Новое исследование меняет взгляды на процесс кристаллизации в центре планеты, подчеркивая неожиданную важность углерода в этом процессе.
Группа исследователей из Оксфорда, Лидса и Лондонского университетского колледжа завершила исследование, которое углубило понимание химического состава ядра Земли. Ученые выяснили, как именно происходила кристаллизация ядра миллионы лет назад, согласно данным ScienceDaily.
В центре Земли находится твердое железосодержащее ядро, которое постепенно увеличивается в объеме, поскольку вокруг него остывает и затвердевает жидкий внешний слой. Несмотря на то что эта область изучается уже долго, природа процесса продолжает вызывать споры среди специалистов. Ранее считалось, что для начала кристаллизации чистого железного ядра необходимо переохлаждение в диапазоне 800–1000 °C. Однако теперь установлено, что такое переохлаждение привело бы к значительным изменениям: внутренний шар резко увеличился бы в размере, а магнитное поле Земли ослабло. Подобных событий в истории планеты не зафиксировано. Поэтому эксперты полагают, что в действительности ядро остывало не более чем на 250 °C ниже температуры плавления.
Основная задача исследования заключалась в том, чтобы выяснить, как внутренняя структура ядра образовалась до своего нынешнего состояния, принимая во внимание минимальные показатели переохлаждения. Поскольку добраться до ядра напрямую невозможно, ученые использовали виртуальное моделирование процесса замерзания. Команда изучала влияние различных элементов, таких как кремний, сера, кислород и углерод, на процесс кристаллизации.
«Эти элементы находятся в верхнем слое мантии и, вероятнее всего, проникли в ядро в процессе эволюции Земли. Они, вероятно, способствовали формированию твердого внутреннего ядра при низком уровне переохлаждения. Наличие этих элементов объясняет меньшую плотность ядра по сравнению с чистым железом, что согласуется с выводами сейсмологии», — подчеркивает профессор Эндрю Уокер из Оксфордского университета.
Выяснилось, что традиционные компоненты ядра, такие как кремний и сера, замедляют кристаллизацию. То есть, если бы ядро содержало значительное количество этих элементов, ему потребовалось бы сильное переохлаждение для начала кристаллизации. В противоположность этому, углерод способствует быстрому началу замерзания. Эксперимент подтвердил, что при содержании 2,4% углерода в ядре переохлаждение составляет около 420 °C — значение, близкое к предыдущим оценкам. Когда доля углерода возросла до 3,8%, необходимое переохлаждение снизилось до 266 °C. Такой состав обеспечивает логичное объяснение происхождения и текущих размеров внутреннего ядра.
Это открытие подчеркивает, что углерод играет гораздо более активную роль в структуре ядра Земли, чем считалось ранее. Без него формирование твердого ядра могло бы не произойти вовсе.
Фото: hi-tech.mail.ru
