Ученые предполагают, что в земных недрах условия чрезвычайно жаркие и чрезвычайно повышенные. Это то, что позволяет разделить ядро в основном из железа и никеля между твердой внутренней областью и внешней жидкой областью. Считается, что динамика этого ядра ответственна за управление защитной магнитосферой нашей планеты, поэтому ученые полны решимости улучшить свое понимание этого.
Благодаря новым исследованиям, проведенным международной группой ученых, похоже, что основной регион также получает свою долю "снега"! Иными словами, их исследования показали, что во внешнем ядре крошечные частицы железа затвердевают и падают, образуя кучи толщиной до 320 км (200 миль) поверх внешнего ядра. Эти результаты могут значительно улучшить наше понимание сил, которые влияют на всю планету.
Исследование было проведено группой исследователей из Школы наук о Земле Джексона в Техасском университете в Остине, которой руководил профессор Юджун Чжан из Института атомной и молекулярной физики Сычуаньского университета. Исследование, описывающее их исследование, было опубликовано в выпуске журнала от 23 декабря Журнал геофизических исследований (JGR) Solid Earth.
Изучение глубин Земли - непростая задача, поскольку проникающий через землю радар не может обнаружить, что глубокий и прямой отбор проб абсолютно невозможен. В результате исследователи вынуждены изучать внутреннее пространство Земли с помощью науки сейсмологии - то есть изучения звуковых волн, которые генерируются геологической деятельностью и регулярно проходят через планету.
Измеряя и анализируя эти волны, ученые-геологи могут получить более полное представление о структуре и составе интерьера. В последние годы они отметили несоответствие между сейсмическими данными и современными моделями ядра Земли. По сути, измеренные волны будут двигаться медленнее, чем ожидалось, когда они проходят через основание внешнего ядра, и быстрее, когда они движутся через восточное полушарие внутреннего ядра.
Чтобы разгадать эту загадку, профессор Чжан и его коллеги предположили, что кристаллизация частиц железа может происходить во внешнем ядре, создавая «снежное» внутреннее ядро. Теория о наличии слоя суспензии между внутренним и внешним ядром была впервые предложена С. И. Брагинским в 1963 году, но была отвергнута из-за преобладающих знаний о температуре и давлении в ядре.
Однако, используя серию экспериментов, проведенных на материалах, подобных сердцевине, и более поздние научные исследования, профессор Чжан и его команда смогли показать, что кристаллизация во внешнем ядре действительно возможна. Кроме того, они обнаружили, что около 15% самой нижней части внешнего ядра могут быть изготовлены из кристаллов на основе железа, которые в конечном итоге упадут и осядут поверх твердого внутреннего ядра.
«Это своего рода странная вещь, о которой стоит подумать», - сказал Ник Дигерт, доцент Университета Теннесси, который помог провести исследование в рамках постдокторской стажировки в JSG. «У вас есть кристаллы во внешнем ядре, падающие на внутреннее ядро на расстоянии нескольких сотен километров».
Как объяснил профессор Юнг-Фу Лин (еще один соавтор исследования), это похоже на формирование камней внутри вулканов. «Металлическое ядро Земли работает как магматическая камера, о которой мы знаем лучше всего в коре», - сказал он. Команда даже сравнила процесс, который заставляет частицы железа образовываться на внешнем ядре Земли с тем, что происходит внутри магматических камер ближе к поверхности Земли.
В то время как уплотнение минералов создает в магматических камерах так называемую «кумулятивную породу», уплотнение железных частиц глубоко в недрах Земли способствует росту внутреннего ядра и сокращению внешнего ядра. Накопление этих частиц на внешнем ядре объясняет сейсмические аберрации, поскольку изменение толщины между восточным и западным полушариями объясняет изменение скорости.
Учитывая влияние ядра на явления всей планеты - такие как вышеупомянутая магнитосфера и нагревание, которое управляет тектонической деятельностью - изучение большего количества его состава и поведения имеет важное значение для улучшения нашего понимания того, как работают эти более крупные процессы. В этом отношении исследование, проведенное профессором Чжаном и его коллегами, могло бы помочь решить давние вопросы о недрах Земли и о том, как она возникла.
Как сказал Брюс Баффет, профессор геологических наук в Калифорнийском университете в Беркли, который изучает планетарные недра (и не участвовал в исследовании):
«Соотношение предсказаний модели с аномальными наблюдениями позволяет нам сделать выводы о возможных составах жидкого ядра и, возможно, связать эту информацию с условиями, которые преобладали во время формирования планеты. Исходное условие - важный фактор в становлении Земли известной нам планетой ».
Учитывая то, что магнитосфера Земли и ее тектоническая активность, как полагают, сыграли жизненно важную роль в возникновении и эволюции жизни, понимание динамики внутренней части нашей планеты может также помочь в поиске потенциально обитаемых экзопланет, не говоря уже о земная жизнь!
Исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, фондами фундаментальных исследований для центральных университетов, Школой наук о Земле Джексона, Национальным научным фондом и Фондом Слоана.
