Вчені створили зображення внутрішнього ядра Землі

Міжнародна група геофізиків вивчила зовнішність внутрішнього ядра Землі, щоб з’ясувати, який у нього тип теплової конвекції. У ході дослідження вчені виявили найгарячіші та найхолодніші точки в центрі планети.

Сучасне уявлення про ядро Землі як про неоднорідний об’єкт, що складається з внутрішнього (твердого) і зовнішнього (розплавленого) верств, сформулював 1936 датський фізик Інге Леманн. Згодом методи дослідження нутрощів нашої планети вдосконалювалися — і його розуміння розширювалося. Зокрема, внутрішнє ядро ​​Землі грає пасивну, але важливу роль перемішуванні зовнішнього і, як наслідок, підтримці сталості магнітного поля.

Однак з об’єктивних причин: внутрішнє ядро ​​знаходиться на глибині понад п’ять тисяч кілометрів, людство знає про центр Землі далеко не всі. Наприклад, температура плавлення заліза, основного компонента внутрішнього ядра, при тому тиску, що існує на такій глибині, варіює від 5000 Кельвін (4726,85°C) до 7000 Кельвін (6726,85°C) залежно від домішок та умов. Також невизначеною залишається теплопровідність серцевини.

Група геофізиків з Австралії, Китаю та Європи вирішила дізнатися, який тип термоконвекції властивий внутрішньому ядру Землі. Для цього фахівці зібрали дані про час і довжину пробігу хвиль PKIKP та PKiKP (вони проходять крізь центр планети, тільки перші проникають під кордон внутрішнього ядра і виникають на сейсмограмах раніше, а другі відбиваються від неї і виникають пізніше). Вирахувавши різницю між часом двох хвиль (загалом їх 5477), вчені побудували тривимірну модель верхнього шару внутрішнього ядра Землі з його температурними відбитками. Результати наукової роботи опубліковані у журналі Scientific Reports.

Отримана томограма зовнішнього шару внутрішнього ядра глибиною 100 км виявила кілька особливостей. Хвилі стиснення (позначаються буквою P) проходили східну півкулю з більшою швидкістю, ніж західна — хоча в цьому регіоні був виступ від центральної Атлантики до Центральної Америки, який P-хвилі пробігали швидко. Вимірявши температуру згасання хвиль, дослідники виявили найхолоднішу область під північною частиною Атлантичного океану — температура поверхні внутрішнього ядра там нижча за середню на 200 Кельвін.

Найгарячіші точки знаходилися з боків від холодної — у північній частині Південної Америки, там температура на 600 Кельвін вища за середню, і широка область на півдні Азії від Середземномор’я до східної Австралазії, вона гаряча на 300 Кельвін. На основі цих даних автори припустили, що кристали заліза у внутрішньому ядрі, ймовірно, орієнтовані радіально у бік від гарячих точок уздовж поверхні. Ці анізотропні особливості свідчать про складний пристрій теплової конвекції у центрі Землі: існують як внутрішні, локалізовані джерела нагріву, і нелокалізовані.

Своєрідну анізотропну орієнтацію кристалів заліза автори пояснили тим, що у минулому, можливо, вся поверхня внутрішнього ядра піддавалася конвекції. В результаті виникла стійка структура, а коли ядро ​​охололо, його серцевина перестала конвектувати і кристали застигли в тій орієнтації, яку засікли датчики сейсмографів. А зовнішня оболонка тим часом продовжує брати участь у теплообміні.