Технологии и наука Ключевой компонент "сердца планеты": найден компонент, без которого не существовало бы ядра Земли
Ученым уже известно, что глубоко в недрах нашей планеты скрывается затвердевшее внутреннее ядро Земли. В новом исследовании они также обнаружили то, без чего его существование было бы невозможным.
Related video
Команда из Оксфордского университета, Лидсского университета и Лондонского университетского колледжа обнаружила новые данные о химическом составе ядра Земли. Теперь ученые считают, что им удалось раскрыть тайну того, как "сердце" нашей планеты могло кристаллизоваться миллионы лет назад, пишет SciTechDaily.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
Результаты исследования указывают на то, что для начала кристаллизации ядро нашей планеты должно содержать около 3,8% углерода. Это говорит о том, что углерода в ядре планеты может быть больше, чем считалось ранее, а также указывает на то, что он сыграл ключевую роль в процессе затвердения.
Формирование внутреннего ядра Земли
Известно, что в центре Земли находится внутреннее ядро – плотная, богатая железом твердая масса, продолжающая расти по мере постепенного охлаждения и затвердевания окружающего расплавленного внешнего ядра. Однако то, как именно начался этот процесс, долго оставалось предметом споров ученых.
Формирование внутреннего ядра – не просто вопрос достижения ядром определенной температуры замерзания. Кристаллизация во многом также зависит от химического состава – расплавленное железо, подобно каплям воды в облаках, должно переохладиться, прежде чем может произойти затвердевание. Согласно более ранним моделям, для замерзания чистого железного ядра требуется переохлаждение от 800 до 1000 °C.
Результаты моделирования показывают, если бы ядро Земли охладилось настолько сильно, внутреннее ядро выросло бы до нереальных размеров, а магнитное поле Земли разрушилось бы. Ни один из этих результатов не соответствует истории Земли, поэтому ученые предположили, что ядро остыло максимум примерно на 250 °C ниже точки плавления.
Моделирование недр Земли
В новом исследовании ученые стремились понять, как внутреннее ядро существует в том виде, в каком оно наблюдается сегодня, при та ограниченном переохлаждении в прошлом. Не имея прямого доступа к глубоким недрам Земли, исследовательской группе пришлось полагаться на компьютерное моделирование процесса замерзания.
По словам соавтора исследования, доцента Эндрю Уокера, они с коллегами изучили присутствие других
элементов, в том числе, кремния, серы, кислорода и углерода, а также то, как они могут влиять на процесс загрязнения. Отметим, что каждый из этих элементов присутствует в вышележащей мантии, а значит, мог раствориться в ядре в течение истории Земли.
Авторы исследования полагают, что химический состав внутреннего ядра Земли на самом деле может объяснить, почему у нашей планеты твердое внутреннее ядро с относительно небольшим переохлаждением на такой глубине. Присутствие одного или нескольких из этих элементов также может объяснить, почему ядро менее плотное, чем чистое железо, что является ключевым наблюдением сейсмологии.
Ученые использовали компьютерное моделирование в атомном масштабе около 100 000 атомов при переохлажденных температурах и давлениях, эквивалентных тем, что существуют во внутреннем ядре. Команда также отслеживала, как часто из жидкости образуются небольшие кристаллоподобные скопления атомов. Эти "зародышеобразования" – первые шаги к замерзанию.
Обнаруженное учеными оказалось удивительным: кремний и сера, элементы, которые часто считаются присутствующими в ядре, на самом деле замедляют процесс замерзания. Простыми словами, для начала формирования внутреннего ядра потребовалось бы большее переохлаждение, если бы эти элементы были в изобилии в этой части Земли. С другой стороны ученые обнаружили, что углерод, вероятно, способствовал ускорению замерзания в моделировании.
Результаты также указывают на то, что для замерзания внутреннего ядра, если 2,4% массы ядра состоит из углерода, потребуется переохлаждение около 420 °C, что все еще слишком много, однако наиболее близко к реалистичному результату.
Однако при экстраполяции результатов на случай, когда 3,8% массы ядра составляет углерод, необходимое переохлаждение снизилось до 266 °C. Это единственный известный состав, который может объяснить как зародышеобразование, так и наблюдаемый размер внутреннего ядра. Таким образом данные указывают на то, что содержание углерода в земном ядре может быть выше, чем считалось ранее. Более того, без этого элемента образование твердого внутреннего ядра, возможно, никогда бы не произошло.
Напомним, ранее мы писали о том, что ученые обнаружили скрытую структуру внутри ядра Земли.
Ранее Фокус писал о том, что с ядром Земли творится нечто странное: ученые наконец-то выяснили, почему это происходит.
