Палящее ядро Земли - не одиночка - его поймали, смешавшись с другими подземными слоями. Это согласно новому исследованию, которое обнаружило, что внутренняя часть планеты пропускает часть своего содержимого в мантийные перья, некоторые из которых в конечном итоге достигают поверхности Земли.
Исследователи утверждают, что это открытие помогает разрешить спор, который бушует десятилетиями: обмениваются ли ядро и мантия каким-либо материалом.
«Наши результаты предполагают, что некоторые основные материалы действительно переносятся в основу этих мантийных шлейфов, и основная часть просачивалась из этого материала в течение последних 2,5 миллиардов лет», - написали исследователи на The Conversation, веб-сайте, где ученые пишут о своих исследованиях для общественности.
Обнаружение стало возможным благодаря металлическому вольфраму (W), элемент 74 в периодической таблице. Если бы вольфрам создавал профиль знакомств, он бы заметил, что это сидерофил или «любитель железа». Поэтому неудивительно, что в ядре Земли висит много вольфрама, который состоит в основном из железа и никеля.
В своем профиле вольфрам также указал бы, что у него есть несколько изотопов (элемент с различным числом нейтронов в его ядре), включая W-182 (с 108 нейтронами) и W-184 (с 110 нейтронами). Разрабатывая свое исследование, исследователи поняли, что эти изотопы могут помочь им решить вопрос утечки ядра.
Другой элемент, гафний (Hf), является литофилом, что означает, что он любит камни и может быть найден в богатой силикатами мантии Земли. С периодом полураспада 8,9 миллионов лет радиоактивный изотоп гафния Hf-182 распадается на W-182. Это означает, что в мантии должно быть больше W-182, чем в ядре, считают ученые.
«Следовательно, химический обмен между ядром и источником мантийных плюмов может быть обнаружен в соотношении 182 Вт / 184 Вт базальтов океанических островов», которые происходят из плюмов в мантии, пишут исследователи в исследовании.
Но эта разница в вольфраме будет невероятно мала: ожидается, что состав вольфрама-182 в мантии и ядре будет отличаться только примерно на 200 частей на миллион (ppm). «Менее пяти лабораторий в мире могут проводить такой анализ», - пишут исследователи в «Беседе».
Кроме того, изучать ядро нелегко, потому что оно начинается на глубине около 1800 миль (2900 километров) под землей. Для сравнения: самая глубокая яма, которую когда-либо выкапывали люди, - это Кольская суперглубокая скважина в России, глубина которой составляет около 7,6 миль (12,3 км).
Итак, исследователи изучили следующую лучшую вещь: камни, которые сочились к поверхности Земли из глубокой мантии в кратоне Пилбара в Западной Австралии, и горячие точки острова Реюньон и архипелага Кергелен в Индийском океане.
Утечка обнаружена
Количество вольфрама в этих породах выявило утечку из ядра. Исследователи обнаружили, что за время существования Земли в соотношении W-182-W-184 в мантии Земли произошли большие изменения. Как ни странно, они обнаружили, что самые старые породы Земли имеют более высокое отношение W-182 к W-184, чем большинство современных пород.
«Изменение соотношения 182W / 184W в мантии указывает на то, что вольфрам из ядра уже давно просачивается в мантию», - пишут исследователи в «Беседе».
Земле около 4,5 миллиардов лет. Однако самые старые мантийные породы планеты не претерпели существенных изменений в изотопах вольфрама. Это говорит о том, что от 4,3 млрд до 2,7 млрд лет назад обмен веществ из ядра в верхнюю мантию был незначительным или отсутствовал, утверждают исследователи.
Но за последние 2,5 миллиарда лет изотопный состав вольфрама в мантии существенно изменился. Почему это случилось? По словам исследователей, если мантийные плюмы поднимаются от границы ядро-мантия, то, возможно, подобно поверхностным поверхностям, материал с поверхности Земли спускается в глубокую мантию. Исследователи утверждают, что в этом поверхностном материале содержится кислород, который может воздействовать на вольфрам.
«Субдукция, термин, используемый для скал с поверхности Земли, спускающейся в мантию, переносит богатый кислородом материал с поверхности в глубокую мантию как неотъемлемый компонент тектоники плит», - пишут исследователи в «Беседе». «Эксперименты показывают, что увеличение концентрации кислорода на границе ядро-мантия может привести к выделению вольфрама из ядра и в мантию».
Или, может быть, когда внутреннее ядро затвердело после образования Земли, концентрация кислорода во внешнем ядре увеличилась, говорят исследователи. «В этом случае наши новые результаты могут рассказать нам кое-что об эволюции ядра, включая происхождение магнитного поля Земли», - пишут они в «Беседе».
