Ключовий компонент "серця планети": знайдено компонент, без якого не існувало б ядра Землі
Ученим уже відомо, що глибоко в надрах нашої планети ховається затверділе внутрішнє ядро Землі. У новому дослідженні вони також виявили те, без чого його існування було б неможливим.
Команда з Оксфордського університету, Лідського університету і Лондонського університетського коледжу виявила нові дані про хімічний склад ядра Землі. Тепер вчені вважають, що їм вдалося розкрити таємницю того, як "серце" нашої планети могло кристалізуватися мільйони років тому, пише SciTechDaily.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Результати дослідження вказують на те, що для початку кристалізації ядро нашої планети має містити близько 3,8% вуглецю. Це свідчить про те, що вуглецю в ядрі планети може бути більше, ніж вважалося раніше, а також вказує на те, що він зіграв ключову роль у процесі затвердіння.
Формування внутрішнього ядра Землі
Відомо, що в центрі Землі міститься внутрішнє ядро — щільна, багата на залізо тверда маса, що продовжує зростати в міру поступового охолодження і затвердіння навколишнього розплавленого зовнішнього ядра. Однак те, як саме почався цей процес, довго залишалося предметом суперечок учених.
Формування внутрішнього ядра — не просто питання досягнення ядром певної температури замерзання. Кристалізація багато в чому також залежить від хімічного складу — розплавлене залізо, подібно до крапель води в хмарах, має переохолодитися, перш ніж може відбутися затвердіння. Згідно з більш ранніми моделями, для замерзання чистого залізного ядра потрібне переохолодження від 800 до 1000 °C.
Результати моделювання показують, якби ядро Землі охололо настільки сильно, внутрішнє ядро виросло б до нереальних розмірів, а магнітне поле Землі зруйнувалося б. Жоден із цих результатів не відповідає історії Землі, тому вчені припустили, що ядро охололо максимум приблизно на 250 °C нижче за точку плавлення.
Моделювання надр Землі
У новому дослідженні вчені прагнули зрозуміти, як внутрішнє ядро існує в тому вигляді, в якому воно спостерігається сьогодні, за та обмеженого переохолодження в минулому. Не маючи прямого доступу до глибоких надр Землі, дослідницькій групі довелося покладатися на комп'ютерне моделювання процесу замерзання.
За словами співавтора дослідження, доцента Ендрю Вокера, вони з колегами вивчили присутність інших
елементів, зокрема, кремнію, сірки, кисню і вуглецю, а також те, як вони можуть впливати на процес забруднення. Зазначимо, що кожен із цих елементів присутній у вищерозміщеній мантії, а отже, міг розчинитися в ядрі протягом історії Землі.
Автори дослідження вважають, що хімічний склад внутрішнього ядра Землі насправді може пояснити, чому у нашої планети тверде внутрішнє ядро з відносно невеликим переохолодженням на такій глибині. Присутність одного або декількох із цих елементів також може пояснити, чому ядро менш щільне, ніж чисте залізо, що є ключовим спостереженням сейсмології.
Вчені використовували комп'ютерне моделювання в атомному масштабі близько 100 000 атомів за переохолоджених температур і тисків, еквівалентних тим, що існують у внутрішньому ядрі. Команда також відстежувала, як часто з рідини утворюються невеликі кристалоподібні скупчення атомів. Ці "зародкоутворення" — перші кроки до замерзання.
Виявлене вченими виявилося дивовижним: кремній і сірка, елементи, які часто вважаються присутніми в ядрі, насправді уповільнюють процес замерзання. Простими словами, для початку формування внутрішнього ядра знадобилося б більше переохолодження, якби ці елементи були в достатку в цій частині Землі. З іншого боку вчені виявили, що вуглець, ймовірно, сприяв прискоренню замерзання в моделюванні.
Результати також вказують на те, що для замерзання внутрішнього ядра, якщо 2,4% маси ядра складається з вуглецю, знадобиться переохолодження близько 420 °C, що все ще забагато, проте найближче до реалістичного результату.
Однак при екстраполяції результатів на випадок, коли 3,8% маси ядра становить вуглець, необхідне переохолодження знизилося до 266 °C. Це єдиний відомий склад, який може пояснити як зародкоутворення, так і спостережуваний розмір внутрішнього ядра. Таким чином дані вказують на те, що вміст вуглецю в земному ядрі може бути вищим, ніж вважалося раніше. Ба більше, без цього елемента утворення твердого внутрішнього ядра, можливо, ніколи б не відбулося.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, що вчені виявили приховану структуру всередині ядра Землі.
Раніше Фокус писав про те, що з ядром Землі коїться щось дивне: вчені нарешті з'ясували, чому це відбувається.