Парадокс зарождения внутреннего ядра разгадан: что заставило «сердце» Земли замерзнуть (видео)

Фото: Shutterstock

История Земли насчитывает миллиарды лет, а потому вовсе неудивительно, что нам многое еще неизвестно о нашей планете. Как бы ученые ни исследовали и ни моделировали Землю, внутреннее ядро планеты все еще окружено множеством загадок, которые нам лишь предстоит узнать, пишет IFLScience.

Внутренне ядро Земли чрезвычайно сложно исследовать по целому ряду причин, в том числе и потому, что оно находится на глубине более 5100 километров. При этом самое глубокое отверстие, которое нам когда-либо удалось пробурить, достигло лишь глубины в 12 263 метра. Но ученые нашли выход: наблюдение за сейсмическими волнами, проходящими через Землю, а также линии магнитного поля планеты являются результатом условий в ядре, а потому могут приоткрыть завесу.

Одна из загадок, которую ученым все еще не удалось разгадать, заключается в том, как ядро Земли "замерзло" — перешло из расплавленного жидкого состояния в прошлом в твердое сегодня. По словам научного сотрудника по физике минералов в Университете Лидса и ведущего автора нового исследования Альфреда Уилсона-Спенсера, в прошлом внутреннее ядро планеты было жидким, а со временем стало твердым. По мере того как планета остывает, внутреннее ядро расширяется наружу, поскольку богатая железом жидкость "замерзает". Тем не менее сердце планеты все еще чрезвычайно горячо — около 4726,85°C.

Ученые полагают, что понимание этого процесса в будущем позволит лучше понять магнитные поля Земли. Учитывая роль магнитосферы в защите Земли от вредного солнечного излучения, может, в свою очередь, помочь нам понять условия, необходимые для процветания жизни.

Исследователи обнаружили, что процесс замерзания высвобождает элементы, такие как кислород и углерод — оба они несовместимы с нахождением в горячем твердом теле. Этот процесс создает горячую, плавучую жидкость на дне внешнего ядра. Жидкость поднимается в жидкое внешнее ядро и смешивается с ним, что создает электрические токи, которые генерируют наше магнитное поле

По словам Уилсона-Спенсера, все еще сложно понять, как "замерзло" ядро Земли, в особенности учитывая наше местоположение на планете и время, поскольку охлаждение происходило в течение миллиарда лет или дольше.

Традиционная теория этого процесса предполагает, что температура в центре планеты снижалась, пока не достигла температуры плавления составляющего его жидкого сплава железа, после чего началось замерзание внутреннего ядра. Но эта картина все еще неполна, поскольку игнорирует физическое требование — все жидкости должны быть переохлаждены на значительную величину ниже температуры плавления, прежде чем твердые тела смогут зародиться без повторного расплавления.

Предыдущие модели ученых предполагали, что до того, как сердце планеты замерзло приблизительно за миллиард лет, жидкое железо и другие минералы должны были быть переохлаждены примерно на 700–1000 Кельвинов. Но это вызывает некоторые проблемы.

Если ядро действительно было переохлаждено на 1000 К перед замерзанием, внутреннее ядро должно быть немного больше, чем наблюдается. В качестве альтернативы, если для замерзания необходимо 1000 К, но оно так и не было достигнуто, внутреннее ядро вообще не должно существовать.

В новой работе ученые рассмотрели, как присутствие других элементов во внутреннем ядре может повлиять на переохлаждение. Команда смоделировала взаимодействие атомов железа и углерода под высоким давлением с помощью суперкомпьютера. Результаты указывают на то, что при наличии углерода ядро может остыть и затвердеть при гораздо меньшем переохлаждении, возможно, ниже 400 К, и в правдоподобные сроки.

Стоит отметить, что результаты работы ученых все еще ожидают рецензирования и требуют дальнейших исследований, так как идея может быть еще более усложнена наличием других элементов в ядре, например, кислорода и кремния. Тем не менее ученые считают, что им удалось найти ключ к пониманию того, как внутреннее ядро Земли стало твердым.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform