Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Materiał z jądra Ziemi trafia na powierzchnię

Recommended Posts

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Japońscy naukowcy odtworzyli w laboratorium ekstremalne warunki panujące w zewnętrznej części jądra Ziemi. Zespół kierowany przez Yasuhiro Kuwayamę z Uniwersytetu Tokijskiego wykorzystał wysoce wyspecjalizowane imadło diamentowe, do osiągnięcia olbrzymiego ciśnienia i temperatury, dzięki którym można było badać to, co dzieje się w jądrze Ziemi. Eksperymenty pozwolą nam na zdobycie wiedzy na temat składu jądra i procesów w nim przebiegających.
      To, co obecnie wiemy z o jądrze Ziemi, które rozpoczyna się 3000 kilometrów pod powierzchnią planety, pochodzi z obserwacji fal sejsmicznych, które przeszły przez jądro. Właściwości jądra badamy też na podstawie teoretycznych obliczeń i modeli komputerowych oraz poddając materiały ekstremalnym temperaturom i ciśnieniu. Dotychczas dowiedzieliśmy się, że jądro składa się z dwóch części. Wewnętrznego, stałego, składającego się głownie z żelaza i niklu, oraz zewnętrznego, w którym dominuje płynne żelazo.
      Olbrzymim osiągnięciem Kuwayamy jest fakt, że jego technika pozwala na, teoretycznie, nieskończenie długie prowadzenie eksperymentów. Dotychczas potrafiliśmy uzyskać warunki panujące w ziemskim jądrze jedynie na kilka mikrosekund.
      Japończycy wykorzystali specjalne imadło diamentowe, w którym poddali próbkę płynnego żelaza ciśnieniu 116 GPa, a następnie ogrzali ją za pomocą lasera do temperatury 4350 kelwinów. O ile temperatura taka prawdopodobnie rzeczywiście panuje w jądrze, to ciśnienie 116 GPa jest nieco niższe niż spodziewane w górnej części zewnętrznego jądra. Próbka była badana w synchrotronie Spring-8 przede wszystkim za pomocą technik rozpraszania rentgenowskiego.
      Po porównaniu wyników eksperymentów z danymi obserwacyjnymi Kuwayama i jego zespół porównali właściwości termodynamiczne swojej próbki żelaza z tym, co wiemy o jądrze zewnętrznym. Doszli do wniosku, że musi być ono o 7,5% mniej gęste niż ciekłe żelazo. To oznacza, że znajduje się w nim wysoka domieszka innych, niezidentyfikowanych dotychczas pierwiastków. Materiał w jądrze zewnętrznym płynie o 4% łatwiej niż ciekłe żelazo.
      Ze szczegółami można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z laboratorium ENIGMA (Evolution of Nanomachinest In Geospheres and Microbial Ancestors) na Rutgers University sądzą, że odtworzyli kształt pierwszej molekuły będącej wspólnym przodkiem współczesnych enzymów, które dały początek życiu na Ziemi.
      Życie to proces elektryczny. Obwód elektryczny jest katalizowany przez niewielki zestaw protein, które działają jak złożone nanomaszyny, czytamy na stronie laboratorium. ENIGMA jest współfinansowane przez NASA w ramach Astrobiology Program. Sądzimy, że życie powstało z bardzo małych klocków i pojawiło się zestaw Lego, z którego powstały komórki i bardziej złożone organizmy, jak my, mówi główny autor badań, biofizyk Paul G. Falkowski.
      Naukowcy wykonali analizę porównawczą trójwymiarowych struktur białek, by sprawdzić, czy można na tej podstawie wysnuć wnioski, co do kształtu ich wspólnego przodka. Szczególnie skupili się na podobieństwach pomiędzy kształtami, jakie w trzech wymiarach przyjmują łańcuchy aminokwasów. Poszukiwali prostego topologicznego modelu, który powiedziałby, jak wyglądały pierwsze proteiny, zanim stały się bardziej złożone i zróżnicowane.
      Odkryliśmy, że dwa powtarzające się wzorce zwijania są kluczowe dla pojawienia się metabolizmu. Prawdopodobnie te metody zawijania mają wspólnego przodka, który za pomocą duplikacji, specjalizacji i różnicowania ewoluował tak, by ułatwić transfer elektronów i katalizę na bardzo wczesnym etapie początków metabolizmu, wyjaśniają naukowcy.
      Te dwa zidentyfikowane metody zwijania to zwijanie ferredoksyny oraz konformacja Rossmanna. Naukowcy sądzą, że te dwie podstawowe struktury, które mogą mieć wspólnego przodka, posłużyły jako wzorzec dla protein sprzed ponad 2,5 miliarda lat.
      Przypuszczamy, że pierwszymi proteinami były małe, proste peptydy, któe pobierały elektrony z oceanu, atmosfery lub skał i przekazywały je innym molekułom akceptującym elektrony, mówi biolog molekularny Vikas Nanda. W reakcji transferu elektronu uwalnia się energia i energia ta napędza życie, dodaje.
      Naukowcy przyznają, że to wszystko jest jedynie hipotezą. Porównywanie kształtu obecnie istniejących protein to metoda pełna ograniczeń, która nie pozwala na uzyskanie pewności co do prawdziwości wnioskowania. Domyślamy się co mogło się wydarzyć, a nie dowodzimy, co się wydarzyło, stwierdzają autorzy badań. Jednak, jak zauważają, można tego typu badania posunąć dalej.
      Można spróbować odtworzyć w laboratorium hipotetyczne proteiny z przeszłości i sprawdzić, jak działają i jak mogą ewoluować. Naszym głównym celem jest dostarczenie NASA informacji, dzięki którym przyszłe misje naukowe będą wiedziały gdzie i jak poszukiwać życia na planetach pozasłonecznych.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach PNAS.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Minor Planet Centre ogłosiło właśnie, że Ziemia ma... dwa księżyce. Poza Srebrnym Globem naszą planetę okrąża jeszcze jeden księżyc, który został przechwycony przez Ziemię przed około 3 laty. Nie zobaczymy go jednak gołym okiem. Nowy księżyc ma zaledwie od 1 do 6 metrów średnicy i zbyt długo z nami nie pozostanie.
      Po raz pierwszy został on zauważony przez Theodore'a Pruyne'a i Kacpera Wierzchosa za pomocą teleskopu w Mount Lemmon Observatory w Arizonie. Uczeni spostrzegli nieznany dotychczas obiekt 15 lutego. Kolejne obserwacje pozwoliły obliczyć jego orbitę i potwierdzić, że jest on powiązany z Ziemią. W związku z tym Minor Planet Center, które pracuje w imieniu Międzynarodowej Unii Astronomicznej, oficjalnie ogłosiło odkrycie i nadało księżycowi nazwę 2020 CD3.
      Obiekt ten to niewielka asteroida, której orbita skrzyżowała się z orbitą Ziemi. Czasem takie asteroidy przelatują obok naszej planety, czasem na nią spadają. Jednak 2020 CD3 została przechwycona i stała się naszym tymczasowym księżycem. Te tak zwane „mini księżyce” pojawiają się i znikają. Autorzy jednego z wcześniejszych badań twierdzą, że w każdym momencie Ziemia posiada przynajmniej jeden dodatkowy czasowy mini-księżyc o średnicy powyżej 1 metra, który wykonuje co najmniej jeden pełny obieg wokół Ziemi.
      Żaden z tych księżyców nie zostaje na długo, gdyż oddziaływania grawitacyjne Księżyca i Słońca destabilizują ich orbity. Najprawdopodobniej krążą one wokół Ziemi najwyżej przez kilka lat, później uwalniają się spod jej wpływu i zajmują orbitę wokół Słońca.
      2020 CD3 znajduje się dalej niż Księżyc i prawdopodobnie odbywa obecnie ostatnie okrążenie wokół naszej planety.
      Poprzednim odkrytym tymczasowym księżycem Ziemi był 2006 RH120. Pomiędzy wrześniem 2006 a czerwcem 2007 czterokrotnie okrążył on Ziemię, a później poleciał swoją drogą. Obecnie znajduje się po drugiej stronie Słońca, a Ziemię ponownie odwiedzi w 2028 roku.
      Istnieje też hipoteza mówiąca, że „mini księżyce” to asteroidy, których okres orbitalny wokół Słońca wynosi dokładnie 1 rok. Czasem ich orbity zbiegają się z naszą, wówczas wydają się powiązane z Ziemią, ale w rzeczywistości krążą niezależnie wokół Słońca. Mówi się tutaj o „kwazi-satelitach” Ziemi. Jeden z nich, 1991 VG, prawdopodobnie dokonał co najmniej jednego obiegu wokół naszej planety. Niewykluczone, że powtórzy to w przyszłości.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zdaniem autorów nowych badań oraz algorytmu sztucznej inteligencji, jedno z masowych ziemskich wymierań, wymieranie dewońskie, nigdy nie miało miejsca. Obecnie uważa się, że przed około 375 milionami lat oceany stały się toksyczne, co doprowadziło do masowego wymierania. Wyginęły wówczas m.in. niemal wszystkie trylobity. Jednak grupa naukowców twierdzi, że nie było to masowe wymieranie, a stopniowy proces rozciągnięty na 50 milionów lat.
      Wymieranie dewońskie nie miało miejsca. Ziemia doświadczyła powolnego spadku bioróżnorodności, co zresztą niektórzy naukowcy już wcześniej sugerowali, mówi Doug Erwin z Narodowego Muzeum Historii Naturalnej w Waszyngtonie.
      Badanie historii bioróżnorodności nie jest łatwym zadaniem. Większość gatunków istnieje zaledwie kilka milionów lat. Jeśli więc widzimy skamieniałości gatunku w różnych miejscach, to pochodzą one z mniej więcej tego samego okresu. Podczas dotychczasowych badań nad bioróżnorodnością skupiano się na okresach liczących około 10 milionów lat.
      Jednak Shuzhong Shen z Instytutu Geologii i Paleontologii w Nankinie oraz jego koledzy i współpracujący z nimi Erwin byli w stanie przeprowadzić badania, w czasie których przyjrzeli się okresom trwającym zaledwie 26 000 lat. Dokonali tego za pomocą opracowanych przed dekadą metod analizy statystycznej, które wykorzystali do analizy 100 000 rekordów dotyczących skamieniałości 11 000 gatunków morskich znalezionych w Chinach i Europie. Obliczenia były tak złożone, że naukowcy musieli opracować specjalny algorytm sztucnej inteligencji i uruchomić go na czwartym najpotężniejszym superkomputerze świata, Tianhe-2A.
      Badaniami objęto okres 300 milionów lat,od początku kambru po początek triasu. Jak mówią obrazowo uczeni, poprawienie rozdzielczości czasowej badań pozwoliło na przejście od stwierdzenia, że wszyscy ludzie żyjący w tym samym wieku byli sobie współcześni, po uznanie za współczesnych sobie tylko ludzi, żyjących w tym samym półroczu.
      Spadek bioróżnorodności w dewonie jest wciąż jasno widoczny, ale następował on przez cały późny dewon, a nie był pojedynczym skoncentrowanym wydarzeniem, mówi emerytowany paleontolog Richard Bambach, autor pracy naukowej z 2004 roku, w której argumentował, że w dewonie nie doszło do masowego wymierania.
      Pomysł, że na Ziemi doszło do 5 masowych wymierań pojawił się po raz pierwszy w 1982 roku. Od tamtego czasu autorzy różnych badań argumentowali, że wymierań było od 3 do 20.
      Nie istnieje formalna definicja masowego wymierania, jednak większość specjalistów zgadza się, że takim mianem należy określić znaczne zwiększenie liczby gatunków ginących w krótkim czasie. Na przykład w okresie wymierania permskiego większość gatunków wyginęła w ciągu 63 000 lat.
      W roku 2004 Bambach argumentował również, że nie było wymierania triasowego. Jednak od tamtej pory pojawiło się więcej dowodów, iż miało ono jednak miejsce. Bambach przyznaje, że w tej kwestii się mylił.
      Wszystko jednak wskazuje na to, że Ziemia doświadczyła czterech, a nie pięciu, okresów masowego wymierania.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) odkrył swoją pierwszą planetę wielkości Ziemi znajdującą się w ekosferze gwiazdy. Istnienie TOI 700 d została potwierdzona za pomocą Teleskopu Kosmicznego Spitzera.
      TOI 700 do jedna z niewielu znanych nam planet, która znajduje się w ekosferze swojej gwiazdy i jest wielkości Ziemi. "TESS został zaprojektowany i wystrzelony z myślą o poszukiwaniach planet wielkości Ziemi krążących woków pobliskich gwiazd. Planety towarzyszące niedalekim gwiazdom są łatwiejsze do odnalezienia. Odkrycie TOI 700 d to znaczące osiągnięcie dla TESS. Potwierdzenie wielkości planety i jej obecności w ekosferze to z kolei osiągnięcie Spitzera, teleskopu, którego misja ma się zakończyć 30 stycznia bieżącego roku", mówi Paul Hertz, dyrektor wydziału astrofizyki w kwaterze głównej NASA w Waszyngtonie.
      TESS monitoruje przez 27 dni wybrany sektory nieboskłonu. Poszukuje zmian jasności gwiazd, które mogą świadczyć o przechodzeniu planet na ich tle. TOI 700 to niewielka chłodna gwiazda typu M położona w odległości około 100 lat świetlnych w południowej części Gwiazdozbioru Złotej Ryby. Ma o 60% mniejszą masę od Słońca, a jej powierzchnia jest dwukrotnie chłodniejsza. Gwiazdę widać na 11 z 13 sektorów obserwowanych przez TESS w pierwszym roku misji. Dzięki tak długiemu czasowi obserwacji udało się zauważyć trzy planety przechodzące na jej tle.
      Początkowo gwiazda TOI 700 została zakwalifikowana jako bardziej podobna do Słońca, przez co jej planety wydawały się gorętsze i większe niż w rzeczywistości. Gdy dokonano korekt okazało się, że najbardziej zewnętrzna z planet jest wielkości Ziemi i znajduje się ekosferze. Co więcej, przez 11 miesięcy obserwacji nie zaobserwowano na gwieździe żadnych rozbłysków, co zwiększa szanse, że TOI 700 d ma stabilną atmosferę i warunki odpowiednie do życia.
      Najbardziej wewnętrzna planeta układu, TOI 700 b jest niemal dokładnie wielkości Ziemi, prawdopodobnie jest skalista i okrąża swoją gwiazdę w ciągu 10 dni. Kolejna z planet – TOI 700 c – ma średnicę 2,6 razy większą od średnicy Ziemi, jest prawdopodobniej gazowa, a jej czas obiegu wokół gwiazdy wynosi 16 dni. Znajdująca się w ekosferze TOI 700 d jest o 20% większa od naszej planety, obiega gwiazdę w ciągu 37 dni i otrzymuje z niej 86% energii jaką Ziemia otrzymuje od Słońca.
      Wszystkie planety prawdopodobnie charakteryzuje obrót synchroniczny, co oznacza, że jedna ich strona jest zawsze wystawiona w kierunku gwiazdy.
      Jako, że gwiazda TOI 700 jest jasna, znajduje się w pobliżu i nie zauważono na niej rozbłysków, jest ona bardzo dobrym celem kolejnych badań, pozwalających na precyzyjne pomiary masy. W niedalekiej zaś przyszłości powinno być możliwe zbadanie, czy planety mają atmosfery i jaki jest ich skład.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...