В ядре Земли нашли железный снег
Подробности исследования изложены в научной статье, опубликованной в издании Journal of Geophysical Research: Solid Earth группой во главе с Юцзюнем Чжаном (Youjun Zhang) из Сычуаньского университета в Китае.
Основной источник информации о центре нашей планеты - сейсмические волны. Это своеобразный УЗИ-сканер для земных недр. Благодаря ему учёные уже давно выяснили, что в самом сердце Земли расположено твёрдое внутреннее ядро радиусом около 1300 километров. Его окружает жидкое внешнее ядро толщиной около 2200 километров.
Плодом многолетней работы разных исследовательских групп стала предварительная эталонная модель Земли (preliminary reference Earth model, или PREM). Она описывает, как с глубиной меняется плотность вещества, давление, сила тяжести и другие параметры.
Однако не так давно учёные получили данные, противоречащие PREM. Оказалось, что в нижней части внешнего ядра сейсмические волны меняют скорость медленнее, чем прогнозирует модель. Сюрприз преподнесло и внутреннее ядро: через верхнюю часть его восточного полушария волны распространялись быстрее, чем через аналогичный регион западного.
Чжан и коллеги объяснили эти данные. По их мнению, дело в том, что в жидком внешнем ядре частично кристаллизуется железо.
Предполагается, что слой выпавшего на внутреннее ядро железа имеет разную толщину в западном и восточном полушарии.
Иллюстрация UT Austin/Jackson School of Geosciences.
Любопытно, что ещё в 1960-е годы советский учёный Станислав Иосифович Брагинский предположил, что между внутренним и внешним ядром планеты существует слой суспензии. По мысли исследователя, в ней твёрдые частицы железа взвешены в жидком веществе. Однако эта теория, казалось, была опровергнута данными о температуре и давлении на границах ядер.
Чжан и коллеги провели новые эксперименты с материалами, имитирующими состав земных недр, а также воспользовались опубликованными данными других групп. Кроме того, они провели аналогию с хорошо изученными процессами в магматических очагах вулканов.
Благодаря этому эксперты пришли к удивительному выводу. Самый нижний слой внешнего ядра (15% от полной толщины внешнего ядра) наполнен "снежинками" из кристаллизовавшегося железа. Этот "снег" выпадает на поверхность твёрдого внутреннего ядра и собирается там в своеобразные сугробы высотой более 300 километров.
Именно эти завалы вызывают необычное изменение скорости сейсмических волн. Авторы предполагают также, что "снежный покров" в западном полушарии внутреннего ядра толще, чем в восточном. Этим объясняется и таинственная асимметрия.
"Граница внутреннего ядра не является простой и гладкой поверхностью. Это может влиять на теплопроводность ядра и конвекцию в нём", - заключает Чжан.
Разумеется, всем интересно знать, что творится у нас под ногами, но у подобных исследований есть и практическая сторона. Земное ядро - основной источник геомагнитного поля, защищающего всё живое от космической радиации. Новые результаты интересны также и тем, кто пытается понять, как сформировался земной шар.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что на границе ядра и мантии найдены гигантские резервуары кислорода. Также мы рассказывали, когда затвердело внутреннее ядро, и о других исследованиях сердца нашей планеты.