Ядро Земли, кажется, обернуто слоями, как луковица, показало исследование
Сейсмические волны, проходящие через внутреннее ядро Земли, многое рассказали о железном центре нашей планеты: как он меняет форму, меняет свое вращение, имеет причудливую текстуру и содержит необычное состояние вещества.
Теперь новое исследование, пытающееся объяснить аномальные данные, предполагает, что ядро Земли может быть слоистым, как луковица.
Ученые в Германии хотели специально изучить проблему сейсмической анизотропии – изменений скорости сейсмические волны отражаются от Земли, когда они достигают внутреннего ядра, в зависимости от направления их движения.
По теме: Атмосфера Земли просачивается на Луну, и вот почему
«Существовало несколько гипотез происхождения этой анизотропии», — говорит минералог Кармен Санчес-Валле из Мюнстерского университета.
«Мы решили изучить совокупный эффект кремний и углерод влияют на деформационное поведение железа».
Чтобы выяснить, что происходит, исследователи проверили, как эти ключевые элементы внутреннего ядра могут взаимодействовать при экстремальных давлениях и температурах до 820 °C (1508 °F).
Используя дифракцию рентгеновских лучей, исследователи искали свойство, называемое предпочтительной ориентацией решетки (LPO), которое описывает, как кристаллы внутри твердых тел выстраиваются в соответствии с термическими структурами.
Ранее у ученых не было существенных данных о том, как LPO железа может появляться при смешивании с кремнием и углеродом с образованием сплавов.
LPO может влиять на способ передачи звуковых волн через него. металлы, такие как железо, и считалось, что это может объяснить сейсмическую анизотропию. Здесь он был протестирован в мельчайших масштабах: сплавы содержались, сжимались и нагревались в сверхмалых контейнерах.
«Дифрактограммы были проанализированы после эксперимента, чтобы определить пластические свойства — в частности, предел текучести и вязкость — сплавов железо-кремний-углерод, которые были дополнительно смоделированы с помощью теории, чтобы экстраполировать их на внутренние условия ядра», — объясняет Санчес-Валле.
Результаты показали, что по сравнению с чистым железом добавление кремния и углерода действительно изменило расположение кристаллической решетки железного сплава.
Получающиеся различия в скорости сейсмических волн могли бы соответствовать аномалиям, наблюдаемым во внешней части внутреннего ядра.
Это еще одно доказательство того, что внутреннее ядро Земли на самом деле имеет несколько слоев – впечатляющий научный подвиг для изучения чего-то, что находится на глубине более 5000 километров (3107 миль) под нами и погребено под камнями и жидким металлом.
В центральной части внутреннего ядра может быть мало кремния и углерода, что приводит к сильной сейсмической анизотропии, считают исследователи, «в то время как возрастающая концентрация легких легирующих элементов по направлению к внешним слоям внутреннего ядра приводит к уменьшению анизотропии».
Геологи делают упор прогресс в понимании сложностей того, что находится под поверхностью Земли, в основном за счет измерения того, как распространяются сейсмические волны, и путем воссоздания условий внутреннего и внешнего ядра в лаборатории.
Детальная работа включает в себя поиск несоответствий, обдумывание возможных объяснений, а затем проверку этих объяснений — то, что команда, стоящая за этим исследованием, смогла успешно сделать.
«Зависящая от глубины картина анизотропии, наблюдаемая во внутреннем ядре Земли, может быть результатом химического расслоения кремния и углерода после кристаллизации ядра», — заключают исследователи.
Результат исследования опубликован в журнале Nature Communications.
