Парадокс зародження внутрішнього ядра розгадано: що змусило "серце" Землі замерзнути

Історія Землі налічує мільярди років, а тому зовсім не дивно, що нам багато чого ще невідомо про нашу планету. Як би вчені не досліджували й не моделювали Землю, внутрішнє ядро планети все ще оточене безліччю загадок, які нам лише належить дізнатися, пише IFLScience.

Внутрішнє ядро Землі надзвичайно складно досліджувати з цілої низки причин, зокрема й тому, що воно розташоване на глибині понад 5100 кілометрів. При цьому найглибший отвір, який нам коли-небудь вдалося пробурити, досяг лише глибини в 12 263 метри. Але вчені знайшли вихід: спостереження за сейсмічними хвилями, що проходять через Землю, а також лінії магнітного поля планети є результатом умов у ядрі, а тому можуть відкрити завісу.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Одна із загадок, яку вченим все ще не вдалося розгадати, полягає в тому, як ядро Землі "замерзло" — перейшло з розплавленого рідкого стану в минулому у твердий сьогодні. За словами наукового співробітника з фізики мінералів в Університеті Лідса і провідного автора нового дослідження Альфреда Вілсона-Спенсера, у минулому внутрішнє ядро планети було рідким, а з часом стало твердим. У міру того як планета остигає, внутрішнє ядро розширюється назовні, оскільки багата залізом рідина "замерзає". Проте серце планети все ще надзвичайно гаряче — близько 4726,85°C.

Вчені вважають, що розуміння цього процесу в майбутньому дасть змогу краще зрозуміти магнітні поля Землі. З огляду на роль магнітосфери в захисті Землі від шкідливого сонячного випромінювання, може, своєю чергою, допомогти нам зрозуміти умови, необхідні для процвітання життя.

Дослідники виявили, що процес замерзання вивільняє елементи, такі як кисень і вуглець — обидва вони несумісні з перебуванням у гарячому твердому тілі. Цей процес створює гарячу, плавучу рідину на дні зовнішнього ядра. Рідина підіймається в рідке зовнішнє ядро і змішується з ним, що створює електричні струми, які генерують наше магнітне поле

За словами Вілсона-Спенсера, все ще складно зрозуміти, як "замерзло" ядро Землі, особливо з огляду на наше місце розташування на планеті та час, оскільки охолодження відбувалося протягом мільярда років або довше.

Традиційна теорія цього процесу припускає, що температура в центрі планети знижувалася, поки не досягла температури плавлення рідкого сплаву заліза, що становить його, після чого почалося замерзання внутрішнього ядра. Але ця картина все ще неповна, оскільки ігнорує фізичну вимогу — всі рідини повинні бути переохолоджені на значну величину нижче температури плавлення, перш ніж тверді тіла зможуть зародитися без повторного розплавлення.

Попередні моделі вчених припускали, що до того, як серце планети замерзло приблизно за мільярд років, рідке залізо та інші мінерали мали бути переохолодженими приблизно на 700-1000 Кельвінів (К). Але це викликає деякі проблеми.

Якщо ядро дійсно було переохолоджене на 1000 К перед замерзанням, внутрішнє ядро повинно бути трохи більшим, ніж спостерігається. Як альтернатива, якщо для замерзання необхідно 1000 К, але воно так і не було досягнуто, внутрішнє ядро взагалі не повинно існувати.

У новій роботі вчені розглянули, як присутність інших елементів у внутрішньому ядрі може вплинути на переохолодження. Команда змоделювала взаємодію атомів заліза і вуглецю під високим тиском за допомогою суперкомп'ютера. Результати вказують на те, що за наявності вуглецю ядро може охолонути й затвердіти за набагато меншого переохолодження, можливо, нижче 400 К, і в правдоподібні терміни.

Варто зазначити, що результати роботи вчених все ще очікують рецензування і потребують подальших досліджень, оскільки ідея може бути ще більш ускладнена наявністю інших елементів у ядрі, наприклад, кисню і кремнію. Проте вчені вважають, що їм вдалося знайти ключ до розуміння того, як внутрішнє ядро Землі стало твердим.

Раніше Фокус писав про те, що з ядром Землі коїться щось дивне: вчені нарешті з'ясували, чому це відбувається.