kozmos.hr
Znanost

Zemljina unutrašnjost se hladi brže nego što se očekivalo

objavljeno

Nova ispitivanja provodljivosti topline minerala na granici Zemljine jezgre i plašta indiciraju da bi se naš planet mogao hladiti brže nego smo mislili.

‘Hladni’ planet

Evolucija naše Zemlje zapravo je priča o hlađenju: prije 4.5 milijardi godina na površini mlade Zemlje vladale su ekstremne temperature, a prekrivao ju je duboki ocean magme. Tijekom milijuna godina, površina planeta se hladila i formirala krhku koru. Međutim, ogromna toplinska energija koja izvire iz unutrašnjosti Zemlje pokrenula je dinamičke procese, kao što su konvekcija plašta, tektonika ploča i vulkanizam.

Ipak, još uvijek su neodgovorena pitanja koliko se brzo Zemlja ohladila i koliko bi dugo trebalo da hlađenje zemlje zaustavi gore spomenute dinamičke procese. Jedan mogući odgovor mogao bi biti u toplinskoj vodljivosti minerala koji tvore granicu između Zemljine jezgre i plašta.

Termalna granica

Ovaj granični sloj je relevantan jer je ovdje viskozna stijena Zemljinog omotača u izravnom kontaktu s vrućim topljenjem željeza i nikla vanjske jezgre planeta. Temperaturni gradijent između dva sloja je vrlo strm, tako da ovdje potencijalno teče mnogo topline. Granični sloj se sastoji uglavnom od minerala bridžmanita. Međutim, istraživačima je teško procijeniti koliko topline ovaj mineral provodi od Zemljine jezgre do plašta jer je eksperimentalna provjera vrlo teška.

Nova tehnologija mjerenja

ETH profesor Motohiko Murakami i njegovi kolege s Carnegie Institution for Science razvili su sofisticirani mjerni sustav koji im omogućuje mjerenje toplinske vodljivosti bridžmanita u laboratoriju, pod tlakom i temperaturnim uvjetima koji vladaju unutar Zemlje. Za mjerenja su koristili nedavno razvijeni optički sustav mjerenja apsorpcije u dijamantnoj jedinici grijanoj pulsirajućim laserom.

„Ovaj mjerni sustav nam omogućuje da pokažemo da je toplinska vodljivost bridžmanita oko 1.5 puta veća od pretpostavljene“, rekao je Murakami. To sugerira da je protok topline iz jezgre u plašt također veći nego što se mislilo. Veći protok topline, zauzvrat, povećava konvekciju plašta i ubrzava hlađenje Zemlje. To može uzrokovati usporavanje tektonike ploča, koju održavaju konvektivna kretanja plašta, brže nego što su istraživači očekivali na temelju prethodnih vrijednosti vodljivosti topline.

Brže hlađenje Zemlje

Murakami i njegovi kolege također su pokazali da će brzo hlađenje plašta promijeniti stabilne mineralne faze na granici jezgra-plašt. Kada se ohladi, bridžmanita se pretvara u mineral post-perovskit. Međutim, čim se postperovskit pojavi na granici jezgra-plašt i počne dominirati, hlađenje plašta bi se moglo još više ubrzati, procjenjuju istraživači, budući da ovaj mineral provodi toplinu čak učinkovitije od bridžmanita.

„Naši rezultati mogli bi nam dati novu perspektivu evolucije Zemljine dinamike. Oni sugeriraju da se Zemlja, kao i drugi stjenoviti planeti Merkur i Mars, hladi i postaje neaktivna mnogo brže nego što se očekivalo“, objašnjava Murakami.

Međutim, znanstvenici ne mogu reći koliko će vremena trebati, na primjer, da prestanu konvekcijske struje u plaštu. Kako bi bolje razumjeli te procese prvo je potrebno bolje razumjeti kako konvekcija plašta funkcionira u prostornom i vremenskom smislu. Štoviše, znanstvenici trebaju razjasniti kako raspad radioaktivnih elemenata u Zemljinoj unutrašnjosti – jednom od glavnih izvora topline – utječe na dinamiku plašta.

Aktivni tektonski sustav na Mjesecu

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Motohiko Murakami et al., „Radiative thermal conductivity of single-crystal bridgmanite at the core-mantle boundary with implications for thermal evolution of the Earth,“ Earth and Planetary Science Letters 578 (2022).

Peter Rüegg (14. siječnja 2022.), „Earth’s interior is cooling faster than expected,“ ethz.ch (pristup 24. siječnja 2022.)

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji - te uživa u gledanju svega povezanog sa Star Warsom.