Jacob Hoover
0 
853
116
En dag, för ungefär en miljard år sedan, hade jordens inre kärna en tillväxt. Den smälta kulan av flytande metall i mitten av vår planet kristalliserade snabbt på grund av sänkande temperaturer, växte stadigt utåt tills den nådde den ungefär 760 mil (1220 kilometer) diameter till vilken man tänker sträcka sig idag.
Det är den konventionella historien om den inre kärnans skapelse, i alla fall. Men enligt en ny artikel publicerad online denna vecka i tidskriften Earth and Planetary Science Letters, är den berättelsen omöjlig.
I tidningen hävdade forskarna att standardmodellen för hur jordens kärna bildades saknar en avgörande detalj om hur metaller kristalliserar: ett obligatoriskt, massivt temperaturfall som skulle vara extremt svårt att uppnå vid kärntrycket. [6 Visions of Earth's Core]
Väldigt fortfarande, sade forskarna, när du väl redogör för denna saknade detalj verkar vetenskapen tyder på att jordens inre kärna alls inte bör existera.
Paradoxen i mitten av vår planet
"Alla, oss själva inkluderade, tycktes sakna detta stora problem", säger studieförfattaren Steven Hauck, professor i jord-, miljö- och planetariska vetenskaper vid Case Western Reserve University i Ohio, i ett uttalande. De saknade nämligen "att metaller inte börjar kristallisera omedelbart såvida det inte finns något som sänker energibarriären mycket."
I kemi är denna extra energi känd som kärnbildningsbarriären: den punkt vid vilken en förening synligt ändrar sin termodynamiska fas. Flytande vatten fryser till exempel till ett fast ämne vid den välkända 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius). Men om du någonsin har gjort isbitar hemma, vet du att även vatten som lagras vid dess fryspunkt kan ta flera timmar att kristallisera helt. För att påskynda processen måste du antingen utsätta vattnet för betydligt kallare temperaturer (detta kallas "superkylning") eller utsätta det för ett redan fast isstycke för att sänka kärnbildningsbarriären, vilket minskar mängden kylning som krävs.
Superkylning uppnås lätt för en enda isbit, men för jordens gigantiska inre kärna blir saker lite svårare, säger forskarna.
"Vid kärntrycket måste den svalna 1 000 grader Kelvin [1 000 grader eller 1 800 grader F] eller mer under smälttemperaturen för att kristallisera spontant från ren vätska," berättade Hauck. "Och det är mycket kylning, särskilt eftersom det vetenskapliga samfundet för närvarande tror att jorden kyler kanske cirka 100 grader K per miljard år."
Enligt denna modell borde "den inre kärnan alls inte existera, för den kunde inte ha varit superkyld i den utsträckningen", berättade studieförfattaren Jim Van Orman, även professor i jord-, miljö- och planetenskap vid Case Western. Den smälta inre kärnans kärnbildningsbarriär, sade han, måste ha sänkts på något annat sätt - men hur?
Kärnan i problemet
I sitt papper föreslog forskarna en möjlighet: Kanske föll en massiv nugget av fast metalllegering bort från manteln och kastade sig in i vätskekärnan. Som en isbit tappade i ett glas långsamt frysande vatten, kunde detta fasta metallstycke ha sänkt kärnans kärnbildningsbarriär tillräckligt för att starta en snabb kristallisation.
Det finns dock ett stort förbehåll: Det måste vara en riktigt massiv bit av metall för att fungera.
"För att släppas ut i kärnan och sedan göra den hela vägen ner till jordens centrum utan att lösa upp ... denna droppe måste vara i storleksordningen cirka 10 km i radie," sade Van Orman . Det betyder en diameter ungefär längden på ön Manhattan.
Case Western-forskarna sa att även om de föredrar denna nya förklaring över den konventionella modellen, är de angelägna om medlemmar i det vetenskapliga samfundet att väga in med sina egna teorier.
"Vi har pratat om vilka idéer som är otroliga, och vi har föreslagit en idé som kan vara trolig," sade Hauck. "Om det hände på det sättet, är det möjligt att någon signatur av den händelsen kan upptäckas genom seismiska studier. Att studera den mest centrala delen av planeten handlar om det svåraste att komma åt med dessa vågor, så det kommer att ta tid."
Förhoppningsvis kan vi se fram emot ett svar inom de kommande miljarder åren.