Сердце планеты меняется: малоизвестный феномен создает новый загадочный слой внутри Земли

Фото: Getty Images

Десятилетия назад ученые записывали сейсмические волны, проходящие сквозь внутренности Земли, и зафиксировали нечто любопытное: тонкий слой толщиной чуть более нескольких сотен километров. Однако до сих пор исследователи не могли понять, откуда взялся этот предполагаемый слой, названный E prime, пишет Science Alert.

В новом исследовании ученые поняли, что вода с поверхности Земли может проникать глубоко в недра планеты, более того, им даже удалось понять, как это происходит. Команда считает, что их открытие может объяснить наличие тонкого слоя материала внутри планеты, которые годами озадачивал ученых.

Потребовались миллиарды лет, чтобы вода с поверхности Земли достигла границы ядра и мантии на глубине около 2900 километров под поверхностью. И вот здесь началось самое интересное. По словам международной группы исследователей из Южной Кореи, США и Германии, в ходе исследования им не только удалось понять, как вода попадает с поверхности Земли в самую ее глубь, но также "воспроизвести этот процесс" и обнаружить, что под поверхностью нашей планеты происходит мощное химическое воздействие.

Десятилетиями ученые считали, что материальный обмен между ядром Земли и ее мантией чрезвычайно невелик, однако эксперименты исследователей под высоким давлением показали, что это утверждение не соответствует действительности. Оказывается, когда вода с поверхности достигает границы мантия-ядро, она вступает в реакцию с кремнием в ядре, в результате чего образуется кремнезем.

Более ранние исследования уже показали, что смесь железа и никеля во внешнем ядре Земли играет важнейшую роль в создании ее магнитного поля. Именно оно, по сути, защищает нас от солнечных ветров и радиации, а потому для ученых чрезвычайно важно понимать, как устроен "внутренний мир Земли", какие процессы там происходят и как он меняется с течением времени.

Команда обнаружила, что граница ядра и мантии нашей планеты довольно резко переходит от силикатной к металлической, однако до сих пор о внутренних процессах, которые там происходят известно чрезвычайно мало.

Теперь авторы исследования полагают, что именно миллиарды лет переноса воды с поверхности Земли в самое ее сердце активировало химический обмен между ядром и мантией, что в свою очередь способствовало формированию предполагаемого изначального слоя Е.

В ходе исследования команде также удалось разгадать некоторые особенности этого слоя. Во-первых, они предполагают, что измененный жидкометаллический слой, вероятно, является менее плотным, во-вторых, он имеет более низкие сейсмический скорости. Авторы исследования полагают, что эти различия в плотности связаны с разными концентрациями легких элементов водорода и кремния.

Команда пришла к выводу, что увеличение концентрации всего одного легкого элемента приведет к увеличению скорости и снижению плотности, что затруднит согласование сейсмических наблюдений и динамической стабильности всего слоя Е. Альтернативным объяснением могло стать увеличение концентрации одного легкого элемента при уменьшении концентрации другого. Но, увы, ученым неизвестен такой обменный процесс.

Во время эксперимента ученые использовали алмазные наковальни, нагретые лазерами, что позволило им имитировать условия давления и температуры на границе ядра и мантии. Ученые воспроизвели, как вода, которая была погружена в земное ядро, способна вступать в химическую реакцию с материалами, находящимися там, превращая внешнее ядро в так называемую "богатую водородом пленку". В результате этой реакции создаются кристаллы кремнезема, которые поднимаются и присоединяются к мантии.

Команда обнаружила, что слой, богатый водородом и бедный кремнием, образованный в верхней части ядра, будет иметь меньшую плотность и скорость, а это соответствует более ранним наблюдениям за сейсмическими волнами. Ученые также полагают, что эта загадочная "пленка" на сердце Земли способная существенно влиять на глубоководный круговорот воды. Теперь ученые уверенны, что в глобальный водный цикл на Земле в действительности намного сложнее, чем считалось ранее.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform