Ядро Земли содержит загадочный компонент: что обнаружили ученые

Богатое железом ядро ​​в центре Земли сыграло важнейшую роль в эволюции нашей планеты. Оно не только создает глобальное магнитное поле, которое защищает обитателей Земли от вредного излучения Солнца, но и влияет на движение литосферных плит, которое меняет форму континентов. Но многие фундаментальные свойства ядра Земли неизвестны. Ученые точно не знают, насколько оно горячее, из чего точно состоит и когда оно начало замерзать. Новое открытие приближает ученых к разгадке этих тайн. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Особенность ядра Земли

Считается, что температура внутреннего ядра Земли составляет примерно 4727 градусов Цельсия. Когда-то ядро было жидким, но со временем оно остыло и стало твердым. Поскольку ученые не имеют доступа к ядру, необходимо оценить его свойства, чтобы понять, как оно охлаждается.

Ключевым элементом понимания ядра Земли является знание его температуры плавления. Ученые знают, где проходит граница между твердым внутренним ядром и жидким внешним ядром из сейсмологии, то есть науки о землетрясениях.

Температура ядра должна быть равна температуре плавления в этом месте, поскольку именно там оно замерзает. Таким образом, если точно знать температуру плавления, можно узнать больше о точной температуре ядра и о том, из чего оно состоит.

Для того, чтобы выяснить, из чего состоит ядро Земли, ранее ученые использовали исследования метеоритов и сейсмологические данные. Изучая метеориты, которые считаются обломками не сформированных планет, можно понять из чего может состоять ядро Земли. Исследования метеоритов показали, что ядро ​​должно состоять из железа и никеля, и, возможно, из небольшого количества кремния или серы. Изучение сейсмических волн, то есть звуковых волн от землетрясений, которые проходят через нашу планету, дает больше информации о составе ядра.

Время распространения сейсмических волн через недра Земли показывает, что ядро ​​планеты должно быть примерно на 10% менее плотным, чем чистое железо, а жидкое внешнее ядро ​​плотнее твердого внутреннего ядра. Объяснить это могут лишь некоторые известные химические свойства ядра. Но даже среди небольшого набора возможных компонентов потенциальные температуры плавления различаются на сотни градусов, что не дает возможности узнать точные свойства ядра Земли.

Загадочный компонент в ядре Земли

Авторы исследования использовали физику минералов для изучения того, как ядро ​​могло начать застывать. Моделирование процесса объединения атомов в жидких металлах для образования твердых тел, показало, что некоторые сплавы требуют более интенсивного переохлаждения, чем другие.

Переохлаждение — это процесс охлаждения жидкости ниже температуры плавления. Чем интенсивнее переохлаждение, тем чаще атомы будут объединяться для образования твердых тел, что ускоряет замерзание жидкости.

Ученые изучили все возможные температуры плавления ядра и обнаружили, что максимальное переохлаждение ядра составляет примерно 420 градусов Цельсия ниже температуры плавления. При более высокой температуре внутреннее ядро ​​будет больше, чем его показывают сейсмологи. Но для замерзания чистого железа требуется невероятное переохлаждение примерно на 1000 градусов Цельсия. При таком охлаждении все ядро ​​замерзло бы, вопреки наблюдениям сейсмологов. Добавление кремния и серы только усугубляет эту проблему, требуя еще большего переохлаждения.

Авторы исследования изучили влияние углерода на ядро Земли. Если углерод составляет 2,4% массы ядра, то для начала застывания внутреннего ядра потребуется переохлаждение при температуре около 420 градусов Цельсия. Если же содержание углерода в ядре составляет 3,8%, то требуется переохлаждение всего при 266 градусах Цельсия. Это все еще много, но гораздо более правдоподобно.

Это открытие показывает, что ядро не может состоять только из железа и углерода, поскольку сейсмические свойства ядра требуют как минимум еще одного элемента. Ученые считают, что ядро Земли скорее всего содержит немного кислорода и, возможно, также кремния.

Открытие знаменует собой значительный шаг вперед к пониманию того, из чего состоит ядро, как оно начало застывать и как оно сформировало Землю изнутри, говорят ученые.

Как уже писал Фокус, ученые выяснили, что ядро Марса очень похоже на ядро Земли. И на самом деле оно не жидкое.

Также Фокус писал о том, что обнаружена черная дыра, растущая быстрее, чем теоретически возможно. Дальнейшее изучение этого объекта может помочь ответить на один из важнейших вопросов астрофизики.