Kelvinsong / Wikimedia Commons
Дослідники відтворили умови у внутрішньому твердому ядрі Землі та встановили, що воно сформувалося від 1 до 1,3 мільярдів років тому. Цей діапазон збігається з виміряним посиленням магнітного поля планети. Відповідна стаття доступна у журналі Physical Review Letters.
Що відбувається у внутрішньому ядрі Землі?
Внутрішня структура сучасної Землі має кілька шарів: тверду зовнішню кору, гарячу в’язку мантію та ядро, що складається з рідкої зовнішньої і твердої внутрішньої частини. Діаметр цієї твердої частини складає близько 2442 кілометрів. Тверде внутрішнє ядро формується поступово, коли рідке залізо охолоджується і кристалізується. Цей процес триває і досі, через що ядро Землі працює як тепловий двигун. Поступове охолодження та замерзання рідкого залізного ядра впливає на мантійну конвекцію, тектоніку плит і геодинамо. Геодинамо живить магнітне поле Землі, яке відхиляє та затримує заряджені частинки від Сонця. В іншому випадку ці частинки позбавили б Землю атмосфери. За різними оцінками, вік внутрішнього твердого ядра коливається від півмільярда років до понад 4 мільярдів та більше — майже стільки ж, скільки існує сама Земля.
Про що вдалося дізнатися вченим?
Дослідники відтворили умови ядра у крихітних масштабах. Для цього вони нагріли шматок заліза товщиною 6 мікрометрів (приблизно таку довжину мають червоні кров'яні тільця) до температури 2727 градусів Цельсія та затисли цей зразок між двома алмазами, щоб імітувати екстремальний тиск. Потім вони виміряли провідність заліза за цих умов. Це дозволило вченим розрахувати, яка кількість теплового охолодження ядра живить геодинамо. Вони отримали цифру в приблизно 10 терават. Знання швидкості втрати енергії допомогло дослідникам підрахувати, скільки часу знадобилося для отримання твердої маси розміром із сучасне ядро з краплини розплавленого заліза. Таким чином, виявилося, що сучасне тверде ядро сформувалося від 1 до 1,3 мільярдів років тому.
Палеомагнітні породи вказують, що магнітне поле Землі раптово посилилося між 1 мільярдом і 1,5 мільярдами років тому. Нова робота добре поєднується з цими доказами, оскільки кристалізація внутрішнього ядра могла б посилити магнітне поле.
Втім, на відміну від зразка, з яким експериментували вчені, ядро Землі складається не тільки з заліза і також містить більш легкі елементи: вуглець, водень, кисень, кремній та сірку. Але їхні пропорції невідомі, що ускладнює знання того, як вони змінюють провідність внутрішнього ядра. У майбутньому вчені планують це з’ясувати.