Jordens kerne og kappe adskilt på en uordentlig måde

Plumes af varm sten, der stiger opad fra Jordens kappe ved vulkanske hotspots, indeholder beviser for, at Jordens dannelsesår kan have været endnu mere kaotiske end tidligere antaget, ifølge nyt arbejde fra et team af Carnegie og Smithsonian forskere offentliggjort i Natur .

Det er velkendt, at Jorden dannede sig ved tilførsel af stof omkring den unge sol. Til sidst voksede planeten til en sådan størrelse, at tættere jernmetal sank indad, at danne begyndelsen på Jordens kerne, efterlader den silikatrige kappe flydende over.

Men nyt arbejde fra et team ledet af Carnegies Yingwei Fei og Carnegie og Smithsonianens Colin Jackson hævder, at denne kappe og kerneseparation ikke var sådan en ordnet proces.

"Vores fund tyder på, at da kernen blev ekstraheret fra kappen, kappen er aldrig helt blandet, "Jackson forklarede." Dette er overraskende, fordi kernedannelse skete i den umiddelbare kølvandet på store påvirkninger fra andre tidlige solsystemobjekter, som Jorden oplevede under dens vækst, ligner den kæmpe påvirkningshændelse, der senere dannede Månen. Før nu, det var udbredt opfattelse, at disse meget energiske virkninger fuldstændig ville have rørt kappen, blanding af alle dets komponenter til en ensartet tilstand. "

Den rygende pistol, der førte holdet til deres hypotese, stammer fra unikke og gamle wolfram- og xenonisotopiske signaturer, der findes på vulkanske hotspots, såsom Hawaii. Selvom man mente, at disse fjer stammer fra kappeens dybeste områder, oprindelsen af ​​disse unikke isotopiske signaturer er blevet debatteret. Teamet mener, at svaret ligger i jodets kemiske adfærd, det overordnede element i xenon, ved meget højt tryk.

Isotoper er versioner af elementer med samme antal protoner, men forskellige antal neutroner. Radioaktiv isotop af grundstoffer, såsom jod-129, er ustabile. For at opnå stabilitet, jod-129 henfalder til xenon-129. Derfor, xenon isotopiske signaturer i plume kappe prøver er direkte relateret til jod adfærd i perioden med kerne-kappe adskillelse.

Brug af diamantamboltceller til at genskabe de ekstreme forhold, under hvilke Jordens kerne adskilte sig fra dens kappe, Jackson, Fei, og deres kolleger - Carnegies Neil Bennett og Zhixue Du og Smithsonians Elizabeth Cottrell - bestemte, hvordan jod fordelte sig mellem metallisk kerne og silikatkappe. De demonstrerede også, at hvis den spirende kerne adskilte sig fra de dybeste områder af kappen, mens den stadig voksede, så ville disse lommer i kappen have den kemi, der er nødvendig for at forklare de unikke wolfram- og xenonisotopiske signaturer, forudsat at disse lommer forblev ublandet med resten af ​​kappen hele vejen op i dag.

Ifølge Bennett:"Den centrale adfærd, vi identificerede, var, at jod begynder at opløses i kernen under meget høje tryk og temperaturer. Under disse ekstreme forhold, jod og hafnium, som henfalder radioaktivt til xenon og wolfram, vise modsatrettede præferencer for kerneformende metal. Denne adfærd ville føre til de samme unikke isotopiske signaturer, der nu er forbundet med hotspots. "

Beregninger fra teamet forudsiger også, at wolfram- og xenonisotopiske signaturer skal være forbundet med tætte lommer i kappen.

"Som chokoladechips i kagedej, disse tætte lommer på kappen ville være meget vanskelige at røre tilbage i, og dette kan være et afgørende aspekt for bevarelsen af ​​deres gamle wolfram- og xenonisotopiske signaturer til nutiden, "Forklarede Jackson.

"Endnu mere spændende er, at der er stigende geofysiske beviser for, at der faktisk er tætte områder af kappe, hviler lige over kernen - kaldet ultralave hastighedszoner og store provinser med lav forskydningshastighed. Dette arbejde binder disse observationer sammen, "Fei tilføjet." Metoden udviklet her åbner også nye muligheder for direkte at studere de dybe jordprocesser. "