Странная слоистая структура, спрятанная в ядре Земли

Открытие, недавно опубликованное в «Природные коммуникации», Это дополняет целую серию открытий, которые в последние годы ясно показали, что сердце нашего мира на самом деле является сложным и до сих пор глубоко загадочным местом. Давайте навсегда забудем классическую инертную металлическую сферу. Ядро Земли живое, оно меняет форму, меняет свое вращение и, будучи далеко не однородным, обертывается слоями, как будто это гигантская металлическая луковица.

Тайна металлического «лука»

Если мы бросим теннисный мяч через лес, в котором деревья посажены упорядоченными рядами, он будет двигаться в одном направлении быстрее, чем в другом. То же самое происходит с сейсмическими волнами от землетрясений. Сейсмологам давно известно, что волны движутся на 3–4% быстрее, когда они движутся параллельно оси вращения Земли (от полюса к полюсу), чем когда они движутся вдоль экваториальной плоскости. Это то, что известно как «сейсмическая анизотропия», и до сих пор ее очень трудно объяснить.

«Существует несколько гипотез происхождения этой анизотропии», — объясняет Кармен Санчес-Валле из Института минералогии Мюнстерского университета и соавтор исследования. То есть кусочки головоломки не совсем сочетаются друг с другом. Чтобы решить ее, исследователь и ее команда решили воссоздать центр Земли в своей лаборатории. Они использовали «ячейку с алмазной наковальней» — устройство, способное раздавливать крошечные образцы давлением, в миллион раз превышающим атмосферное, и нагревать их до более чем 800 градусов по Цельсию.

Команда протестировала сплав железа, кремния и углерода — ингредиентов, которые, как полагают, составляют «химический коктейль» ядра. И то, что они обнаружили, было поразительным: сжимая смесь, кристаллы выстраивались определенным образом, что изменяло скорость звука.

«Дифрактограммы, — говорит Ефим Колесников, ведущий автор исследования, — были затем проанализированы для определения пластических свойств, в частности, предела текучести и вязкости». По мнению исследователей, данные свидетельствуют о том, что ядро химически расслаивается. То есть центр внутреннего ядра будет состоять из почти чистого железа (где анизотропия сильная), тогда как внешние слои будут содержать больше кремния и углерода, что смягчает этот эффект. «Эта картина анизотропии, зависящей от глубины, — говорится в исследовании, — может быть результатом химического расслоения во время кристаллизации ядра».

Меняющееся ядро

Слоистое ядро — это лишь последняя глава в саге удивительных открытий. И в последние годы центр Земли преподносит нам один урок смирения за другим.

Например, мы узнали, что это не идеальная сфера, но она постоянно меняет форму. Это выявило в 2021 году исследование, согласно которому внутреннее ядро Земли растет асимметричнобыстрее в Индонезии, чем в Бразилии. Как будто планета «становилась толще» с одной стороны больше, чем с другой. И почему тогда мы не живем на деформированной планете? Потому что гравитация отвечает за перераспределение этого избытка железа, поддерживая сферу, но в результате этого процесса генерируется поток тепла, питающий магнитное поле, защищающее нас от солнечной радиации. Если этот боковой «двигатель» остановится, наша защита от космоса может оказаться под угрозой.

Если форма ядра оказалась странной, то открытие способа его вращения было тем более странным. Фактически, в 2022 году группа исследователей из Университета Южной Калифорнии продемонстрировала, что ядро Земли колеблется. изменение вашего адреса вращения время от времени, что противоречит наиболее принятым моделям, согласно которым ядро постоянно вращается с большей скоростью, чем поверхность планеты. Исследователи вне всякого сомнения показали, что внутреннее ядро меняло направление в течение шестилетнего периода, с 1969 по 1974 год, что повлияло на продолжительность дней. Совсем недавно, уже в 2024 году, пришло подтверждение того, что вращение внутреннего ядра впервые за многие десятилетия Оно замедлялось.

К этому добавляются выводы о его структуре. Потому что оказывается, что ядро не гладкое, а скорее имеет «грубую» текстуру как густой лес, полный кристаллов железа, которые растут, как металлические сталактиты.

Последствия на поверхности

И почему нас волнует, что там происходит? Исследование этого бездонного мира, расположенного на глубине более 5000 километров под нашими ногами, показало нам, что все, что там происходит, влияет на нас. Ядро, если не идти дальше, — это «сердце», поддерживающее магнитное поле Земли живым, невидимый щит, без которого атмосфера была бы сметена солнечным ветром, и жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, была бы невозможна.

Таким образом, каждое из этих открытий, последним из которых является слоистая структура, является частями одной и той же головоломки, пытающейся объяснить, как работает «динамо» нашего мира. Теперь, понимая химию кремния и углерода в ядре, как это сделали исследователи из Мюнстера, мы не только изучаем геологию, но и открываем инструкции по эксплуатации нашего планетарного «космического корабля».

На картах Средневековья и Возрождения неизведанные, опасные или неизвестные территории обозначались фразой «Здесь обитают драконы», сопровождаемой фигурами мифических существ и морских чудовищ. Сегодня эта граница изменилась и находится уже не на границах океанов, а в самом центре нашего мира, месте, где законы физики действуют до предела и тайны которого, несмотря на все наши технологии, мы только начинаем узнавать.