РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Когда ядро Земли начало остывать: древняя загадка

Исследователи провели эксперимент в попытках воссоздать процесс остывания железного ядра нашей планеты — и наткнулись на загадочную аномалию.
Тэги:
Когда ядро Земли начало остывать: древняя загадка

В какой-то момент 4,5-миллиардной истории Земли ее полностью жидкое железное ядро ​​охладилось настолько, что в центре образовался твердый шар. Сегодня ядро ​​нашей планеты состоит из твердого внутреннего ядра из железа, окруженного внешним ядром тоже из железа, но расплавленного. Однако точно определить, когда произошло это изменение, оказалось довольно сложно.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Оценки варьируются от 4,5 миллиарда лет назад — возраста самой Земли — до 565 миллионов лет назад; и лишь недавно новое исследование наконец сузило круг поисков. Согласно данным, полученным в лабораторных экспериментах, возраст внутреннего ядра должен быть где-то между 1 миллиардом и 1,3 миллиардами лет.

В свою очередь, это помогает нам сузить возраст геодинамо, которое питает магнитное поле вокруг Земли. Это магнитное поле способствует созданию условий, благоприятных для жизни в том виде, в котором мы его знаем, защищая атмосферу планеты от палящего солнечного ветра. Неудивительно, что людям так интересно понять принцип его работы и истоки – это может пригодиться будущим колонистам далеких миров.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Геодинамо создается за счет циркуляции проводящего железа во внешнем ядре и конвекции, которая приводится в действие двумя механизмами.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Во-первых, это тепловая конвекция, вызванная колебаниями температуры; она может происходить в полностью жидком ядре. Во-вторых, существует композиционная конвекция, при которой более легкие элементы, высвобождаемые на внутренней границе ядра, поднимаются через жидкое внешнее ядро, создавая движение.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В обоих случаях проводящий жидкий металл создает электрические токи, которые заряжают сердечник, по сути превращая его в гигантский электромагнит. И вуаля! У нас получилось магнитное поле. В настоящее время в ядре Земли присутствуют оба типа конвекции, в равной степени способствующие геодинамо.

Но до кристаллизации твердого ядра в ядре Земли была возможна только тепловая конвекция. Она тоже способна генерировать геодинамо, но для того, чтобы поддерживать его в течение миллиардов лет, железо должно быть очень горячим — что нереально.

Чтобы поддерживать такие температуры, теплопроводность железа (способность эффективно проводить тепло) должна быть крайне высокой. Команда физиков решила изучить теплопроводность железа под давлением и при температурах, приближающихся к значениям в активной зоне ядра.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Для этого они взяли образец железа, облучили его лазером, чтобы нагреть, и зажали на алмазной наковальне. На это ушло гораздо больше времени, чем может показаться: попытки заняли целых два года. В конце концов, однако, команде удалось измерить электрическую и тепловую проводимость образца при давлении 170 гигапаскалей (что в 170 миллионов раз выше атмосферного давления на уровне моря) и температуре около 3000 градусов Цельсия.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Давление во внешнем ядре колеблется от 135 до 330 гигапаскалей от внешней границы до границы внутреннего ядра, а температуры колеблются от 4000 до 5000 градусов Цельсия. Считается, что внутреннее ядро ​​достигает температуры выше 6000 С (но железо затвердевает под сильным давлением).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Когда команда измерила проводимость в образце, то обнаружила, что она на 30-50 процентов ниже, чем требуется для оценки возраста внутреннего ядра в 565 миллионов лет. Следовательно, ученые теперь могут установить верхний предел теплопроводности жидкого железа в условиях ядра, что, в свою очередь, устанавливает верхний предел того, сколько тепла оно может провести и удержать.

Все эти данные наконец позволили оценить возраст внутреннего ядра Земли. Интересно, что график, построенный учеными, точно соответствует динамике изменения магнитного поля Земли. Расположение магнитных материалов в породах, датируемых 1–1,5 миллиардами лет назад, показывает, что примерно в это время и произошло увеличение напряженности магнитного поля — как и следовало ожидать в то время, когда кристаллизовалось внутреннее ядро.

Однако подобное увеличение наблюдалось и 565 миллионов лет назад. Если внутреннее ядро ​​кристаллизовалось раньше, это означает, что сотни миллионов лет назад на нашей планете произошло какое-то загадочное явление, повлиявшее на железо внутри Земли. «Чтобы разрешить это несоответствие, необходимы дальнейшие исследования физики минералов, геодинамики и палеомагнетизма», — признают сами исследователи.

Загрузка статьи...