Не так давно команде ученых из Йельского университета удалось выявить новый фактор, позволяющий лучше объяснить отливы и приливы магнитного поля Земли. Жизнь на нашей планете, как известно, процветает уже более 3 млрд лет. И развиться так бурно биосфера Земли могла только именно благодаря тому, что у нее имеется магнитное поле. Без этой защиты наша планета была бы такой же безжизненной, как и миллиарды других во Вселенной.
Надежный щит
Создается магнитное поле Земли, как известно, в самом ее центре — на огромной глубине. Жизнь на нашей планете стала возможной прежде всего потому, что это поле защищает ее поверхность от солнечного ветра, несущего смертоносное излучение.
Своим существованием, таким образом, мы обязаны именно магнитному полю. Однако знают о нем ученые, поскольку зарождается оно на огромных глубинах, к сожалению, пока еще очень и очень немного. Судить о том, как образуется магнитное поле, специалисты могут только по косвенным признакам.
Расщепление сплавов
Несколько дней назад профессор Йельского университета Канани К.М. Ли опубликовала в журнале Национальной академии наук статью о выявленных ей и ее командой необычных свойствах железных расплавов. Как удалось выяснить ученым, расплавы Fe с кремнием, содержащие много кислорода, и такие же расплавы, не насыщенные О2 в тех же условиях, что существуют и в ядре Земли, представляют собой две совершенно разные жидкости. То есть смешиваться они между собой не могут.
По словам Канани, эти два, казалось бы таких похожих, расплава в ядре нашей планеты ведут себя примерно таким же образом, как масло и уксус при приготовлении заправки под названием «винегрет» для салатов. Многим хозяйкам известно, насколько неохотно смешиваются эти два ингредиента. Если налить масло в уксус и хорошенько потрясти бутылку, получится вполне однородная эмульсия. Однако слишком устойчивой такая заправка не будет. Будучи оставленной на столе, уже через некоторое время она вновь разделится на масло и уксус.
"Странности" внешнего ядра планеты
Ученым известно немало расплавов, которые не могут смешиваться при обычном атмосферном давлении. Металлурги, к примеру, в своей работе часто вынуждены иметь дело именно с такими исходными материалами и веществами.
Однако в ядре Земли, как известно, давление намного превышает атмосферное. И судить о том, каким образом ведут себя здесь и как именно взаимодействуют друг с другом расплавы, ученым достаточно сложно.
Внешнее ядро Земли, как известно, находится на глубине в 2900 км от поверхности и представляет собой именно слой расплавленного железа. Здесь то и зарождается магнитное поле планеты, надежно защищающее ее поверхность от солнечного излучения.
Температуру внешнее ядро планеты имеет просто огромную, а поэтому массы расплавленного железа здесь, благодаря конвекции, активно перемещаются. В принципе, этот слой в толще Земли является хорошо перемешанным и однородным. Однако в верхней своей части внешнее ядро, как известно ученым, все же имеет отчетливый слой, отличающийся по характеристикам. Сейсмические волны в этом месте движутся, к примеру, медленнее.
О том, что возникать такая неоднородность во внешнем ядре планеты может из-за несмешиваемости расплавов железа, ученые подозревали уже давно. Однако никаких экспериментально подтвержденных доказательств этой гипотезы до сих пор не было.
Научный эксперимент
Для своего исследования, позволившего доказать несмешиваемость сплавов железа с кремнием в зависимости от содержания кислорода, ученые использовали такое оборудование, как ячейки с алмазными наковальнями и лазер, предназначенный для сильного разогрева Fe. Просчитывали свои действия специалисты при этом посредством компьютерной модели.
Благодаря наличию такого современного набора инструментов, ученым удалось достаточно точно воспроизвести условия, существующие внутри земного ядра. В процессе эксперимента специалисты получили два отдельных слоя расплавов: железа с кремнием с высоким содержанием кислорода и такую же жидкость, в состав которой входило не слишком много O2.
Несмешиваемость этих двух расплавов, по словам ученых, объясняется в первую очередь неодинаковой их плотностью. При конвекции та жидкость, в которой кислорода содержится больше, просто постепенно выталкивается вверх. В результате на самом краю внешнего ядра Земли и образуется насыщенный О2 слой расплавленного железа.
Полученные путем эксперимента данные, по словам ученых, позволят в ближайшее время полностью пересмотреть имеющуюся на сегодня модель динамики магнитного поля планеты. Также результатами эксперимента смогут воспользоваться и ученые, занимающиеся исследованием ранней Земли.