Прислушиваясь к эху землетрясений, отскакивающему внутри нашей планеты, мы можем сделать хорошее предположение о том, что находится внутри Земли, не разрезая ее на части. К сожалению, сейсмические волны часто имеют несоответствия, которые ученым еще предстоит полностью понять.
Один из источников такого рода аномалий находится в карманах материала с низкой плотностью примерно на 3000 километров ниже поверхности, между внешним ядром из сплава жидкого железа и мантией.
Новое исследование предполагает, что богатый кремнием «снег», поднимающийся из внешнего ядра, может помочь объяснить некоторые аномалии в наблюдениях. Поскольку кремний сделает частицы легче, чем окружающее их жидкое железо, материал может вытекать в мантию и оседать в виде дрейфов, вызывающих непредсказуемые искажения звуковых волн.
«Если кремний и водород являются двумя основными легкими элементами в самом внешнем ядре с соответствующим содержанием, там в самом деле может возникнуть поднимающийся вовне, богатый кремнием снег», — уверяет геолог Сую Фу из Токийского университета в Японии.
Кремниевая зима
Чтобы проверить свою гипотезу, команда воссоздала условия внутри внешнего ядра Земли в лаборатории. Сплав железо-кремний был загружен в газообразный водород-аргон, а затем подвергся ультракомпрессии в ячейке с алмазной наковальней. Эти устройства часто используются геологами для достижения уровней сжатия, сравнимых с уровнями внутри планет, подобных нашей. Образцы сжимаются механическим усилием между двумя алмазами (отсюда и название) и исследуются на наличие изменений.
В этом случае образец нагревали с помощью лазеров и контролировали с помощью рентгеновских лучей. Ученым удалось решить проблему предыдущих экспериментов, когда высокие температуры приводили к диффузии водорода, содержащегося в железном сплаве, в алмаз. «Наша команда разработала новый метод, при котором водород смешивается с аргоном в ячейках с алмазными наковальнями», — заявил геолог Санг-Хеон Дэн Шим из Университета штата Аризона. По его словам, аргон не вступает в реакцию с образцом, но подавляет диффузию водорода в алмазные наковальни, что позволяет «достичь экстремальных условий в лаборатории».
При таких же условиях давления и температуры, что и во внешнем ядре Земли, исследователи обнаружили, что богатые кремнием кристаллиты «снега» могут образовываться и подниматься сквозь более плотное жидкое железо, накапливаясь на границе мантии и внешнего ядра, что, возможно, и вызывает некоторые из аномалии, замеченные учеными при сканировании самых глубоких частей планеты.
Хотя вы можете подумать, что все это не имеет большого значения для нас, живущих на поверхности Земли, но на самом деле это не так. Движение внешнего ядра управляет магнитным полем планеты, которое, в свою очередь, защищает нас от изнашивающего воздействия космоса и солнечной погоды. Лучшее понимание того, что находится во внешнем ядре, как оно движется и как может повлиять на его взаимодействие с мантией, имеет решающее значение для прогнозирования того, как магнитное поле Земли может продолжать действовать в будущем.