I ett försök att undersöka förhållanden som finns vid jordens smälta yttre kärna, Forskare har framgångsrikt bestämt tätheten av flytande järn och hastigheten med vilken ljud fortplantar sig genom det vid extremt höga tryck. De uppnådde detta med användning av ett mycket specialiserat diamantstäd som komprimerar prover, och sofistikerade röntgenmätningar. Deras fynd bekräftar att den smälta yttre kärnan är mindre tät än flytande järn, och sätter också värden på diskrepansen.

Jules Vernes roman "Resan till jordens centrum" från 1864 skildrar upptäcktsresande på en fantasifull resa till jordens kärna där de hittar en gigantisk ihålig grotta som är värd för en förhistorisk miljö befolkad med dinosaurier. De tar sig dit tack vare en tankliknande borrmaskin som navigerar genom vulkaner. Det låter kul, men onödigt att säga, det är långt ifrån verkligheten, där forskare utforskar den inre jorden med en rad tekniker och instrument från den jämförande säkerheten på jordens yta.

Seismisk utrustning som mäter hur jordbävningar färdas genom planeten är avgörande för att kartlägga några av de större strukturella arrangemangen inom jorden, och tack vare detta, det har länge varit känt att i jordens hjärta ligger en fast kärna omgiven av en mindre tät flytande yttre kärna. För första gången, experiment och simuleringar har visat forskare detaljer om denna yttre kärna som tidigare inte var tillgängliga. Och dessa studier avslöjar några fascinerande detaljer.

"Att återskapa förhållanden som finns i jordens centrum här uppe på ytan är inte lätt, ", sa projektassistent professor Yasuhiro Kuwayama från institutionen för jord- och planetvetenskap. "Vi använde ett diamantstäd för att komprimera ett prov av flytande järn som utsätts för intensiv värme. Men mer än att bara skapa förutsättningar, vi behövde behålla dem tillräckligt länge för att kunna ta våra mätningar. Det här var den verkliga utmaningen."

Det är svårare att mäta densiteten hos ett flytande prov än ett fast, eftersom det tar längre tid för apparaten att göra det. Men med en unik experimentell uppsättning centrerad på ett diamantstäd, som skapades under två decennier, Kuwayama och hans team behöll sitt prov tillräckligt för att samla in de uppgifter de krävde. De använde en mycket fokuserad röntgenkälla från SPring-8-synkrotronen i Japan för att undersöka provet och mäta dess densitet.

"Vi fann att densiteten av flytande järn som du skulle hitta i den yttre kärnan var cirka 10 ton per kubikmeter vid ett tryck på 116 gigapascal, och temperaturen ska vara 4, 350 Kelvin, " förklarade Kuwayama. "För referens, typisk rumstemperatur är cirka 273 Kelvin. Så det här provet är över 16 gånger varmare än ditt rum, och 10 gånger tätare än vatten."

Jämfört med denna nya mätning, densiteten av jordens yttre kärna verkar vara cirka 8 % mindre tät än rent flytande järn. Förslaget här är att det finns ytterligare lättare element i den smälta yttre kärnan som för närvarande är oidentifierade. Denna forskning kan hjälpa andra i deras strävan att avslöja fler ouppnåeliga hemligheter från djupet av jorden.

"Det är viktigt att undersöka dessa saker för att förstå mer, inte bara om jordens kärna, men om sammansättningen, och därmed beteende, på andra planeter också, " avslutade Kuwayama. "Det är viktigt att notera att det inte bara var utarbetad utrustning som hjälpte oss att hitta denna nya information, men också noggrann matematisk modellering och analytiska metoder. Vi blev positivt överraskade över hur effektivt detta tillvägagångssätt var, och hoppas att det kan leda till en större förståelse för världen under våra fötter."

Studien publiceras i Fysiska granskningsbrev .