Ядро Землі містить загадковий компонент: що виявили вчені

Багате на залізо ядро в центрі Землі зіграло найважливішу роль в еволюції нашої планети. Воно не тільки створює глобальне магнітне поле, яке захищає мешканців Землі від шкідливого випромінювання Сонця, а й впливає на рух літосферних плит, який змінює форму континентів. Але багато фундаментальних властивостей ядра Землі невідомі. Вчені точно не знають, наскільки воно гаряче, з чого точно складається і коли воно почало замерзати. Нове відкриття наближає вчених до розгадки цих таємниць. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Особливість ядра Землі

Вважається, що температура внутрішнього ядра Землі становить приблизно 4727 градусів Цельсія. Колись ядро було рідким, але з часом воно охололо і стало твердим. Оскільки вчені не мають доступу до ядра, необхідно оцінити його властивості, щоб зрозуміти, як воно охолоджується.

Ключовим елементом розуміння ядра Землі є знання його температури плавлення. Учені знають, де проходить межа між твердим внутрішнім ядром і рідким зовнішнім ядром із сейсмології, тобто науки про землетруси.

Температура ядра має дорівнювати температурі плавлення в цьому місці, оскільки саме там воно замерзає. Таким чином, якщо точно знати температуру плавлення, можна дізнатися більше про точну температуру ядра і про те, з чого воно складається.

Для того, щоб з'ясувати, з чого складається ядро Землі, раніше вчені використовували дослідження метеоритів і сейсмологічні дані. Вивчаючи метеорити, які вважаються уламками несформованих планет, можна зрозуміти, з чого може складатися ядро Землі. Дослідження метеоритів показали, що ядро має складатися із заліза і нікелю, і, можливо, з невеликої кількості кремнію або сірки. Вивчення сейсмічних хвиль, тобто звукових хвиль від землетрусів, які проходять через нашу планету, дає більше інформації про склад ядра.

Час поширення сейсмічних хвиль через надра Землі показує, що ядро планети повинно бути приблизно на 10% менш щільним, ніж чисте залізо, а рідке зовнішнє ядро щільнішим за тверде внутрішнє ядро. Пояснити це можуть лише деякі відомі хімічні властивості ядра. Але навіть серед невеликого набору можливих компонентів потенційні температури плавлення різняться на сотні градусів, що не дає можливості дізнатися точні властивості ядра Землі.

Загадковий компонент у ядрі Землі

Автори дослідження використовували фізику мінералів для вивчення того, як ядро могло почати застигати. Моделювання процесу об'єднання атомів у рідких металах для утворення твердих тіл, показало, що деякі сплави вимагають інтенсивнішого переохолодження, ніж інші.

Переохолодження — це процес охолодження рідини нижче за температуру плавлення. Що інтенсивніше переохолодження, то частіше атоми будуть об'єднуватися для утворення твердих тіл, що прискорює замерзання рідини.

Учені вивчили всі можливі температури плавлення ядра і виявили, що максимальне переохолодження ядра становить приблизно 420 градусів Цельсія, нижче за температуру плавлення. При більш високій температурі внутрішнє ядро буде більшим, ніж його показують сейсмологи. Але для замерзання чистого заліза потрібне неймовірне переохолодження приблизно на 1000 градусів Цельсія. За такого охолодження все ядро замерзло б, всупереч спостереженням сейсмологів. Додавання кремнію і сірки тільки посилює цю проблему, вимагаючи ще більшого переохолодження.

Автори дослідження вивчили вплив вуглецю на ядро Землі. Якщо вуглець становить 2,4% маси ядра, то для початку застигання внутрішнього ядра потрібне переохолодження при температурі близько 420 градусів Цельсія. Якщо ж вміст вуглецю в ядрі становить 3,8%, то потрібне переохолодження всього при 266 градусах Цельсія. Це все ще багато, але набагато більш правдоподібно.

Це відкриття показує, що ядро не може складатися тільки із заліза і вуглецю, оскільки сейсмічні властивості ядра вимагають як мінімум ще одного елемента. Вчені вважають, що ядро Землі найімовірніше містить трохи кисню і, можливо, також кремнію.

Відкриття знаменує собою значний крок вперед до розуміння того, з чого складається ядро, як воно почало застигати і як воно сформувало Землю зсередини, кажуть учені.

Як уже писав Фокус, вчені з'ясували, що ядро Марса дуже схоже на ядро Землі. І насправді воно не рідке.

Також Фокус писав про те, що виявлено чорну діру, яка зростає швидше, ніж теоретично можливо. Подальше вивчення цього об'єкта може допомогти відповісти на одне з найважливіших питань астрофізики.