Det är allmänt accepterat att jordens inre kärna bildades för ungefär en miljard år sedan när en fast, superhet järnklump började spontant kristallisera inuti en 4, 200 mil bred boll av flytande metall i planetens centrum.

Ett problem:Det är inte möjligt-eller, åtminstone, har aldrig varit lätt att förklara - enligt en ny tidning publicerad i Earth and Planetary Science Letters från ett team av forskare vid Case Western Reserve University.

Forskargruppen består av postdoktoranden Ludovic Huguet; Jorden, Miljö, och planetariska vetenskapsprofessorerna James Van Orman och Steven Hauck II; och materialvetenskap och ingenjörsvetenskap professor Matthew Willard-hänvisar till denna gåta som "kärnbildningens innersta paradox."

Den paradoxen är så här:Forskare har vetat i mer än 80 år att det finns en kristalliserad inre kärna. Men Case Western Reserve-teamet hävdar att denna allmänt accepterade idé försummar en kritisk punkt - en som, en gång tillsatt, skulle föreslå att den inre kärnan inte borde existera.

Den inre kärnmotsättningen

Här är anledningen:Även om det är välkänt att ett material måste vara vid eller under sin frystemperatur för att vara fast, det visar sig att det tar extra energi att göra den första kristallen från en vätska. Den extra energin - kärnbildningsbarriären - är den ingrediens som modeller av jordens djupaste inre inte har inkluderat förrän nu.

För att övervinna kärnbildningsbarriären och börja stelna, dock, vätskan måste kylas långt under sin fryspunkt - vad forskare kallar "superkylning".

Alternativt något annat måste läggas till den flytande metallen i kärnan - i mitten av planeten - som avsevärt minskar mängden erforderlig underkylning.

Men kärnbildningsbarriären för metall - vid de extraordinära trycken i jordens mitt - är enorm.

"Alla, oss själva inklusive, verkade sakna detta stora problem - att metaller inte börjar kristallisera omedelbart om det inte finns något där som sänker energibarriären mycket, " sa Hauck.

Case Western Reserve-teamet hävdar att de mest uppenbara lösningarna är misstänkta:

"Att den inre kärnan på något sätt utsattes för en massiv underkylning på cirka 1, 800 grader Fahrenheit (1, 000 Kelvin)-långt utöver mängden kylning som forskare har kommit fram till. Om jordens centrum hade nått denna temperatur, nästan hela kärnan borde kristallisera snabbt, men bevisen tyder på att det inte är det.

"Att något hände för att sänka kärnbildningsbarriären, tillåter kristallisation att ske vid en högre temperatur. Forskare gör detta i labbet genom att lägga till en bit solid metall till en lätt underkyld flytande metall, vilket gör att det nu heterogena materialet snabbt stelnar. Men det är svårt att räkna ut på en jordisk skala hur detta kunde ha hänt, hur ett kärnbildningsförstärkande fast ämne kunde ha hittat sin väg till planetens centrum för att möjliggöra härdning (och expansion) av den inre kärnan, sa Huguet.

"Så, om kärnan är en ren (homogen) vätska, den inre kärnan borde inte existera alls eftersom den inte kunde ha varit underkyld i den utsträckningen, " Sa Van Orman. "Och om det inte är homogent, hur blev det så?

"Det är kärnbildningens innersta paradox."

Möjliga svar

Hur bildades då den solida inre kärnan?

Just nu, lagets favoritidé är besläktad med den andra lösningen ovan:att stora kroppar av solid metall sakta föll från den steniga manteln och in i kärnan för att sänka kärnbildningsbarriären.

Men det skulle kräva en enorm klumpa - kanske storleken på en stor stad - för att vara tillräckligt tung för att falla genom manteln och sedan tillräckligt stor för att göra den till kärnan utan att helt lösas upp.

Om så är fallet, "Vi måste ta reda på hur det faktiskt kan hända, " sa Van Orman.

"Å andra sidan, " han sa, "finns det någon vanlig egenskap hos planetkärnor som vi inte har tänkt på tidigare - något som gör att de kan övervinna den kärnbildningsbarriären?

"Det är dags för hela samhället att tänka på det här problemet och hur man testar det. Den inre kärnan finns, och nu måste vi ta reda på hur det kom dit."