Недра Земли остывают быстрее, чем предполагали ученые
Земля сформировалась примерно 4,5 миллиарда лет назад. С тех пор недра медленно остывают.
В то время как температура поверхности и атмосферы колеблется в течение тысячелетий (и да, эти внешние температуры в настоящее время повышаются), расплавленная внутренняя часть — бьющееся сердце нашей планеты — все это время охлаждается.
Это не метафора. Вращающееся, конвекционное динамо глубоко внутри Земли создает огромное магнитное поле, невидимую структуру, которая, по мнению ученых, защищает наш мир и позволяет жизни процветать. Кроме того, считается, что мантийная конвекция, тектоническая активность и вулканизм помогают поддерживать жизнь за счет стабилизации глобальных температур и углеродного цикла.
Поскольку внутренняя часть Земли все еще остывает и будет продолжать охлаждаться, это означает, что в конечном итоге она затвердеет, и геологическая активность прекратится, что, возможно, превратит Землю в голую скалу, подобную Марсу или Меркурию. Новое исследование показало, что это может произойти раньше, чем считалось ранее.
Ключом может быть минерал на границе между внешним железно-никелевым ядром Земли и расплавленной жидкой нижней мантией над ним. Этот пограничный минерал называется бриджманитом, и от того, насколько быстро он проводит тепло, будет зависеть, как быстро тепло просачивается через ядро в мантию.
Определить эту скорость не так просто, как проверить проводимость бриджманита в окружающих атмосферных условиях. Теплопроводность может варьироваться в зависимости от давления и температуры, которые сильно различаются в глубине нашей планеты.
Чтобы преодолеть эту трудность, группа ученых под руководством планетолога Мотохико Мураками из ETH Zurich в Швейцарии облучила монокристалл бриджманита импульсными лазерами, одновременно увеличив его температуру до 2440 Кельвинов и давление до 80 гигапаскалей, что близко к условиям в нижней мантии – до 2630 кельвинов и 127 гигапаскалей давления.
«Эта измерительная система позволила нам показать, что теплопроводность бриджманита примерно в 1,5 раза выше, чем предполагалось», — сказал Мураками.
В свою очередь, это означает, что поток тепла от ядра к мантии выше, чем мы думали, и, следовательно, скорость, с которой остывает недра Земли, выше, чем мы думали.
И этот процесс может ускориться. При охлаждении бриджманит превращается в другой минерал, называемый постперовскитом, который обладает еще большей теплопроводностью и, следовательно, увеличивает скорость потери тепла из ядра в мантию.
Что касается именно того, насколько быстрее, это неизвестно. Охлаждение всей планеты — это не то, что мы очень хорошо понимаем. Марс остывает немного быстрее, потому что он значительно меньше Земли, но есть и другие факторы, которые могут играть роль в том, насколько быстро остывает недра планеты.
Например, при распаде радиоактивных элементов может выделяться тепло, достаточное для поддержания вулканической активности. Такие элементы являются одним из основных источников тепла в мантии Земли, но их вклад недостаточно изучен.
«Мы до сих пор недостаточно знаем о подобных событиях, чтобы определить их влияние», — сказал Мураками.
Исследование команды было опубликовано в Earth and Planetary Science Letters.
