X-ışınları, Dünya’nın çekirdek-manto sınırının ve süper Dünya magma okyanuslarının anlaşılmasını ilerletiyor

Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, Dünya’nın çekirdek-manto sınırı ve dış gezegenlerde bulunan benzer bölgeler hakkında yeni ayrıntılar ortaya çıkardı.

Fransa’daki Grenoble Üniversitesi ve Sorbonne Üniversitesi’nden bir bilim adamı olan Guillaume Morard liderliğindeki ekip, erimiş kayanın aşırı koşullar altındaki davranışını araştırmak için SLAC’ın Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını lazerini kullandı. Sonuçlar şöyleydi: yayınlandı içinde Doğa İletişimi.

Çalışma arkadaşı ve SLAC kıdemli bilim insanı Arianna Gleason, “Bu çalışma, Dünya’nın derin iç kısmına dair anlayışımızda önemli bir ilerlemeye işaret ediyor” dedi. “Bulgular, gelişmiş X-ışını tekniklerinin gezegenimizin ve ötesinin gizli sırlarını ortaya çıkarma potansiyelinin altını çiziyor.”

Dünya yüzeyinin yaklaşık 2.800 mil altında, katı silikat bazlı manto ile erimiş demir açısından zengin çekirdek arasına sıkışmış, çalkantılı bir magma bölgesi yatıyor: çekirdek-manto sınırı. Bu, tüm gezegenin erimiş olduğu 4,3 ila 4,5 milyar yıl önceki eski zamanların bir kalıntısı. Bölgedeki aşırı basınç ve sıcaklıklar çalışmayı zorlaştırsa da, Dünya’nın köken hikayesine dair ipuçları ve gezegenin iç süreçlerine dair bilgiler içeriyor.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar, Dünya’nın iki ila üç katı büyüklüğündeki ötegezegenlerin orta ve alt mantolarında beklenen koşulları yeniden yaratmak için gelişmiş X-ışını tekniklerini kullandılar. Araştırmacılar, daha önce mümkün olandan daha yüksek enerji seviyelerine sahip sert X-ışınları kullanarak, erimiş kayadaki atomların nasıl düzenlendiğini görebiliyorlardı. Ekip ayrıca deneysel verilerle karşılaştırmak için bilgisayar simülasyonları kullandı ve erimiş silikatların özelliklerinin kapsamlı bir görünümünü sağladı.

Şaşırtıcı bir sonuç, demirin erimiş kayadaki rolüyle ilgiliydi. Beklentilere rağmen demir içeriğinin değiştirilmesi kayanın yoğunluğunu önemli ölçüde değiştirmedi. Bu bulgu, yüzeyin bir zamanlar erimiş kaya olduğu ve kristal ve erimiş malzemeler arasındaki yoğunluk farkının gezegenin gelişimini önemli ölçüde etkilediği Dünya’nın oluşumuna ilişkin anlayışımızla özellikle ilgilidir.

Çalışma ayrıca, sıkıştırmaya verilen bu atomik tepkinin, kütleleri Dünya’nınkinden neredeyse üç kat daha büyük olan dış gezegenler olan süper Dünyaların magma okyanuslarında bulunması beklenen basınçlarda eriyiklerin özelliklerini değiştirebileceğini öne sürüyor. Bu, potansiyel olarak erken gelişimlerini, güneş sistemimizdeki Dünya ve Venüs gibi daha küçük kayalık gezegenlerden farklı şekilde etkileyebilir.

Araştırma, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşullarını incelemek için gelişmiş deneysel araçların önemini vurgulamaktadır. Ekip, bulgularının bu araçların daha da geliştirilmesine yol açarak Dünya ve gezegen bilimlerinde yeni araştırma yolları açacağını umuyor.

Gleason, “Artık bu kalitede veri elde edebileceğimizi ve bu koşullara ulaşabileceğimizi bildiğimize göre, ötegezegen rejimlerini daha da ileriye taşımak istiyoruz.” dedi. “Dünya’nın manto koşullarının üç katına eşdeğer basınçlar üretme yeteneği heyecan verici. Bu, hem Dünya hem de ötegezegen çalışmaları için çok önemli olan aşırı koşullar altında silikat özelliklerine ilişkin anlayışımızı genişletiyor.”