Pažvelgė į planetos širdį. 5150 km gylyje vyksta tai, ko niekas neįsivaizdavo. Vadovėlius teks perrašyti

Kas iš tikrųjų vyksta tūkstančius kilometrų po paviršiumi – pačioje mūsų planetos širdyje? Dešimtmečius vadovėliai vaizdavo Žemės vidinį branduolį kaip monolitą – kietą geležinį rutulį. Tačiau naujausi tyrimai rodo, kad situacija yra kur kas sudėtingesnė. Pasirodo, jog Žemės centras gali egzistuoti neįprastoje, hibridinėje materijos būsenoje, kurios niekur kitur Žemėje nerastume.

Šią hipotezę patvirtino laboratoriniai eksperimentai, kuriuose pavyko atkurti ekstremalias sąlygas, vyraujančias Žemės branduolyje. Mokslininkai daugelį metų svarstė apie tam tikras anomalijas seisminiuose duomenyse, kurios netiko prie kieto branduolio modelio. Tik superjoninės medžiagos koncepcija – kai kai kurie atomai juda laisvai standžiame kristaliniame tinkle – pradėjo dėlioti šias dėlionės dalis į vieną visumą.

Anglis, šokanti geležies tinkle

Norint suprasti, kas ten vyksta, reikia pirmiausia suvokti viduje Žemės vyraujančių sąlygų mastą. Maždaug 5150 kilometrų gylyje slėgis viršija 3,3 milijono atmosferų, o temperatūra prilygsta Saulės paviršiaus karščiui. Tokiose aplinkybėse aptinkamas geležies lydinys su lengvesnių elementų, tokių kaip anglis, priemaišomis. Ir būtent anglies elgsena pasirodo esanti itin svarbi.

Tyrimai rodo, kad tokiomis sąlygomis anglies atomai įgyja stulbinamą judrumą. Jie juda per standžią heksagoninę geležies kristalinę struktūrą sklandžiai, tarsi būtų skystyje. Būtent toks anglies atomų judėjimas paaiškina, kodėl seisminės bangos, sklindančios per vidinį branduolį, sulėtėja taip, kaip būdinga kur kas mažiau standžioms medžiagoms nei geležis.

Nors teoriniai modeliai jau seniau rodė, kad tokia fazė gali egzistuoti, tiesioginio įrodymo reikėjo eksperimentiškai. Tai pavyko padaryti tik dabar. Mokslininkų komanda pasitelkė dinaminės smūginės kompresijos platformą ir pagreitino geležies–anglies lydinio mėginius iki 7 kilometrų per sekundę. Taip akimirkai laboratorijoje atkurta 140 gigapaskalių slėgis ir maždaug 2600 laipsnių Celsijaus temperatūra.

Stebėjimai patvirtino fazės virsmą. Geležies atomai sudarė tvarkingą, standų tinklą, o anglies atomai įgijo galimybę laisvai difuzuoti. Tai pirmasis eksperimentinis įrodymas, kad vidinio branduolio sąlygomis šis lydinys pasižymi itin mažu šlyties bangų greičiu – kuo puikiai paaiškinama seisminių bangų elgsena branduolyje. Rezultatai paskelbti 2025 m. rugsėjo pabaigoje žurnale „National Science Review“, suteikiant tvirtą pagrindą naujam planetos sandaros modeliui.

Naujas energijos šaltinis Žemės magnetiniam laukui

Šis atradimas turi pasekmių, kurios gerokai peržengia seismologijos ribas. Superjoninė branduolio prigimtis gali būti trūkstama dėlionės dalis aiškinant geodinamos – natūralaus „variklio“, generuojančio Žemės magnetinį lauką – veikimą. Iki šiol pagrindinėmis šio proceso varomosiomis jėgomis laikyta šiluminė konvekcija skystame išoriniame branduolyje ir jo cheminė sudėtis.

Dabar atsiranda trečioji galimybė. Lengvųjų elementų judėjimas vidiniame branduolyje, kuris nors ir kietas, bet ne visiškai standus, gali tiekti papildomos energijos arba daryti įtaką konvekciniams procesams aukščiau. Tai subtilus, bet galbūt itin reikšmingas mechanizmas, galintis padėti paaiškinti, kaip Žemė išlaikė apsauginį magnetinį lauką milijardus metų. Šis modelis taip pat leidžia naujai pažvelgti į seisminę anizotropiją – reiškinį, kai bangų greitis priklauso nuo jų sklidimo krypties branduolyje.

Žinoma, tai vis dar nauja koncepcija, kuriai reikia daugiau tyrimų ir patikslinimų. Tačiau ji primena, kaip mažai vis dar žinome apie savo planetos gelmes ir kaip kiekvienas naujas atradimas gali priversti permąstyti pamatinius įsitikinimus. Mintis, kad po mūsų kojomis egzistuoja egzotiška materijos būsena, yra ne tik moksliškai jaudinanti, bet ir įkvepia naujiems atradimams.