|
Тайны земного ядра
|
|
|
|
Основу ядра нашей планеты составляет железо. Но сейчас ученые все лучше понимают, что еще кружится в водовороте в центре Земли. Сердцебиение нашей планеты остается загадкой для ученых, пытающихся узнать, как сформировалась Земля, и что пошло на ее создание. В ходе проведенного недавно исследования они сумели воссоздать мощное давление, действующее в центре нашей планеты, что позволило ученым бросить взгляд на ранний период ее существования и даже понять, как земное ядро может выглядеть сейчас.
|
|
|
|
О своем открытии они сообщили в последнем номере журнала Science. «Если мы выясним, какие элементы составляют ядро, мы сможем лучше понять условия, при которых сформировалась Земля, а это в свою очередь даст нам больше информации о ранней истории Солнечной системы», — говорит геохимик Анат Шахар (Anat Shahar), работающая в Вашингтоне в Институте науки Карнеги. Это также позволит ученым получить представление о том, как сформировались другие каменистые планеты в нашей Солнечной системе и за ее пределами.
|
 |
|
Земля сформировалась примерно 4,6 миллиарда лет тому назад в результате бесчисленных столкновений твердых тел размером от Марса до мелкого астероида. По мере увеличения массы ранней Земли увеличивалось ее внутреннее давление и температура.
|
|
|
|
Это повлияло на то, как железо, составляющее большую часть земного ядра, вступало в химические реакции с более легкими элементами типа водорода, кислорода и углерода, а также с более тяжелыми металлами, отделившимися от мантии и попавшими во внутреннюю часть Земли. Мантия — это слой, находящийся непосредственно под земной корой, и перемещения расплавленной породы в этой области приводят в движение тектонические плиты.
|
|
|
|
Ученые уже давно поняли, что температурные изменения могут влиять на то, в какой степени изотоп такого элемента, как железо, становится частью ядра. Этот процесс носит название изотопное фракционирование.
|
|
|
|
Однако до сих пор давление не считалось критической переменной, влияющей на данный процесс. «В 60-е и 70-е годы проводились эксперименты в поисках последствий такого давления, но ученые ничего не нашли, — говорит Шахар. — Но сейчас мы знаем, что давление, при котором они проводили эксперименты (около двух гигапаскалей), было недостаточно мощным».
|
|
|
|
В 2009 году другой научный коллектив опубликовал работу, в которой высказал предположение, что давление могло повлиять на элементы, попавшие в земное ядро. Поэтому Шахар со своей командой решила вновь исследовать его воздействие, применив оборудование, создающее давление до 40 гигапаскалей. Это намного ближе к 60 гигапаскалям, которые ученые считают средним значением в ранний период формирования Земли.
|
|
|
|
В ходе экспериментов, проводившихся на усовершенствованном источнике фотонов в Институте Карнеги в Вашингтоне, ученые поместили между двумя алмазами небольшие образцы железа, смешанного с водородом, углеродом и кислородом. Затем плоскости этих алмазных тисков сдвинули вместе, создав колоссальное давление.
|
|
|
|
Впоследствии преобразованные образцы железа подвергли бомбардировке рентгеновскими лучами высокой энергии. «Мы используем рентгеновские лучи, чтобы испытать вибрационные свойства фаз железа», — сказала Шахар. Различные частоты вибрации указывают на то, какие изотопы железа находятся среди образцов.
|
|
|
|
Ученые выяснили, что такое мощное давление действительно влияет на изотопное фракционирование. В частности, исследовательский коллектив обнаружил, что реакция между железом и водородом или углеродом, которые должны присутствовать в ядре, должна оставлять после себя характерный след в породе мантии. Но найти такой след не удалось.
|
|
|
|
«Поэтому мы считаем, что водород и углерод — не главные легкие элементы в ядре», — заявила Шахар.
|
|
|
|
А вот сочетание железа и кислорода не могло оставить следов в мантии, как показали эксперименты ученых. Поэтому возможно, что кислород мог стать одним из наиболее легких элементов в составе земного ядра.
|
|
|
|
Эти выводы подтверждают гипотезу о том, что кислород и кремний составляют основу легких элементов, растворенных в ядре Земли, говорит геофизик из Калифорнийского технологического института в Пасадене Джозеф О’Рурк (Joseph O’Rourke), не участвовавший в этом исследовании.
|
|
|
|
«Кислород и кремний в изобилии присутствуют в мантии, и нам известно, что при высокой температуре и под большим давлением они растворяются в железе, — сказал он. — Поскольку кислород и кремний гарантированно входят в состав ядра, у других кандидатов типа водорода и углерода шансов немного».
|
|
|
|
Шахар рассказала, что ее команда намерена повторить эксперимент с кремнием и серой, которые могут входить в состав ядра. Сейчас, когда им удалось показать, что давление способно влиять на фракционирование, этот коллектив хочет посмотреть на эффект от давления и температуры в их сочетании. Они полагают, что результаты могут отличаться от тех случаев, когда давление и температура используются поодиночке. «Свои эксперименты мы проводили на образцах твердого железа при комнатной температуре. Но при формировании ядра все было в расплавленном состоянии», — сказала Шахар.
|
|
|
|
Выводы из этих экспериментов могут иметь отношение к планетам, находящимся за пределами нашей Солнечной системы, говорят ученые. «Дело в том, что мы видим только поверхность или атмосферу экзопланет, — отметила Шахар. — Но как их внутренняя часть влияет на происходящее на поверхности? Ответ на этот вопрос повлияет на то, есть или нет жизнь на этой планете».
|
|
|
|
http://inosmi.ru/science/20160506/236431057.html
|
