Внутрішнє ядро Землі може мати багатошарову структуру — подібну до цибулини. Про це свідчать результати дослідження, опублікованого в журналі Nature Communications. Вчені з Університету Мюнстера змоделювали умови, подібні до тих, що панують у центрі планети, та з’ясували: сейсмічні хвилі поводяться інакше через хімічні відмінності у шарах сплавів заліза. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження.
Чому сейсмічні хвилі змінюють швидкість у ядрі
Анізотропія сейсмічних хвиль — явище, коли вони проходять з різною швидкістю залежно від напряму руху — є одним із головних індикаторів того, що відбувається всередині Землі. Геофізики десятиліттями спостерігають такі аномалії у внутрішньому ядрі, але точне пояснення цьому явищу дотепер залишалося гіпотетичним.
Внутрішнє ядро — це тверда куля діаметром приблизно 1200 кілометрів, розташована у самому центрі планети, під рідким зовнішнім ядром. Воно складається переважно із заліза, проте містить також невідому кількість домішок — серед яких імовірно присутні кремній і вуглець.
Саме наявність цих елементів може пояснити анізотропію, вважає міжнародна група дослідників. Вони припускають, що через різну концентрацію домішок утворюються шари з різними фізичними властивостями.
Дослідники змоделювали умови центру Землі
Команда з Інституту мінералогії Університету Мюнстера відтворила в лабораторії умови, наближені до центру Землі — тиск у мільйони атмосфер і температуру до 820 °C. Для цього вони використали спеціальну вакуумну камеру та високотемпературне алмазне ковадло, яке стискало мікроскопічні зразки залізо-кремній-вуглецевих сплавів.
Результати фіксували за допомогою рентгенівської дифракції. Так вчені спостерігали, як змінюється орієнтація кристалів у сплавах (властивість, відома як LPO — lattice-preferred orientation). Саме ця зміна визначає, як через матеріал проходять хвилі.
Після експерименту дані про властивості сплавів (зокрема, в’язкість та границю текучості) були змодельовані теоретично й екстрапольовані до умов реального ядра Землі.
«Ми хотіли дослідити, як кремній і вуглець впливають на поведінку заліза за умов ядра. І результати свідчать: зміни у кристалічній структурі справді можуть пояснити анізотропію хвиль», — каже керівниця дослідження, мінералогиня Кармен Санчес-Валле.
Внутрішнє ядро — не однорідне, а шарувате
У межах моделювання було встановлено: у глибших частинах ядра, ймовірно, переважає чистіше залізо, що спричиняє сильнішу анізотропію. Натомість у зовнішніх шарах, де більше кремнію й вуглецю, ця анізотропія знижується.
Таке поступове «розшарування» є результатом охолодження і кристалізації внутрішнього ядра впродовж мільярдів років. Цей процес призводить до нерівномірного розподілу легких елементів, створюючи структуру, схожу на «цибулину» — з шарами, які мають різний хімічний склад і фізичні властивості.
«Виявлена закономірність узгоджується з даними польових сейсмологічних спостережень. Це ще один доказ, що внутрішнє ядро не є однорідним, а має складну, шарувату будову», — підсумовують автори публікації.
