Hati yang terkena planet kita tetap menjadi misteri bagi saintis yang mencari bagaimana Bumi terbentuk dan apa yang telah dicipta. Tetapi kajian baru-baru ini dapat mencipta tekanan yang mendekati mereka yang ditemui di tengah-tengah bumi, memberikan penyelidik melihat ke dalam masa awal planet kita, dan walaupun inti mungkin kelihatan seperti sekarang.
Mereka mengumumkan penemuan mereka dalam isu jurnal Sains terkini . "Jika kita mengetahui unsur-unsur mana yang menjadi inti, kita dapat memahami dengan lebih baik keadaan di mana Bumi terbentuk, yang kemudiannya akan memberitahu kita tentang sejarah sistem suria awal, " kata penulis kajian utama Anat Shahar, ahli geokimia di Carnegie Institution for Science di Washington, DC Ia juga dapat memberi para penyelidik melihat bagaimana planet berbatu lain, baik dalam sistem suria kita sendiri dan seterusnya, menjadi.
Bumi membentuk kira-kira 4.6 bilion tahun yang lalu melalui perlanggaran yang tidak terhingga antara badan-badan berbatu yang berukuran dari objek bersaiz Mars hingga asteroid. Apabila bumi awal tumbuh, tekanan dalaman dan suhu juga meningkat.
Ini mempunyai implikasi untuk bagaimana besi - yang membentuk sebahagian besar teras Bumi - berinteraksi dengan unsur-unsur yang lebih ringan seperti hidrogen, oksigen dan karbon kerana logam yang lebih berat dipisahkan dari mantel dan tenggelam ke dalam planet ini. Mantel adalah lapisan tepat di bawah kerak bumi, dan pergerakan batu lebur melalui wilayah ini memacu tectonic plat.
Para saintis telah lama menyedari bahawa perubahan suhu dapat mempengaruhi sejauh mana versi, atau isotop, elemen seperti besi menjadi sebahagian daripada inti. Proses ini dipanggil penguraian isotop.
Namun sebelum ini, tekanan tidak dianggap sebagai pemboleh ubah kritikal yang mempengaruhi proses ini. "Pada tahun 60an dan 70an, eksperimen telah dijalankan untuk mencari kesan tekanan dan tidak ada yang dijumpai, " kata Shahar, yang merupakan sebahagian daripada program Observatorium Deep Carbon. "Sekarang kita tahu bahawa tekanan yang mereka uji di - kira-kira dua gigap [GPa] - tidak cukup tinggi."
Satu kertas kerja 2009 oleh pasukan lain mencadangkan tekanan dapat mempengaruhi unsur-unsur yang membuatnya menjadi inti planet kita. Jadi Shahar dan pasukannya memutuskan untuk menginvestigasi semula kesannya, tetapi menggunakan peralatan yang mampu mencapai tekanan sehingga 40 GPa-lebih hampir dengan 60 GPa yang difikirkan oleh saintis adalah purata semasa pembentukan teras awal Bumi.
Dalam eksperimen yang dilakukan di Jabatan Sumber Tenaga Lanjutan Tenaga AS, kemudahan pengguna Pejabat Sains di Makmal Kebangsaan Argonne di Illinois, pasukan itu meletakkan sampel kecil besi yang bercampur dengan hidrogen, karbon atau oksigen di antara titik dua berlian. Sisi "sel berlian berlian" ini kemudian diperas bersama untuk menghasilkan tekanan besar.
Selepas itu, sampel besi diubah dibombardir dengan sinar-X berkuasa tinggi. "Kami menggunakan sinar-x untuk menyiasat sifat getaran fasa besi, " kata Shahar. Frekuensi getaran yang pelbagai memberitahu beliau versi besi yang dia ada dalam sampelnya.
Apa yang ditemui oleh pasukan adalah bahawa tekanan yang melampau mempengaruhi fraksionasi isotop. Khususnya, pasukan mendapati bahawa tindak balas antara besi dan hidrogen atau karbon-dua elemen yang dianggap hadir di inti-sepatutnya meninggalkan tanda tangan dalam batu mantel. Tetapi tandatangan itu tidak pernah dijumpai.
"Oleh itu, kita tidak fikir bahawa hidrogen dan karbon adalah elemen cahaya utama dalam inti, " kata Shahar.
Sebaliknya, gabungan besi dan oksigen tidak akan meninggalkan jejak di belakang dalam mantel, menurut eksperimen kumpulan. Jadi, masih mungkin oksigen boleh menjadi salah satu elemen yang lebih ringan di teras Bumi.
Penemuan ini menyokong hipotesis bahawa oksigen dan silikon membentuk sebahagian besar unsur cahaya yang dibubarkan di teras bumi, kata Joseph O'Rourke, ahli geofizik di Caltech di Pasadena, California, yang tidak terlibat dalam kajian tersebut.
"Oksigen dan silikon sangat banyak di dalam mantel, dan kita tahu ia larut dalam besi pada suhu dan tekanan tinggi, " kata O'Rourke. "Oleh kerana oksigen dan silikon pada dasarnya dijamin memasuki teras, tidak banyak ruang bagi calon lain seperti hidrogen dan karbon."
Shahar berkata pasukannya merancang untuk mengulangi percubaan mereka dengan silikon dan sulfur, unsur-unsur lain yang mungkin teras. Sekarang bahawa mereka telah menunjukkan bahawa tekanan boleh mempengaruhi fraksionasi, kumpulan itu juga merancang untuk melihat kesan tekanan dan suhu bersama, yang mereka ramalkan akan menghasilkan hasil yang berbeza daripada sama ada satu sahaja. "Eksperimen kami semua dilakukan dengan sampel besi pepejal pada suhu bilik. Tetapi semasa pembentukan teras, semuanya cair, "kata Shahar.
Penemuan-penemuan dari eksperimen seperti itu mungkin mempunyai kaitan dengan eksoplanet, atau planet di luar sistem solar kita sendiri, kata saintis. "Kerana untuk exoplanets, anda hanya boleh melihat permukaan atau atmosfera mereka, " kata Shahar. Tetapi bagaimana pedalaman mereka mempengaruhi apa yang berlaku di permukaan, dia bertanya. "Jawapan kepada soalan-soalan itu akan menjejaskan sama ada terdapat kehidupan di planet."
Ketahui mengenai penyelidikan ini dan banyak lagi di Balai Cerap Deep Carbon.
Nota Editor, 5 Mei 2016: Kisah ini pada asalnya meletakkan tapak eksperimen di Washington, DC Mereka telah dikendalikan di makmal di Illinois.
