Zemljina unutrašnjost hladi se brže od očekivanog
Istraživači s ETH Zurich pokazali su u laboratoriju koliko dobro mineral uobičajen na granici između Zemljine jezgre i plašta provodi toplinu. To ih navodi na sumnju da bi se Zemljina toplina mogla raspršiti i prije nego što se mislilo.
Evolucija naše Zemlje priča je o njenom 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 moglo biti potrebno da ovo stalno hlađenje zaustavi gore spomenute procese potaknute toplinom. Jedan mogući odgovor mogao bi biti u toplinskoj vodljivosti minerala koji tvore granicu između Zemljine jezgre i plašta.
Ovaj granični sloj je relevantan jer je ovdje viskozna stijena Zemljinog omotača u izravno u kontaktu s vrućom talinom 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.
Sada su profesor ETH Motohiko Murakami i njegovi kolege s Carnegie Institution for Science razvili sofisticirani mjerni sustav koji im omogućuje mjerenje toplinske vodljivosti bridgmanita 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 bridgmanita oko 1,5 puta veća od pretpostavljene", kaže 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.
Murakami i njegovi kolege također su pokazali da će brzo hlađenje plašta promijeniti stabilne mineralne faze na granici jezgra-plašt. Kad se ohladi, bridgmanit se pretvara u mineral postperovskit. Ali 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 bridgmanita.
"Naši rezultati mogli bi nam dati novu perspektivu o evoluciji Zemljine dinamike. Oni sugeriraju da se Zemlja, kao i drugi stjenoviti planeti Merkur i Mars, hladi i postaje neaktivna puno brže nego što se očekivalo", objašnjava Murakami.
Međutim, on ne može reći koliko će vremena trebati, na primjer, da prestanu konvekcijske struje u plaštu. "Još uvijek ne znamo dovoljno o ovakvim događajima da bismo odredili njihovo vrijeme." Da biste to učinili, 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.