На границе внешнего ядра и мантии Земли некоторые элементы могут необычно подняться. Удивительное объяснение предложили ученые, искавшие причину частых аномалий распространения сейсмических волн в этом районе недр нашей планеты. Что это за название "снег"?
О процессах, происходящих глубоко под поверхностью Земли, мы узнаем только из анализа распространения сейсмических волн. Некоторые аномалии этих волновых форм на границе между нижней мантией и внешним ядром привлекли внимание Аризонского и Чикагского университетов. Они решили смоделировать условия в этой области и понаблюдать за тем, как поведет себя железо-кремниевый сплав.
Граница нижней мантии и внешнего ядра чрезвычайно интересна и еще мало изучена мировой наукой. Именно здесь, на глубине 2900-3000 километров, твердая мантия встречается с жидким ядром. Скорее всего, граница не такая резкая, и мантия регулярно «заливается» горячим материалом с больших глубин.
Есть даже предположения, что нагрев нижней мантии оказывает ключевое влияние на конвекцию горных пород в ней и, следовательно, на движения литосферы. Мы до сих пор не можем полностью объяснить, есть ли связь между магнитным полем, генерируемым в жидком внешнем ядре, и явлениями в мантии Земли.
Что такое снег в ядре Земли? Речь идет о частицах кремния
В своих исследованиях ученые искали объяснение аномалиям, наблюдаемым на графиках распространения сейсмических волн на глубине 3000 километров под поверхностью. Предполагалось, что кремний и водород являются самыми легкими элементами во внешнем ядре, которое в подавляющем большинстве состоит из расплавленного железа. Исследователи предположили, что, возможно, частицы кремния мигрируют вверх к мантии Земли в виде «частиц», подобных одноименному снегу.
Они провели эксперимент, имитирующий условия температуры и давления на границе мантии и ядра. Сплав железа с кремнием помещался в газовую пробу, состоящую из смеси водорода и аргона. Все это было сжато алмазной наковальней, которая часто используется для имитации высоких давлений. Во время испытания наблюдали за поведением сплава и движением частиц кремния.
Предположения подтвердились. «Снег» падает во внешнем ядре. Частицы кремния отделялись от сплава и мигрировали. Перенося это наблюдение в глубины Земли, «снег» падает наоборот, потому что снизу вверх, но не за счет сил гравитации, а из-за различий в плотности вещества.
Выводы исследования не только помогут лучше понять природу эндогенных процессов на такой глубине, но и добавят ценный кирпичик в предсказания о магнитном поле Земли и его эволюции в будущем.