БОСТОН - Великі магматичні океани Землі, котиться глибоко під нашими ногами, здається, закачують кисень у рідке ядро планети. І цей кисень формує землетруси та вулкани по всій нашій планеті.
Такий висновок групи дослідників університету Лондонського коледжу Даріо Альфе, представленої у вівторок (5 березня) тут, на березеньській зустрічі Американського фізичного товариства. Хоча неможливо спостерігати кисень в ядрі Землі безпосередньо - тисячі миль гарячої скелі перешкоджають цьому погляду - Альфе та його співробітники використовували поєднання сейсмологічних даних, хімії та знань про давню історію нашої Сонячної системи, щоб зробити свої висновки.
Основний доказ того, що щось подібне до кисню ховається в залізній серцевині? Землетруси Гуркіт, який ми відчуваємо на поверхні, є результатом хвиль, які рухаються по всій нашій планеті. І поведінка цих хвиль пропонує підказки до вмісту Землі - майже як ультразвук всієї планети.
Коли землетрусні хвилі відскакують від серцевини і повертаються на поверхню, їх форма вказує на те, що зовнішнє серцевина рідкого заліза значно менш щільна, ніж тверде залізо з серцевиною під тиском. І ця різниця щільності впливає на форму землетрусів та поведінку вулканів на поверхні. Але це не так, як має поводитися чисте залізо, сказав Альфе в Live Science після своєї розмови.
"Якщо серцевина була чистим залізом, контраст щільності між твердою внутрішньою серцевиною і рідиною повинен бути приблизно 1,5 відсотка", - сказав він. "Але сейсмологія говорить нам, що це більше як 5 відсотків".
Іншими словами, зовнішнє ядро менш щільне, ніж повинно бути, що говорить про те, що в ньому змішаний якийсь не залізний елемент, що робить його легшим.
Тож виникає питання: Чому легший елемент змішуватиметься із зовнішнім стрижнем, а не із суцільним внутрішнім стрижнем?
Коли атоми перебувають у рідкому стані, вони вільно протікають повз один одного, завдяки чому суміш різних елементів може співіснувати навіть у екстремальному середовищі внутрішньої Землі, сказав Алфе. Але оскільки екстремальний тиск змушує внутрішнє ядро перетворитися в твердий стан, там атоми утворюють більш жорсткі решітки хімічних зв’язків. І ця суворіша структура не вміщає сторонні елементи так легко. Коли тверде ядро утворюється, воно буде виплювати атоми кисню та інші домішки до його рідкого оточення, як зубна паста, що стріляє зі стиснутої трубки.
"Ви бачите подібний ефект у айсбергах", - сказав він.
Коли солона вода в океані замерзає, вона витісняє свої домішки. Так айсберги закінчуються як шматки твердої прісної води, що пливе над багатим натрієм океаном.
Немає прямих доказів того, що більш легким елементом у рідкій серцевині є кисень, сказав Алфе. Але наша планета утворилася з пилових хмар ранньої Сонячної системи, і ми знаємо, які елементи там були присутні.
Дослідницька група виключила інші елементи, наприклад, кремній, які теоретично можуть бути присутніми в основі, спираючись на склад цієї хмари, але не пояснюють спостережуваний ефект. Кисень був залишений як найбільш вірогідний кандидат, сказав він.
Крім того, рівні кисню, теоретично присутні в ядрі, здаються нижчими, ніж прогнозувала хімія на основі вмісту кисню в мантії. Це говорить про те, що більше кисню, ймовірно, хімічно перекачується у зовнішнє ядро навіть із більш насиченої киснем мантії.
На запитання, як виглядає кисень у серцевині, Алфе відповів, що не уявляти бульбашки або навіть іржу, яка утворюється, коли залізо зв’язується безпосередньо з киснем. Натомість, при цих температурах і тиску атоми кисню вільно плавали б між атомами заліза, створюючи плаваючі скупчення рідкого заліза.
"Якщо взяти посилку з рідиною, яка має 90 атомів заліза і 10 атомів кисню, ця посилка буде менш щільною, ніж посилка чистого заліза", і так вона буде плавати, сказав Алфе.
Щоб підтвердити ці результати, Алфе заявив, що сподівається результатів зусиль щодо вимірювання нейтрино, сформованого на нашій планеті і випромінюваного на поверхню. Хоча "геоневрино" дуже рідкісні, за його словами, вони можуть запропонувати багато інформації про те, що конкретно відбувається на планеті, коли вони з'являються.
Але без будь-якого способу прямого доступу до ядра, фізики завжди будуть затримуватися, роблячи найкращі судження про її склад із обмежених, вторинних даних.
