Внутреннее ядро Земли горячее, находится под огромным давлением и покрыто снегом, согласно новому исследованию, которое может помочь ученым лучше понять силы, влияющие на всю планету.
Снег состоит из мельчайших частиц железа, намного тяжелее любой снежинки на поверхности Земли, которые выпадают из расплавленного внешнего ядра и накапливаются поверх внутреннего ядра, образуя груды толщиной до 200 миль, которые покрывают поверхность Земли. внутреннее ядро.
Изображение может звучать как инопланетная зимняя страна чудес. Но ученые, которые руководили исследованием, сказали, что это сродни тому, как скалы формируются внутри вулканов.
«Металлическое ядро Земли работает как магматическая камера, которую мы лучше знаем в земной коре», - сказал Юнг-Фу Лин, профессор Школы наук о Земле Джексона Техасского университета в Остине и соавтор. автор исследования.
Исследование доступно в Интернете и будет опубликовано в печатном выпуске журнала JGR Solid Earth 23 декабря.
Youjun Zhang, доцент Сычуаньского университета в Китае, руководил исследованием. В число других соавторов входят аспирант школы Джексона Питер Нельсон; и Ник Дайгерт, доцент Университета Теннесси, проводивший исследование во время постдокторской стажировки в школе Джексона.
Из ядра Земли нельзя взять пробы, поэтому ученые изучают его, записывая и анализируя сигналы сейсмических волн (разновидность энергетических волн), когда они проходят через Землю.
Однако аберрации между недавними данными сейсмических волн и значениями, которые можно было бы ожидать на основе текущей модели ядра Земли, вызвали вопросы. Волны движутся медленнее, чем ожидалось, когда они проходят через основание внешнего ядра, и они движутся быстрее, чем ожидалось, когда проходят через восточное полушарие верхней части внутреннего ядра.
Исследование предлагает железное ядро, покрытое снегом, в качестве объяснения этих аберраций. Ученый С. И. Брагинский в начале 1960-х годов предположил, что между внутренним и внешним ядром существует слой шлама, но преобладающие знания о тепловых и барических условиях в среде ядра опровергли эту теорию. Однако новые данные экспериментов с материалами, подобными ядрам, проведенные Чжаном и извлеченные из более поздней научной литературы, показали, что кристаллизация возможна и что около 15% самого нижнего внешнего ядра могут состоять из кристаллов на основе железа, которые в конечном итоге падают в жидкость. внешнее ядро и оседают поверх твердого внутреннего ядра.
«Это своего рода странная вещь, чтобы думать об этом», - сказал Дайгерт. «У вас есть кристаллы во внешнем ядре, падающие снегом на внутреннее ядро на расстоянии нескольких сотен километров».
Исследователи указывают на скопившийся снежный покров как на причину сейсмических аберраций. Густообразный состав замедляет сейсмические волны. Разница в размере снежной кучи - тоньше в восточном полушарии и толще в западном - объясняет изменение скорости.
«Граница внутреннего ядра - это не простая и гладкая поверхность, которая может повлиять на теплопроводность и конвекцию ядра», - сказал Чжан.
В документе сравнивается выпадение частиц железа в виде снега с процессом, который происходит внутри магматических камер ближе к поверхности Земли, при котором минералы кристаллизуются из расплава и сливаются вместе. В магматических камерах уплотнение минералов создает так называемую «кумулятивную породу». В ядре Земли уплотнение железа способствует росту внутреннего ядра и сжатию внешнего ядра.
А учитывая влияние ядра на явления, влияющие на всю планету, от создания магнитного поля до излучения тепла, управляющего движением тектонических плит, более глубокое понимание его состава и поведения может помочь в понимании того, как эти более масштабные процессы Работа.
Брюс Баффет, профессор геолого-геофизических наук Калифорнийского университета в Беркли, изучающий недра планеты и не участвовавший в исследовании, сказал, что исследование ставит перед нами давние вопросы о недрах Земли и даже может помочь узнать больше о том, как возникло ядро Земли.
«Связывание предсказаний модели с аномальными наблюдениями позволяет нам сделать выводы о возможном составе жидкого ядра и, возможно, связать эту информацию с условиями, которые преобладали во время формирования планеты», - сказал он. «Начальные условия - важный фактор в превращении Земли в ту планету, которую мы знаем».
Исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, Фондами фундаментальных исследований центральных университетов, Школой наук о Земле Джексона, Национальным научным фондом и Фондом Слоуна.