Вчені теоретизують, що в надрах Землі умови надзвичайно гарячі та надзвичайно сильні. Саме це дозволяє розділити головне залізо та нікелеве серцевину між твердою внутрішньою та рідкою зовнішньою областю. Вважається, що динаміка цього ядра несе відповідальність за керування захисною магнітосферою нашої планети, тому вчені вирішують покращити своє розуміння цього.
Завдяки новому дослідженню, проведеному міжнародною командою вчених, виявляється, що основний регіон також отримує свою частку «снігу»! Інакше кажучи, їх дослідження показали, що всередині зовнішнього ядра крихітні частинки заліза твердіють і падають, утворюючи палі на товщині до 320 км (зверху 200 миль) поверх зовнішньої серцевини. Ці висновки можуть значно покращити наше розуміння сил, які впливають на всю планету.
Дослідження було проведено командою дослідників з школи геологічних наук Джексона при Техаському університеті в Остіні, яку очолив професор Юджун Чжан з Інституту атомної та молекулярної фізики університету Сичуань. Дослідження, що описує їх дослідження, було опубліковано у випуску журналу "23 грудня" Журнал геофізичних досліджень (JGR) Тверда Земля.
Вивчення глибини Землі - непросте завдання, оскільки радіолокаційний радіолокатор не може визначити, що глибокий і прямий відбір проб абсолютно неможливий. У результаті дослідники змушені вивчати надр Землі через науку сейсмології - тобто дослідження звукових хвиль, які генеруються геологічною активністю і регулярно проходять через планету.
Вимірюючи та аналізуючи ці хвилі, вчені-геологи мають змогу отримати кращу картину структури та складу внутрішніх приміщень. В останні роки вони відзначають розбіжність між сейсмічними даними та сучасними моделями ядра Землі. По суті, вимірювані хвилі рухалися б повільніше, ніж очікувалося при проходженні через основу зовнішнього ядра, і швидше, коли рухалися через східну півкулю внутрішнього ядра.
Щоб вирішити цю таємницю, професор Чжан та його колеги запропонували, що в зовнішньому ядрі може відбуватися кристалізація частинок заліза, створюючи «засніжене» внутрішнє ядро. Теорія про існування шару суспензії між внутрішнім і зовнішнім сердечником була вперше запропонована С. І. Брагінським у 1963 році, але була відкинута через знання знань про тепло та тиск в ядрі.
Однак, використовуючи низку експериментів, проведених на матеріалах, що нагадують ядро, та новітні наукові дослідження, професор Чжан та його команда змогли показати, що кристалізація у зовнішньому ядрі справді можлива. Крім того, вони виявили, що близько 15% нижньої частини зовнішньої серцевини може бути виготовлено з кристалів на основі заліза, які згодом впадуть і осядуть поверх твердого внутрішнього серцевини.
"Це щось химерне, про що можна думати", - сказав Нік Дігерт, доцент університету Тенессі, який допоміг провести дослідження в рамках докторантури з JSG. "У вас є кристали всередині зовнішнього ядра, який снігує до внутрішньої серцевини на відстані декількох сотень кілометрів".
Як пояснив професор Юнг-Фу Лін (інший співавтор дослідження), це схоже на те, як у вулканах утворюються гірські породи. "Земне металеве ядро працює як магматична камера, яку ми краще знаємо в корі", - сказав він. Команда навіть порівнювала технологічний капелюх, який спричиняє, що на зовнішньому ядрі Землі утворюються купи залізних частинок із тим, що відбувається в магматичних камерах ближче до поверхні Землі.
У той час, як ущільнення корисних копалин створює в магматичних камерах відомий як «накопичена порода», ущільнення частинок заліза глибоко у внутрішніх просторах Землі сприяє зростанню внутрішнього ядра та зменшенню зовнішнього ядра. Накопичення цих частинок проти зовнішнього ядра пояснювало б сейсмічні відхилення, оскільки різниця в товщині між східною та західною півкулями пояснювала б зміну швидкості.
Враховуючи вплив ядра на загальносвітові явища - наприклад, згадану магнітосферу та нагрівання, що рухає тектонічною активністю - дізнатися більше про її склад та поведінку має важливе значення для покращення нашого розуміння того, як працюють ці більші процеси. У цьому відношенні дослідження, проведені професором Чжаном та його колегами, могли б допомогти вирішити давні питання щодо внутрішнього середовища Землі та того, як воно виникло.
Як заявив Брюс Баффет, професор геологічних наук в Берліні, який вивчає планетарні інтер'єри (і не брав участі в дослідженні):
«Пов’язання модельних прогнозів з аномальними спостереженнями дозволяє нам зробити висновки про можливі склади рідкого ядра і, можливо, зв’язати цю інформацію з умовами, що склалися в той час, коли планета формувалася. Початкова умова є важливим фактором того, що Земля стає планетою, яку ми знаємо ».
Зважаючи на те, як вважається, що магнітосфера Землі та її тектонічна активність відіграють життєво важливу роль у виникненні та еволюції життя, розуміння динаміки внутрішніх просторів нашої планети також може допомогти в полюванні на потенційно заселену екзопланети - не кажучи вже про додаткові земне життя!
Дослідження фінансувалося Національним природознавчим фондом Китаю, Фундаментальними науково-дослідними фондами для центральних університетів, Шкілою геологічних наук Джексона, Національним науковим фондом та Слоанським фондом.
