Jordens brennende kjerne er ikke en ensomhet - den har blitt fanget sammen med andre, underverdenlige lag. Det er ifølge en ny studie som fant at den innerste delen av planeten lekker noe av innholdet i mantelplommer, hvorav noen til slutt når jordens overflate.
Denne oppdagelsen er med på å avgjøre en debatt som har rasert i flere tiår: om kjernen og mantelen utveksler noe materiale, sa forskerne.
"Funnene våre antyder at noe kjernemateriale overføres til basen av disse mantellrommene, og kjernen har lekket dette materialet de siste 2,5 milliarder årene," skrev forskerne i The Conversation, et nettsted der forskere skriver om forskningen sin for offentlig.
Funnet ble muliggjort av metall wolfram (W), element 74 på det periodiske bordet. Hvis wolfram skulle lage en datingsprofil, vil den bemerke at det er en siderofil, eller "jernelsker." Så det er ingen overraskelse at det henger mye wolfram i jordens kjerne, som først og fremst er laget av jern og nikkel.
På profilen vil tungsten også oppgi at den har noen få isotoper (et element med et annet antall nøytroner i kjernen), inkludert W-182 (med 108 nøytroner) og W-184 (med 110 nøytroner). Mens de utviklet studien, skjønte forskerne at disse isotoper kunne hjelpe dem med å løse kjernelekkende spørsmål.
Et annet element, hafnium (Hf), er en litofil, noe som betyr at den elsker bergarter og kan finnes i jordas silikatrike mantel. Med en halveringstid på 8,9 millioner år, forfaller hafniums radioaktive isotop Hf-182 til W-182. Dette betyr at mantelen skal ha mer W-182 enn kjernen gjør, resonerte forskerne.
"Derfor kan kjemisk utveksling mellom kjernen og kilden til mantellrømmer være påvisbar i 182W / 184W-forholdet mellom havøy-basalter," som kommer fra plommene i mantelen, skrev forskerne i studien.
Men denne forskjellen i wolfram ville være utrolig liten: Wolfram-182-sammensetningen i mantelen og kjernen var forventet å avvike med bare rundt 200 deler per million (ppm). "Færre enn fem laboratorier i verden kan gjøre denne typen analyser," skrev forskerne i The Conversation.
Videre er det ikke lett å studere kjernen, fordi den begynner på en dybde på cirka 1.800 mil (2.900 kilometer) under jorden. For å sette det i perspektiv, er det dypeste hullet mennesker noensinne har gravd, Kola Superdeep Borehole i Russland, som har en dybde på rundt 12,6 km (12,3 km).
Så forskerne studerte den nest beste tingen: bergarter som ozed til jordoverflaten fra den dype mantelen ved Pilbara Craton i Vest-Australia, og hotspots Réunion Island og Kerguelen Archipelago i Det indiske hav.
Lekkasje oppdaget
Mengden wolfram i disse bergartene avslørte en lekkasje fra kjernen. Over jordas levetid skjedde det en stor endring i forholdet W-182-til-W-184 i jordens mantel, fant forskerne. Merkelig nok har jordens eldste bergarter et høyere W-182-til-W-184-forhold enn de fleste moderne bergarter gjør, oppdaget de.
"Endringen i 182W / 184W-forholdet til mantelen indikerer at wolfram fra kjernen har lekket inn i mantelen i lang tid," skrev forskerne i The Conversation.
Jorden er omtrent 4,5 milliarder år gammel. Planetens eldste mantelbergarter hadde imidlertid ingen vesentlige endringer i wolframisotoper. Dette antyder at for 4,3 til 2,7 milliarder år siden var det liten eller ingen utveksling av materiale fra kjernen til den øvre mantelen, sa forskerne.
Men de siste 2,5 milliarder årene har wolframisotopopsammensetningen i mantelen endret seg betydelig. Hvorfor skjedde dette? Hvis mantelplymer stiger opp fra kjerne-mantelgrensen, vil kanskje, som en sag-sag, materiale fra jordens overflate gå ned i den dype mantelen, sa forskerne. Dette overflatematerialet har oksygen i seg, et element som kan påvirke wolfram, sa forskerne.
"Subduction, begrepet brukt om bergarter fra jordens overflate som stiger ned i mantelen, tar oksygenrikt materiale fra overflaten inn i den dype mantelen som en integrert komponent i platetektonikk," skrev forskerne i The Conversation. "Eksperimenter viser at økning i oksygenkonsentrasjon ved kjerne-mantelgrensen kan føre til at wolfram skilles ut av kjernen og inn i mantelen."
Eller, kanskje etter hvert som den indre kjernen stivnet etter at Jorden ble dannet, økte oksygenkonsentrasjonen i den ytre kjernen, sa forskerne. "I dette tilfellet kunne de nye resultatene våre fortelle oss noe om utviklingen av kjernen, inkludert opprinnelsen til jordas magnetfelt," skrev de i The Conversation.
