Палюче ядро Землі не є самотнім - воно спіймане з іншими, підземними шарами. Це згідно з новим дослідженням, яке виявило, що внутрішня частина планети просочує частину її вмісту в мантійні потоки, частина яких з часом досягає поверхні Землі.
Це відкриття допомагає врегулювати дискусію, яка триває десятиліттями: чи обміняються ядро та мантія будь-яким матеріалом, вважають дослідники.
"Наші висновки дозволяють припустити, що деякі основні матеріали переносяться в основу цих мантійних пластів, і ядро просочується цим матеріалом протягом останніх 2,5 мільярдів років", - написали дослідники в веб-сайті The Conversation, на якому вчені пишуть про свої дослідження для громадські.
Виявлення стало можливим завдяки металевому вольфраму (W), елементу 74 періодичної таблиці. Якби вольфрам склав профіль знайомств, це зазначило б, що це сидерофіл, або "залізний коханець". Тож не дивно, що в ядрі Землі висить багато вольфраму, який виготовлений в основному із заліза та нікелю.
У своєму профілі вольфрам також зазначив, що він має кілька ізотопів (елемент із різною кількістю нейтронів у своєму ядрі), включаючи W-182 (зі 108 нейтронами) та W-184 (зі 110 нейтронами). Розробляючи своє дослідження, дослідники зрозуміли, що ці ізотопи можуть допомогти їм вирішити основне питання.
Інший елемент, гафній (Hf), є літофілом, це означає, що він любить гірські породи і його можна знайти в багатій на силікати Землі мантії. З періодом напіввиведення 8,9 мільйонів років радіоактивний ізотоп Hf-182 гафнію перетворюється на W-182. Це означає, що в мантії повинно бути більше W-182, ніж у серцевині, стверджують вчені.
"Отже, хімічний обмін між ядром та джерелом мантійних шлейфів може бути виявлений у співвідношенні 182 Вт / 184 Вт океанічних островів базальтів", які надходять із шлейфу в мантії, - писали дослідники в дослідженні.
Але ця різниця вольфраму була б неймовірно мала: Склад вольфраму-182 у мантії та серцевині, як очікувалося, відрізнятиметься лише приблизно на 200 частин на мільйон (проміле). "Менш ніж п’ять лабораторій у світі можуть зробити цей тип аналізу", - написали дослідники у The Conversation.
Крім того, вивчити ядро непросто, оскільки воно починається на глибині приблизно 2900 кілометрів (2900 кілометрів) під землею. З огляду на це, найглибшою норою, яку люди коли-небудь викопали, є свердловина Кола в Росії, глибина якої становить приблизно 7,6 милі (12,3 км).
Отже, дослідники вивчали наступне найкраще: гірські породи, які витріщалися на земну поверхню з глибокої мантії в кратоні Пілбара в Західній Австралії, і гарячі точки островів Реюньон та архіпелаг Кергулен в Індійському океані.
Виявлено витік
Кількість вольфраму в цих породах виявило витік з ядра. Протягом життя Землі відбулася велика зміна співвідношення W-182 до W-184 у мантії Землі, виявили дослідники. Як не дивно, найдавніші гірські породи Землі мають більш високе відношення W-182 до W-184, ніж більшість гірських порід сучасного часу, вони виявили.
"Зміна співвідношення 182 Вт / 184 Вт мантії вказує на те, що вольфрам з серцевини давно просочується в мантію", - писали дослідники в "Розмові".
Землі близько 4,5 мільярдів років. Однак найдавніші мантійні породи планети не зазнали суттєвих змін у ізотопах вольфраму. Це говорить про те, що від 4,3 до 2,7 мільярдів років тому обмін матеріалу від ядра до верхньої мантії був мало або взагалі не було, зазначають дослідники.
Але за останні 2,5 мільярди років склад ізотопів вольфраму в мантії суттєво змінився. Чому так сталося? Якщо мантійні шлейфи піднімаються від кордону кордону, тоді, можливо, подібно до пиломатеріалів матеріал з поверхні Землі опускається в глибоку мантію, вважають дослідники. Цей поверхневий матеріал має в ньому кисень, елемент, який може впливати на вольфрам, вважають дослідники.
"Субдукція - термін, використовуваний для гірських порід з поверхні Землі, що спускається в мантію, переносить багатий киснем матеріал з поверхні в глибоку мантію як невід'ємну складову тектоніки плит", - писали дослідники в The Conversation. "Експерименти показують, що підвищення концентрації кисню на кордоні основної мантії може призвести до відокремлення вольфраму з ядра та в мантії".
Або, можливо, по мірі затвердіння внутрішнього ядра після утворення Землі концентрація кисню у зовнішньому ядрі зростала, вважають дослідники. "У цьому випадку наші нові результати могли б сказати щось про еволюцію ядра, включаючи походження магнітного поля Землі", - написали вони у "Розмові".
