Ядро Земли меняется: что происходит

Вода с поверхности Земли проникает глубоко в недра планеты, и в новом исследовании ученые показали, как она может изменить крайнюю часть металлического ядра. И эта находка может объяснить наличие тонкого слоя материала внутри нашей планеты, который ставил в тупик геологов, сообщает Science Alert.

Земная кора состоит из тектонических плит, которые движутся и «наскакивают» друг на друга. И за миллиарды лет эти зоны субдукции перенесли воду в нижнюю мантию.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Ядро Земли «протекает»: ученые назвали причину

Когда эта вода достигает границы ядра и мантии, примерно на глубине 2900 километров под поверхностью, происходит мощное химическое взаимодействие. Теперь ученые из Южной Кореи, США и Германии показали, что это создает верхний слой ядра, богатый водородом, и отправляет кремнезем в нижнюю мантию.

«В течение многих лет считалось, что материальный обмен между ядром Земли и мантией невелик. Тем не менее, наши недавние эксперименты под высоким давлением показывают другую историю. Мы обнаружили, что когда вода достигает границы ядро-мантия, она вступает в реакцию с кремнием в ядре, образуя кремнезем», — заявил один из авторов исследования Дэн Шим из Университета штата Аризона.

Смесь железа и никеля во внешнем ядре играет важную роль в создании магнитного поля Земли, которое, по сути, защищает жизнь на планете от солнечных ветров и радиации. Поэтому ученым важно понимать, как недра Земли устроены и развиваются со временем.

Граница мантии и ядра резко меняется, состав переходит от силикатного к металлическому. И о химическом обмене между этими слоями известно немного. Десятилетия назад ученые, которые записывали сейсмические волны, проходящие сквозь недра Земли, зафиксировали тонкий защитный слой толщиной около сотни километров. И откуда этот первичный Е слой взялся, неизвестно.

«Мы предполагаем, что такой химический обмен между ядром и мантией в течение миллиардов лет глубокого переноса воды мог способствовать формированию предполагаемого первичного слоя E», — пишет команда.

И этот появившийся слой будет менее плотным и в нем будут более низкие сейсмические скорости. Ученые считают, что эти различия в плотности связаны с разными концентрациями легких элементов водорода и кремния.

Команда пришла к выводу, что увеличение концентрации всего одного легкого элемента приведет к увеличению скорости и снижению плотности, что затруднит согласование сейсмических наблюдений и динамической стабильности всего слоя Е. Альтернативным объяснением могло стать увеличение концентрации одного легкого элемента при уменьшении концентрации другого. Но о подобном обмене пока неизвестно.

В ходе исследования ученые имитировали условия давления и температуры на границе ядра и мантии, использовав камеры с алмазными наковальнями, нагретыми лазером. В результате они выяснили, что вода, которая погружается в ядро Земли, может вступать в химическую реакцию с материалом, который находится там. В результате внешнее ядро превращается в богатую водородом пленку и рассеивая кристаллы кремнезема, которые поднимаются и присоединяются к мантии.

Слой богатого водородом и бедного кремнием материала, который образуется в верхней части ядра, будет иметь меньшую плотность и меньшую скорость, что соответствует наблюдениям за сейсмическими волнами.

Ранее международная группа ученых заявила о том, что гигантская аномалия в центре Земли может быть отголоском столкновения, которое произошло 4,5 миллиарда лет назад. В его результате была образована Луна.