A földmag pontos összetétele eddig rejtély volt. A tudósok azzal tisztában voltak, hogy a folyékony halmazállapotú külső mag nagyrészt vasból áll, és kis mennyiségben más elemek is megtalálhatóak benne. Az oxigén a leggyakoribb elem a bolygónkon, ezért nem volt alaptalan az a feltételezés, hogy a mag könnyebb elemei között is bőségesen jelen van. Egy új kutatás ezt azonban megcáfolja. Az eredmény segít megismerni azt az időszakot, amikor a Föld a kavargó csillagporból bolygóvá alakult.

A tudomány eddigi állása szerint a nagy mennyiségű vas és nikkel mellett a Föld folyékony külső magjában kis mennyiségben könnyű elemek is vannak. Pontosabban a kén, az oxigén, a szilícium, a szén, és a hidrogén jelenlétét tartották valószínűnek. Yingwei Fei és Haijun Huang, a washingtoni Carnegie Intézet és a kínai Wuhan Egyetem kutatói a tanulmányukban azonban leszűkítették ezeknek az elemeknek a körét.

A bolygónk közepében található magnak két része van: a szilárd belső mag, és a folyékony külső mag. Minél mélyebben hatolunk a Földbe, a nyomás és a hőmérséklet annál magasabb lesz, ezért az anyagok is eltérően viselkednek a felszínen megszokottól. A feltételezések szerint a könnyű elemek fontos szerepet játszanak a Föld mágneses terét létrehozó folyamatban.

A kutatók eddig szeizmikus mérésekkel, sűrűség- és hangterjedéses anyagvizsgálatokkal állapították meg a mag tulajdonságait. Ezeket a tulajdonságokat viszont nehéz volt mesterséges vasötvözetekben mérni, laboratóriumban létrehozott nyomáson és hőmérsékleten. „Nem tudunk közvetlenül a magból mintát venni, ezért csak modellezéssel, szeizmikus adatokkal, valamint továbbfejlesztett laborkísérletekkel szerezhetünk új ismereteket” - mondta Fei.

A nagy sebességű becsapódások okozhatnak olyan lökéshullámokat, amelyek egyszerre növelik az anyagok nyomását és hőmérsékletét, és azok úgy olvadnak meg, mint a külső mag nyomása alatt lévő anyagok. A kutatócsoport a magban is megtalálható anyagokat, a vasat és ként kevertek oxigénnel, majd lökéshullámokkal bombázták az egyvelegeket, amíg folyékonnyá váltak. Ezután megmérték a sűrűségüket és azt, hogy milyen gyorsan halad rajtuk keresztül a hang. (A szilárd testekben a hangsebesség nagyobb, mint folyadékokban.)

Az így kapott adatok alapján a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy az oxigén nem lehet gyakori alkotóeleme a külső magnak, az oxigénnel kevert anyagokon végzett kísérletek eredményei ugyanis nem egyeztek a szeizmikus megfigyelésekkel. Ez az eredmény megkönnyítheti a korai földmag kialakulásának lemodellezését az akkori oxigénhiányos környezetben.

A kutatás nagy előrelépés abban is, hogy meghatározzák a külső mag többi könnyű elemét. A további kutatások olyan magösszetevőkre fókuszálnak majd, mint a szilícium.