То в жар, то в холод: Противоречивый характер ядра
Хотя сегодня о ядре Земли известно крайне мало, и уж конечно никому не доводилось держать в руке образец его вещества, кое-что мы все-таки знаем. Ядро условно разделяют на внешнее и внутреннее, иногда между ними выделяют еще и особую переходную зону. Как и можно ожидать, температура и давление здесь ужасны, достигая 5 тыс. ОС и 361 ГПа, соответственно. Считается, что центральная часть нашей планеты состоит, в основном, из сплава железа и никеля, начинается на глубине около 2,9 тыс. км и имеет радиус около 3,5 тыс. км (примерно в два раза больше Луны).
А главное — ядро является источником глобального магнитного поля Земли, значение которого для жизни нашей планеты (и жизни на нашей планете) сегодня выглядит все более и более важным. «Природа магнитосферы Земли остается загадкой, — говорит один из авторов новой работы Йон Маунд (Jon Mound). — Мы не можем отправиться к центру Земли и получить образцы оттуда. Нам остается полагаться лишь на косвенные измерения, проводимые у поверхности, и на теоретические модели, способные раскрыть происходящее в ядре».
Модель, построенная Маундом с коллегами, дает довольно элегантное и простое объяснение данным некоторых наблюдений, которые до сих пор остаются без объяснения. В ней динамика земного ядра тесно увязывается с тектоникой плит, движением, трением и столкновениями колоссальных блоков литосферы. «Если наша модель в дальнейшем подтвердится, — добавляет Маунд, — она станет большим шагом вперед в понимании механизмов формирования внутреннего ядра, а также появлении магнитосферы планеты».
Схематически внутреннее ядро можно представить, как твердый железный шар, окруженный жидким расплавом никелево-железного сплава с примесями других элементов, вокруг которой имеется толстый слой вязкой мантии, покрытый тонкой и твердой корой Земли. За миллиарды лет своего существования Земля остыла не только снаружи; аналогичный процесс развивается и изнутри планеты, что и привело к частичному отвердению ядра. Со временем этот твердый слой внутреннего ядра увеличивается, наращивая около 1 мм в год.
Тепло, которое выделяется при этом замерзании ядра, поднимается через мантию вплоть до коры в ходе обычной конвекции: более теплое вещество мантии поднимается к поверхности, более холодное опускается к ядру. Именно эти потоки в сочетании с вращением самой планеты, считается, и подпитывает работу «внутреннего динамо» Земли, создающего ее магнитное поле.
Однако идет в ядре и обратный процесс, приводящий не только к его остыванию, но и к нагреванию и подплавлению. До сих пор механизмы этого были совершенно непонятны, ведь в целом внутренние области планеты действительно остывают... Именно этот факт и попытались объяснить Маунд и его коллеги.
Учтя в своей модели как процессы конвекции, так и сейсмические данные, ученые показали, что течение тепла на границе ядра и мантии может принимать очень разный характер, зависящий от структуры мантийного слоя. В некоторых областях Земли это приводит к тому, что тепло словно «отражается» от мантии и направляется обратно к ядру, в итоге подплавляя его.
В частности, в таком сейсмически активном регионе, как Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо, где океаническая кора погружается в мантию, толстый слой твердых литосферных плит отнимает от мантии тепло особенно интенсивно и дополнительно остужает ее. Он создает заметные «холодные» потоки, которые в итоге остужают внутреннее ядро. Противоположная картина наблюдается под обширными регионами Африки и центрального Тихого океана, где температура мантии выше. Здесь она должна подогревать ядро и вызывать его плавление в этих областях, даже несмотря на то, что в целом ядро остывает и затвердевает.
Словом, динамика происходящего на границе между внутренним и внешним ядром Земли оказывается намного сложнее, чем казалось поначалу. А ведь именно здесь может скрываться тайна глобальных циклических изменений климата нашей планеты — читайте: «Климат и ядро».
По пресс-релизу University of Leeds