Сейсмические волны, проходящие через внутреннее ядро Земли, давно указывают на его необычные свойства: изменения формы и направления вращения, а также сложную внутреннюю структуру. Новое исследование немецких ученых предлагает объяснение этим аномалиям — внутреннее ядро планеты может состоять из нескольких химически различающихся слоев. Результаты работы опубликованы в Nature Communications.
Команда исследователей под руководством минеролога Кармен Санчес-Валле из Университет Мюнстера (Германия) сосредоточилась на проблеме сейсмической анизотропии — различиях в скорости распространения сейсмических волн в зависимости от направления их движения внутри ядра. Ученые предположили, что ключевую роль в этом могут играть примеси легких элементов, прежде всего кремния и углерода, входящих в состав железного ядра.
Чтобы проверить гипотезу, исследователи изучили поведение сплавов железа с кремнием и углеродом при экстремальных давлениях и температурах до 820 °C. В экспериментах использовалась рентгеновская дифракция, позволяющая выявить так называемую преимущественную ориентацию кристаллической решетки — свойство, показывающее, как кристаллы выстраиваются под воздействием деформации и тепла.
Ранее данных о том, как такие сплавы ведут себя в условиях, приближённых к внутреннему ядру Земли, практически не существовало. В ходе экспериментов образцы помещали в микроскопические камеры, сжимали и нагревали, после чего анализировали их свойства. Затем эти параметры экстраполировали на условия, существующие на глубине более 5000 километров под поверхностью планеты.
Результаты показали, что добавление кремния и углерода существенно меняет кристаллическую структуру железа. Эти изменения влияют на скорость прохождения сейсмических волн и хорошо согласуются с аномалиями, наблюдаемыми во внешней части внутреннего ядра.
По мнению авторов, это указывает на химическую стратификацию: центральная часть ядра может быть бедна легкими элементами, тогда как ближе к границе с внешним ядром концентрация кремния и углерода возрастает.
Таким образом, внутреннее ядро Земли, вероятно, имеет многослойное строение, сформировавшееся после его кристаллизации.
Из чего на самом деле состоит ядро Земли
Твердое внутреннее ядро Земли оказалось не таким твердым
Читайте «Мою Планету» в Telegram