Разгадан парадокс образования внутреннего ядра: что стало причиной замерзания "сердца" Земли (видео)

История Земли охватывает миллиарды лет, и поэтому неудивительно, что о нашей планете остается много неизведанного. Независимо от того, как глубоко ученые исследуют и моделируют Землю, внутреннее ядро планеты по-прежнему окружено множеством тайн, которые предстоит раскрыть, сообщает IFLScience.

Изучение внутреннего ядра Земли представляет собой сложную задачу по нескольким причинам, включая его расположение на глубине более 5100 километров. В то время как самое глубокое отверстие, которое было пробурено, достигает лишь 12 263 метров. Однако ученые нашли решение: изучение сейсмических волн, проходящих через Землю, и линий магнитного поля, которые являются следствием условий в ядре, могут помочь раскрыть некоторые секреты.

Одна из загадок, которую ученые по-прежнему не могут разгадать, заключается в том, как ядро Земли "замерзло" — из расплавленного жидкого состояния в твердое. Как утверждает Альфред Уилсон-Спенсер, научный сотрудник по физике минералов в Университете Лидса и ведущий автор нового исследования, внутреннее ядро планеты когда-то было жидким, а со временем стало твердым. По мере остывания планеты внутреннее ядро расширяется, так как богатая железом жидкость "замерзает". Тем не менее, сердце планеты все еще остается крайне горячим — около 4726,85°C.

Ученые полагают, что понимание этого процесса в дальнейшем поможет лучше разобраться в магнитных полях Земли. Учитывая важность магнитосферы в защите нашей планеты от вредного солнечного излучения, это может помочь понять условия, необходимые для существования жизни.

Исследователи выяснили, что процесс замерзания приводит к высвобождению элементов, таких как кислород и углерод — оба они не могут находиться в горячем твердом состоянии. Этот процесс создает горячую, плавучую жидкость на дне внешнего ядра. Эта жидкость поднимается в жидкое внешнее ядро и смешивается с ним, создавая электрические токи, которые формируют наше магнитное поле.

По словам Уилсона-Спенсера, все еще сложно понять, как именно "замерзло" ядро Земли, особенно учитывая наше местоположение на планете и длительность процесса охлаждения, который происходил на протяжении миллиардов лет.

Традиционная теория этого процесса предполагает, что температура в центре планеты снижалась до достижения температуры плавления жидкого железного сплава, после чего начался процесс замерзания внутреннего ядра. Однако эта картина остается неполной, так как не учитывает физическое требование — все жидкости должны быть переохлаждены на значительное количество градусов ниже температуры плавления, прежде чем твердые тела смогут образоваться без повторного расплавления.

Предыдущие модели ученых предполагали, что для замерзания сердца планеты примерно за миллиард лет, жидкое железо и другие минералы должны были быть переохлаждены на 700–1000 Кельвинов. Но это вызывает некоторые сложности.

Если ядро действительно было переохлаждено на 1000 К перед замерзанием, внутреннее ядро должно быть немного больше, чем наблюдается. В противном случае, если для замерзания необходимо 1000 К, но эта температура так и не была достигнута, внутреннее ядро вообще не должно существовать.

В новой работе ученые исследовали, как присутствие других элементов во внутреннем ядре может повлиять на переохлаждение. Команда смоделировала взаимодействие атомов железа и углерода под высоким давлением с использованием суперкомпьютера. Результаты показывают, что при наличии углерода ядро может остыть и затвердеть при гораздо меньшем переохлаждении, возможно, ниже 400 К, и в более приемлемые сроки.

Следует отметить, что результаты работы ученых пока ждут рецензирования и требуют дальнейших исследований, поскольку эта идея может стать еще более сложной из-за наличия других элементов в ядре, таких как кислород и кремний. Тем не менее, ученые считают, что им удалось найти ключ к пониманию того, как внутреннее ядро Земли стало твердым.