som förblir låsta i ett kristallint mönster.
Även om tidigare datormodeller från 2022 antydde ett sådant superjoniskt beteende hade det varit svårt att bekräfta det. Med hjälp av ett dynamiskt chockkompressionssystem accelererade teamet prover av järn–kol till cirka 7 km per sekund, vilket efterliknade tryck upp till 140 gigapascal och temperaturer nära 2 600 kelvin.
Mätningarna visade seismiska egenskaper som motsvarar dem som observeras djupt under jordytan, inklusive en kraftig ökning av Poissons tal och en brant minskning av skjuvvågens hastighet.
Molekylära simuleringar visade atomer som rörde sig fritt inne i gittret utan att orsaka strukturell kollaps.
Förändrade vetenskapliga modeller
Dessa resultat kan förändra hur forskare förstår planetens inre processer. Författarna menar att diffusionen av lätta element kan bidra till att förklara seismisk anisotropi och kan tillföra energi till geodynamon som upprätthåller jordens magnetfält.
Dr. Huang sade: ”Atomär diffusion i den inre kärnan utgör en tidigare förbisedd energikälla för geodynamon.”
Studien förfinar också debatten om hur lätta element beter sig under extremt tryck och pekar på betydelsen av interstitiella fasta lösningar snarare än enbart föreningar.
Professor Zhang sade att resultaten markerar ett avsteg från att se den inre kärnan som en stel massa. I stället beskrev han den som en dynamisk zon formad av de lättare atomernas rörelse.
Samma mekanism, tillade han, kan också påverka utvecklingen av steniga planeter bortom jorden.
Källor: National Science Review, Science Daily
