Во внешнем ядре Земли может быть движущийся вверх богатый кремнием «снег»


Фото из открытых источников
Прислушиваясь к эху землетрясений, отскакивающему внутри нашей планеты, мы можем сделать хорошее предположение о том, что находится внутри Земли, не разрезая ее на части. К сожалению, сейсмические волны часто имеют несоответствия, которые ученым еще предстоит полностью понять.
 
Один из источников изменчивости находится в карманах материала с низкой плотностью примерно на 3000 километров ниже поверхности, между внешним ядром из сплава жидкого железа и мантией.
 
Новое исследование, которое было опубликовано в журнале Nature, предполагает, что богатый кремнием «снег», поднимающийся из внешнего ядра, может помочь объяснить некоторые аномалии в наблюдениях. Поскольку кремний сделает частицы легче, чем окружающее их жидкое железо, материал может вытекать в мантию и оседать в виде дрейфов, вызывающих непредсказуемые искажения звуковых волн.
 
«Если кремний и водород являются двумя основными легкими элементами в самом внешнем ядре с соответствующим содержанием, может возникнуть такой поднимающийся богатый кремнием снег», — говорит геолог Сую Фу из Токийского университета в Японии.
 
Чтобы проверить это, команда воссоздала условия внутри внешнего ядра Земли в лаборатории. Сплав железа и кремния был загружен в газообразный водород-аргон перед сверхсжатием внутри ячейки с алмазной наковальней.
 
Эти устройства часто используются геологами для достижения уровней сжатия, сравнимых с уровнями внутри планет, подобных нашей. Образцы сжимаются механическим усилием между двумя алмазами (отсюда и название) и исследуются на наличие изменений.
 
В этом случае образец нагревали с помощью лазеров и контролировали с помощью рентгеновских лучей. Ученым удалось решить проблему предыдущих экспериментов, когда высокие температуры приводили к диффузии водорода, содержащегося в железном сплаве, в алмаз.
 
«Наша команда разработала новый метод, при котором водород смешивается с аргоном в ячейках с алмазными наковальнями», — пояснил геолог Санг-Хеон Дэн Шим из Университета штата Аризона. «Аргон не вступает в реакцию с образцом, но подавляет диффузию водорода в алмазные наковальни, что позволяет нам достичь экстремальных условий в лаборатории».
 
При таких же условиях давления и температуры, что и во внешнем ядре Земли, исследователи обнаружили, что богатые кремнием кристаллиты «снега» могут образовываться и подниматься сквозь более плотное жидкое железо, чтобы накапливаться на границе мантии и внешнего ядра, что, возможно, вызывает некоторые из аномалии, замеченные учеными при сканировании самых глубоких частей планеты.
 
Хотя можно подумать, что все это не имеет большого значения на поверхности Земли, движение внешнего ядра приводит в действие магнитное поле нашей планеты, которое, в свою очередь, защищает нас от изнашивающего воздействия космического пространства и солнечной погоды.
 
Лучшее понимание того, что находится во внешнем ядре, как оно движется и как это может повлиять на его взаимодействие с мантией, имеет решающее значение для прогнозирования того, как магнитное поле Земли может продолжать действовать в будущем.
 
«Кристаллизация сплава, богатого кремнием, была обнаружена во время наших экспериментов в снежные зимние дни в Чикаго во время пандемии. Интересно, что такое поведение кристаллизации может привести к подъему богатого кремнием снега во внешнем ядре», - пояснил Шим.