Раскрыта роль углерода в структуре внутреннего ядра Земли
Группа ученых из Оксфорда, Лидса и Лондонского университетского колледжа завершила работу над исследованием, которое помогло лучше понять химический состав ядра Земли. Эксперты выяснили, как именно происходил процесс кристаллизации ядра миллионы лет назад, пишет ScienceDaily.
В центре Земли расположено твердое железосодержащее ядро, которое постепенно расширяется, так как вокруг него остывает и затвердевает жидкий внешний слой. Хотя эта область изучается давно, природа процесса продолжает вызывать споры среди экспертов. До сих пор предполагалось, что для запуска кристаллизации чистого железного ядра необходимо переохлаждение на 800−1000 °C. Но теперь выяснилось, что такое сильное переохлаждение вызвало бы серьезные изменения: внутренний шар резко увеличился бы в объеме, а магнитное поле Земли ослабло. Ничего подобного в истории планеты не произошло. Поэтому специалисты считают, что в реальности ядро остывало не более чем на 250 °C ниже температуры плавления.
Основная цель исследования заключалась в том, чтобы выяснить, как внутренняя структура ядра сформировалась до своего нынешнего состояния, учитывая минимальные показатели переохлаждения. Из-за невозможности добраться до ядра напрямую, ученые использовали виртуальное моделирование процесса замерзания. Команда исследовала влияние различных компонентов, таких как кремний, сера, кислород и углерод, на ход кристаллизации.
«Эти элементы присутствуют в верхнем слое мантии и, скорее всего, проникли внутрь ядра в ходе эволюционного процесса Земли. Вероятно, они помогли сформировать твердое внутреннее ядро при низком уровне переохлаждения. Присутствие этих элементов позволяет объяснить меньшую плотность ядра по сравнению с чистым железом, что согласуется с выводами сейсмологии», — отмечает профессор Эндрю Уокер из отделения наук о Земле Оксфордского университета.
Оказалось, что традиционные компоненты ядра, такие как кремний и сера, замедляют процесс кристаллизации. То есть, если бы ядро содержало большое количество этих элементов, оно нуждалось бы в сильном переохлаждении для старта кристаллизации. Напротив, углерод способствует быстрому началу замерзания. Эксперимент подтвердил, что при содержании 2,4% углерода в ядре переохлаждение достигает примерно 420 °C — близкое к предыдущим оценкам значение. Когда доля углерода была увеличена до 3,8%, необходимое переохлаждение упало до 266 °C. Такой состав дает единственное разумное объяснение происхождения и текущих размеров внутреннего ядра.
Открытие подчеркивает, что углерод гораздо активнее участвует в структуре ядра Земли, чем предполагалось ранее. Без него формирование твердого ядра могло бы вовсе не случиться.
Ранее «Юнона» раскрыла необычный нюанс полярных сияний Юпитера.
