Znajdź zawartość

Historia naszej planety, to historia 4,5 miliarda lat schładzania się. Dzięki temu, że Ziemia stygnie, uformowała się jej sztywna skorupa i mogło powstać życie. Jednocześnie dzięki temu, że nie wystygła, istnieją takie procesy jak tektonika płyt i wulkanizm. Gdy wnętrze planety wystygnie, te kluczowe procesy zatrzymają się. Nie wiemy jednak, jak szybko nasza planeta się wychładza i kiedy procesy przebiegające w jej wnętrzu zatrzymają się. Odpowiedzią na te pytania może dać zbadanie przewodnictwa cieplnego minerałów znajdujących się na granicy między jądrem a płaszczem Ziemi. To bardzo ważne miejsce, w którym lepkie skały mają bezpośredni kontakt z płynnym zbudowanym głównie z niklu i żelaza zewnętrznym jądrem. Gradient temperatury pomiędzy jądrem zewnętrznym a płaszczem jest bardzo duży, zatem potencjalnie może tam przepływać sporo ciepła. Warstwa graniczna zbudowana jest głownie z bridgmanitu. Profesor Motohiko Murakami ze Szwajcarskiego Instytutu Technologicznego w Zurichuy (ETH Zurich) wraz z naukowcami z Carnegie Institute for Science opracowali złożony system pomiarowy, który pozwolił im na wykonanie w laboratorium oceny przewodnictwa cieplnego bridgmanitu w warunkach ciśnienia i temperatury, jakie panują we wnętrzu Ziemi. Wykorzystali przy tym niedawno opracowaną technikę optycznego pomiaru absorpcji diamentu podgrzewanego impulsami laserowymi. Dzięki tej nowej technice wykazaliśmy, że przewodnictwo cieplne bridgmanitu jest około 1,5-razy większe niż się przyjmuje, mówi profesor Murakami. To zaś wskazuje, że przepływ ciepła pomiędzy jądrem a płaszczem jest większy. A większy przepływ ciepła oznacza, że konwekcja w płaszczu zachodzi szybciej i Ziemia szybciej się ochładza. Tektonika płyt może więc w rzeczywistości spowalniać szybciej, niż się obecnie przyjmuje. Grupa Murakami wykazała jednocześnie, że szybsze wychładzanie się płaszcza zmieni fazy minerałów na granicy jądra i płaszcza. Schładzający się bridgmanit zmieni się w minerał, który będzie jeszcze efektywniej przewodził ciepło, zatem stygnięcie Ziemi jeszcze bardziej przyspieszy. Wyniki naszych badań rzucają nowe światło na ewolucję dynamiki Ziemi. Wskazują, że Ziemia, podobnie jak Merkury czy Mars, schładza się szybciej i stanie się szybciej nieaktywna, wyjaśnia Murakami. Trudno jednak powiedzieć, ile czasu minie zanim ruchy konwekcyjne w płaszczu ustaną. Wciąż wiemy zbyt mało, by określić, kiedy do tego dojdzie, przyznają naukowcy. Żeby się tego dowiedzieć, uczeni muszą najpierw lepiej rozpoznać w czasie i przestrzeni procesy konwekcyjne w płaszczu. Ponadto muszą wiedzieć, jak rozpad pierwiastków radioaktywnych we wnętrzu Ziemi, który jest jednym z głównych źródeł ciepła, wpływa na dynamikę procesów płaszcza. « powrót do artykułu

Naukowcy od dziesięcioleci spierają się o to, czy dochodzi do wymiany materiału pomiędzy jądrem Ziemi, a warstwami położonymi powyżej. Jądro jest niezwykle trudno badać, częściowo dlatego, że rozpoczyna się na głębokości 2900 kilometrów pod powierzchnią planety. Profesor Hanika Rizo z Carleton University, wykładowca na Queensland University of Technology David Murphy oraz profesor Denis Andrault z Universite Clermont Auvergne informują, że znaleźli dowody na wymianę materiału pomiędzy jądrem, a pozostałą częścią planety. Jądro wytwarza pole magnetyczne i chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym, umożliwiając istnienie życia. Jest najcieplejszym miejscem Ziemi, w którym temperatury przekraczają 5000 stopni Celsjusza. Prawdopodobnie odpowiada ono za 50% aktywności wulkanicznej naszej planety. Aktywność wulkaniczna to główny mechanizm, za pomocą którego Ziemia sie chłodzi. Zdaniem Rizo, Murphy'ego i Andraulta niektóre procesy wulkaniczne, np. te na Hawajach czy na Islandii, mogą brać swój początek w jądrze i transportować ciepło bezpośrednio z wnętrza planety. Twierdzą oni, że znaleźli dowód na to, iż do płaszcza ziemskiego trafia materiał z jądra. Odkrycia dokonano badając niewielkie zmiany w stosunku izotopów wolframu. Wiadomo, że jądro jest zbudowane głównie z żelaza i aluminium oraz z niewielkich ilości wolframu, platyny i złota rozpuszczonych w żelazno-aluminiowej mieszaninie. Wolfram ma wiele izotopów, w tym wolfram-182 i wolfram-184. Wiadomo też, że stosunek wolframu-182 do wolframu-184 jest w płaszczu znacznie wyższy niż w jądrze. Dzieje się tak dlatego, że hafn, który nie występuje w jądrze, posiada izotop hafn-182. Izotop ten występował w przeszłości w płaszczu, jednak obecnie już go nie ma, gdyż rozpadł się do wolframu-182. Właśnie dlatego stosunek wolframu-182 do wolframu-184 jest w płaszczu wyższy niż w jądrze. Uczeni postanowili więc zbadać stosunek izotopów wolframu, by przekonać się, czy na powierzchni występują skały zawierające taki skład wolframu, jaki odpowiada jądru. Problem w tym, że istnieje mniej niż 5 laboratoriów zdolnych do badania wolframu w ilościach nie przekraczających kilkudziesięciu części na miliard. Badania udało się jednak przeprowadzić. Wykazały one, że z czasem w płaszczu Ziemi doszło do znaczącej zmiany stosunku 182W/184W. W najstarszych skałach płaszcza stosunek ten jest znacznie wyższy niż w skałach młodych. Zespół badaczy uważa, że zmiana ta wskazuje, iż materiał z jądra przez długi czas trafiał do płaszcza ziemskiego. Co interesujące, na przestrzeni około 1,8 miliarda lat nie zauważono zmiany stosunku izotopów. To oznacza, że pomiędzy 4,3 a 2,7 miliarda lat temu do górnych warstw płaszcza materiał z jądra nie trafiał w ogóle lub trafiało go niewiele. Jednak 2,5 miliarda temu doszło do znaczącej zmiany stosunków izotopu wolframu w płaszczu. Uczeni uważają, że ma to związek z tektoniką płyt pod koniec archaiku. Jeśli materiał z jądra trafia do na powierzchnię, to oznacza, że materiał z powierzchni Ziemi musi trafiać głęboko do płaszcza. Proces subdukcji zabiera bogaty w tlen materiał w głąb planety. Eksperymenty zaś wykazały, że zwiększenie koncentracji tlenu na granicy płaszcza i jądra może spowodować, że wolfram oddzieli się od jądra i powędruje do płaszcza. Alternatywnie, proces zestalania wewnętrznej części jądro może prowadzić do zwiększenia koncentracji tlenu w części zewnętrznej. Jeśli uda się rozstrzygnąć, który z procesów zachodzi, będziemy mogli więcej powiedzieć o samym jądrze Ziemi. Jądro było w przeszłości całkowicie płynne. Z czasem stygło i jego wewnętrzna część skrystalizowała, stając się ciałem stałym. To właśnie obrót tej części jądra tworzy pole magnetyczne chroniące Ziemię przed promieniowaniem kosmicznym. Naukowcy chcieliby wiedzieć, jak przebiegał proces krystalizacji o określić jego ramy czasowe. « powrót do artykułu

Chińska misja Chang'e-4, która wylądowała po niewidocznej stronie Księżyca, prawdopodobnie znalazła materiały pochodzący z płaszcza Srebrnego Globu. Ich badanie może dać nam lepszy pogląd o budowie naturalnego satelity Ziemi. Chang'e-4 jest pierwszą w historii misją księżycową, która wylądowała po stronie niewidocznej z Ziemi. Na Księżyc trafiły lądownik oraz łazik Yutu-2. I to właśnie dzięki obserwacjom dokonanym przez łazik zauważono oliwiny i pirokseny mogące pochodzić z płaszcza. Obecnie obowiązujące teorie mówią, że Księżyc, podobnie jak inne wewnętrzne ciała Układu Słonecznego, przeszedł przez fazę oceanu magmy. Gdy ocean ten stygł na jego dnie krystalizowały się gęstsze minerały, takie jak oliwiny i pirokseny, które zawierają dużo magnezu i żelaza. Gdy 3/4 oceanu uległo już krystalizacji, na jego powierzchni pływały bogate w wapń lżejsze materiały, które utworzyły skorupę. W końcu pod skrystalizowaną skorupą doszło do ostatecznej krystalizacji pozostałych minerałów. W ten sposób powstały warstwy tworzące Księżyc. Dotychczasowe badania i obserwacje potwierdzały ten stosunkowo prosty model budowy. Mimo regionalnych różnic w budowie skorupy, wciąż nie mamy zbyt wielu danych dotyczących składu i budowy płaszcza Księżyca. Co interesujące, ani amerykański program Apollo, ani radziecki Luna nie dostarczyły próbek płaszcza. W maju 2018 roku Chiny wystrzeliły satelitę komunikacyjnego Queqiao, który zapewnił komunikację z niewidoczną stroną Księżyca. Dzięki niemu możliwe stało się wysłanie Chang'e-4. Najstarsza i największa struktura geologiczna Księżyca, liczący 2500 kilometrów średnicy Basen Biegun Południowy - Aitken, znajduje się po niewidocznej stronie Księżyca. Z badań przeprowadzonych przez amerykańską misję GRAIL wiemy,że prawdopodobnie jest to krater uderzeniowy, w kolizja, w wyniku której powstał mogła spenetrować płaszcz i rozrzucić pochodzący zeń materiał po powierzchni. Dlatego też naukowcy od dawna myśleli o zbadaniu Basenu Biegun Południowy - Aitken na miejscu. Misja Chang'e-4 wylądowała w 186-kilometrowym Kraterze Von Karmana, który znajduje się na dnie Basenu Biegun Południowy - Aitken. Teraz chińscy naukowcy informują o zidentyfikowaniu w pobliżu miejsca lądowania materiałów, które znacząco różnią się od tych dotychczas znalezionych. Identyfikacji dokonano za pomocą badań spektroskopowych odbijanego światła. Wydaje się, że obserwowany materiał składa się głównie z oliwinów i piroksenu. Chińczycy sugerują, że mogą one pochodzić z płaszcza, a na powierzchnię wydostały się w wyniku uderzenia, które stworzyło pobliski 72-kilometrowy Krater Finsen. Metody, których użyli Chińcycy są dobrze dobrane i bardzo precyzyjne. Jednak szczegółowe określenie składu obserwowanego materiału nie jest łatwe ze względu na złożoność tego typu badań i nakładanie się spektrum różnych materiałów. Bardziej precyzyjne określenie składu będzie wymagało  modelowania i określenia rozkładu poszczególnych ziaren. Ponadto w ramach przyszłych badań Chińczycy powinni też określić skład pobliskich skał, co pozwoli na opisanie kontekstu geologicznego, w jakim występuje wspomniany wcześniej materiał. Wyniki tych badań mogą wpłynąć na interpretacje obserwacji spektralnych. Nie można bowiem wykluczyć, że Yutu-2 nie obserwuje materiału z płaszcza, a mamy do czynienia z materiałem, który powstał w wyniku kolizji jaka stworzyła Basen Biegun Południowy - Aitken. Nie można wykluczyć, że w wyniki potężnego uderzenia doszło do roztopienia olbrzymiej ilości materiału i teraz tworzy od odmienną, grubą na dziesiątki kilometrów warstwę. Możliw jest też,że już po uformowaniu się krateru Basen Biegun Południowy - Aitken doszło do wypływu lawy, a materiał ten został przykryty materiałem z uderzeń formujących kratery. Jeśli jednak Chińczycy rzeczywiście trafili na materiał z płaszcza, będzie to miało duże znaczenie dla poznania budowy Księżyca. Z danych tego typu można bowiem wywnioskować głębokość oceanu magmy, tempo stygnięcia czy tempo ewolucji. To również pozwoli lepiej zrozumieć proces formowania się i ewolucji wnętrz planet skalistych. Chiny już wcześniej zapowiedziały wysłanie misji Chang'e-5, której celem będzie zebranie próbek i przywiezienie ich na Ziemię. « powrót do artykułu