Po zbadaniu, jak fale sejsmiczne poruszają się w jądrze Ziemi, geolodzy doszli do wniosku, że powinno ono zawierać około 0,3-2% węgla. To sprawia, że rdzeń jest największym rezerwuarem węgla na planecie, twierdzą naukowcy. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie naukowym Communications Earth & Environment.
„Wiemy, że jądro Ziemi składa się głównie z żelaza, ale gęstość tego ostatniego jest zauważalnie wyższa niż w jądrze. Wskazuje to na znaczną część lekkich pierwiastków, z których jeden może być węglem. Dowiedzieliśmy się, jak jego rezerwy mogą być duże” – powiedział jeden z autorów badania, profesor nadzwyczajny Florida State Institute Minak Mukherjee.
Jądro Ziemi składa się z dwóch warstw: stałego metalowego rdzenia i otaczającej go ciekłej warstwy stopionego żelaza i niklu. Płyn ten nieustannie się porusza, tak jak woda wiruje we wrzącym czajniku. Rezultatem jest pole magnetyczne, które chroni Ziemię przed promieniami kosmicznymi, rozbłyskami słonecznymi i innymi niebezpiecznymi zjawiskami kosmicznymi.
Geolodzy od dawna interesowali się, w jaki sposób zachodzi ten ruch i jakie procesy wewnątrz jądra prowadzą do okresowych zmian biegunów magnetycznych Ziemi, a także do osłabienia i wzmocnienia pola magnetycznego. Aby odpowiedzieć na to pytanie, niezwykle ważne jest poznanie dokładnego składu płynnego i stałego rdzenia, ponieważ obecność drobnych zanieczyszczeń innych pierwiastków może znacząco zmienić charakter ruchu przepływów w rdzeniu.
Mukherjee i jego koledzy odkryli, że znaczna część tych zanieczyszczeń to węgiel, który prawdopodobnie dostał się do niższych warstw wnętrza planety w pierwszych chwilach życia Układu Słonecznego. Naukowcy doszli do tego wniosku, tworząc komputerowy model jądra i płaszcza Ziemi, zdolny do odtworzenia wyglądu najgłębszych źródeł fal sejsmicznych.
Pierwsze obserwacje takich fluktuacji, które przeprowadzono na początku lat 90., wskazywały, że płynne jądro Ziemi składa się w około 3% z różnych zanieczyszczeń. Ich skład pozostawał dla naukowców tajemnicą, ponieważ żaden potencjalny kandydat do tej roli, w tym tlen, siarka, krzem i węgiel, nie mógłby wyjaśnić wszystkich osobliwości w zachowaniu głębokich źródeł fal sejsmicznych.
Po raz pierwszy amerykańscy geolodzy byli w stanie rozwiązać te sprzeczności. Stało się to możliwe dzięki temu, że szczegółowo obliczono, jak zachowuje się węgiel topi się w żelazie w szerokim zakresie ciśnień i temperatur. Podobne dane uzyskali Mukherjee i jego koledzy dla azotu, krzemu, tlenu, siarki i wodoru.
Na podstawie tych obliczeń badacze stworzyli zestaw komputerowych modeli wnętrza Ziemi, które szczegółowo opisywały charakter cyrkulacji materii wewnątrz płynnego jądra. Z ich pomocą geolodzy obliczyli, jak głębokie fale sejsmiczne będą z nimi oddziaływać, i porównali wyniki tych obliczeń z rzeczywistymi obserwacjami.
Okazało się, że wszystkie ich cechy zostały odtworzone przez te modele płynnej części jądra Ziemi, które zawierały bardzo duże rezerwy węgla, około 0,3-2% jej całkowitej masy, a także znaczne ilości tlenu. Oznacza to, że prawie 95% masy ziemskiego węgla koncentruje się w centrum planety, co czyni ją największym zbiornikiem tego pierwiastka na naszej planecie.
Jak się tam dostały tak duże ilości węgla, geolodzy nie potrafią jeszcze powiedzieć. Zakładają, że węgiel znajdował się w centrum Ziemi od pierwszych faz jej powstawania. Jeśli to prawda, naukowcy będą musieli ponownie przemyśleć obecne poglądy na temat zachowania węgla podczas formowania się planety, podsumowali Mukherjee i jego koledzy.