Чрезвычайно сложный и филигранно точный эксперимент с алмазной наковальней, к которому японские ученые готовились десятки лет, показал, что жидкое внешнее ядро нашей планеты, помимо расплавленного железа, содержит более легкие включения.
Алмазы выпытали у железа еще одну тайну земного ядра

Ученым из Токийского института удалось в земных условиях воссоздать экстремально высокие температуру и давление расплавленного железа, составляющего большую часть внешнего ядра Земли. В работе, опубликованной в Physical Review Letters, исследователи оценивали плотность полученного в эксперименте горячего сжатого железа и сравнивали с известной плотностью внешнего ядра планеты.

Сейсмическая активность Земли давно подсказала геологам, что в центре планеты находится твердое ядро, окруженное жидкой частью. Ранее предполагалось, что расплавленное вещество, отделяющее твердую сердцевину от слоя мантии, большей частью состоит из железа. Точный состав внешнего ядра Земли неизвестен и по сей день. Зато современная наука способна определить условия, при которых неизвестные компоненты существуют в центре нашей планеты.

Температура жидкой части ядра — 4350 кельвинов, что на 4077 градусов больше температуры в комнате среднестатистического россиянина. Давление на этой глубине в миллион раз превышает атмосферное и составляет 116 гигапаскалей. Воспроизвести подобные условия на поверхности планеты крайне сложно.

Чтобы «телепортировать» жидкое железо изнутри наружу и изучить его свойства, ученым пришлось в течение 20 лет проектировать и строить алмазную наковальню — установку, которая быстрым и сильным ударом создает в образце требуемые давления и температуру. Созданием установки с требуемыми характеристиками дело не кончилось. Напротив, самое сложное было впереди.

Экспериментаторам требовалась система диагностики, способная быстро измерить плотность «побитого» наковальней образца. Ведь находиться в столь экстремальных условиях вещество долго не может. Выручил синхротрон SPring-8. Образец просветили сильно сфокусированным рентгеновским излучением и обнаружили, что плотность железа в описанных условиях составляет 10 тысяч килограммов на кубический метр. Это в 10 раз плотнее воды и на 8% больше, чем плотность внешнего ядра планеты.

Результат измерений означает, что жидкое ядро Земли имеет в своем составе более легкие элементы. Будущим исследователям планеты теперь предстоит выяснить — какие именно. Авторы работы надеются, что плоды их труда помогут последователям больше узнать о нашем общем доме.