Μια εντυπωσιακή ανακάλυψη αλλάζει όσα γνωρίζαμε για το εσωτερικό της Γης. Νέα έρευνα αποκαλύπτει ότι ο στερεός εσωτερικός πυρήνας του πλανήτη δεν συμπεριφέρεται όπως ένα συνηθισμένο στερεό σώμα, αλλά βρίσκεται σε μια υπεριοντική κατάσταση, όπου άτομα άνθρακα κινούνται ελεύθερα μέσα σε ένα πλέγμα σιδήρου. Το φαινόμενο αυτό «μαλακώνει» τη δομή του πυρήνα και ενδέχεται να συμβάλλει καθοριστικά στη διατήρηση του γήινου μαγνητικού πεδίου.
Ο εσωτερικός πυρήνας της Γης είναι μια εξαιρετικά πυκνή σφαίρα, αποτελούμενη από κράμα σιδήρου και ελαφρών στοιχείων, συμπιεσμένη από πίεση άνω των 3,3 εκατομμυρίων ατμοσφαιρών και θερμοκρασίες συγκρίσιμες με εκείνες της επιφάνειας του Ήλιου. Παρότι θεωρείται στερεός, εδώ και δεκαετίες οι σεισμολόγοι παρατηρούν ότι συμπεριφέρεται «παράδοξα»: επιβραδύνει τα διατμητικά σεισμικά κύματα και εμφανίζει λόγο Poisson πιο κοντά στο… βούτυρο παρά στο ατσάλι.
Πώς μπορεί κάτι να είναι ταυτόχρονα στερεό και τόσο εύκαμπτο; Η απάντηση δίνεται από μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό National Science Review. Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Youjun Zhang και τη δρα Yuqian Huang από το Πανεπιστήμιο Sichuan, σε συνεργασία με τον καθηγητή Yu He από το Ινστιτούτο Γεωχημείας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, δείχνει ότι τα κράματα σιδήρου–άνθρακα, υπό τις ακραίες συνθήκες του εσωτερικού πυρήνα, μεταβαίνουν σε υπεριοντική φάση.
Η νέα φυσική του πυρήνα
Σε αυτήν την κατάσταση, τα άτομα άνθρακα κινούνται ταχύτατα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα του σιδήρου, μειώνοντας δραστικά τη μηχανική ακαμψία του υλικού. «Για πρώτη φορά αποδείξαμε πειραματικά ότι ένα κράμα σιδήρου–άνθρακα, σε συνθήκες εσωτερικού πυρήνα, παρουσιάζει εξαιρετικά χαμηλή ταχύτητα διάδοσης διατμητικών κυμάτων», εξηγεί ο καθηγητής Zhang. «Τα άτομα άνθρακα γίνονται ιδιαίτερα κινητικά, διαχέονται μέσα στο πλέγμα του σιδήρου σαν παιδιά που κινούνται μέσα σε μια χορευτική πλατεία, ενώ ο σίδηρος παραμένει στερεός και τακτοποιημένος».
Η πειραματική επιβεβαίωση δεν ήταν εύκολη. Αν και υπολογιστικές προσομοιώσεις το 2022 είχαν υποδείξει την πιθανότητα μιας τέτοιας κατάστασης, η εργαστηριακή απόδειξη απαιτούσε ακραίες συνθήκες. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πλατφόρμα δυναμικής συμπίεσης κρούσης, εκτοξεύοντας δείγματα σιδήρου–άνθρακα με ταχύτητα 7 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, φτάνοντας πιέσεις έως 140 γιγαπασκάλ και θερμοκρασίες περίπου 2.600 Κέλβιν.
Τα αποτελέσματα έδειξαν απότομη πτώση στην ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων και σημαντική αύξηση του λόγου Poisson, σε πλήρη συμφωνία με τις σεισμικές παρατηρήσεις. Σε ατομικό επίπεδο, τα δεδομένα αποκάλυψαν ελεύθερη κίνηση των ατόμων άνθρακα μέσα στο πλέγμα του σιδήρου, χωρίς κατάρρευση της δομής.
Νέα ερμηνεία για το μαγνητικό πεδίο
Το μοντέλο του υπεριοντικού πυρήνα δεν εξηγεί μόνο τις σεισμικές ανωμαλίες, αλλά προσφέρει και νέα οπτική για τη λειτουργία του γεωδυναμό – του μηχανισμού που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο της Γης. «Η ατομική διάχυση στον εσωτερικό πυρήνα αποτελεί μια πηγή ενέργειας που μέχρι σήμερα αγνοούσαμε», σημειώνει η δρα Huang. «Εκτός από τη θερμική και χημική συναγωγή, η ρευστόμορφη κίνηση των ελαφρών στοιχείων μπορεί να ενισχύει τον μαγνητικό παλμό του πλανήτη».
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ανακάλυψη σηματοδοτεί μια μετάβαση από την εικόνα ενός στατικού, άκαμπτου εσωτερικού πυρήνα σε ένα πιο δυναμικό μοντέλο. Οι επιπτώσεις μάλιστα ξεπερνούν τη Γη, καθώς η ύπαρξη υπεριοντικών φάσεων θα μπορούσε να επηρεάζει και τη μαγνητική και θερμική εξέλιξη άλλων βραχωδών πλανητών και εξωπλανητών.
Η κατανόηση αυτής της «κρυφής» κατάστασης της ύλης, όπως τονίζουν οι επιστήμονες, μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην αποκρυπτογράφηση των μυστικών των πλανητικών εσωτερικών.
