Ученые находят железный «снег» в ядре Земли

Согласно новым исследованиям, которое может помочь ученым лучше понять силы, которые влияют на всю планету, внутреннее ядро ​​Земли горячее, находится под огромным давлением и покрыто снегом.

Снег состоит из крошечных железных частиц — намного более тяжелых, чем любая снежинка на поверхности Земли, — которые падают с расплавленного внешнего ядра и накапливаются поверх внутреннего ядра, создавая кучи толщиной до 200 миль, которые покрывают внутреннее ядро.

Изображение может звучать как инопланетная зимняя страна чудес. Но ученые, которые вели исследование, сказали, что это похоже на то, как камни образуются внутри вулканов.

«Металлическое ядро ​​Земли работает как магматическая камера, о которой мы знаем лучше всего в коре», — сказал Юнг-Фу Лин, профессор Школы наук о Земле Джексона в Техасском университете в Остине и соавтор исследования.

Исследование доступно в Интернете и будет опубликовано в печатном издании журнала JGR Solid Earth 23 декабря.

Юджун Чжан, адъюнкт-профессор Сычуаньского университета в Китае, руководил исследованием. Другими соавторами являются аспирант школы Джексона Питер Нельсон; и Ник Дигерт, доцент в Университете Теннесси, который проводил исследование во время постдокторской стажировки в школе Джексона.

Ядро Земли не может быть взято, поэтому ученые изучают его, регистрируя и анализируя сигналы сейсмических волн (типа энергетической волны), проходящих через Землю.

Тем не менее, аберрации между недавними данными сейсмических волн и значениями, которые можно ожидать на основе текущей модели ядра Земли, вызывают вопросы. Волны движутся медленнее, чем ожидалось, когда они проходили через основание внешнего ядра, и они движутся быстрее, чем ожидалось, когда они движутся через восточное полушарие верхнего внутреннего ядра.

Исследование предлагает железное заснеженное ядро ​​в качестве объяснения этих аберраций. Ученый С.И. Брагинский предположил в начале 1960-х годов, что слой суспензии существует между внутренним и внешним ядром, но преобладающие знания об условиях нагрева и давления в окружающей среде ядра опровергли эту теорию. Тем не менее, новые данные из экспериментов на ядрообразных материалах, проведенных Чжаном и взятых из более современной научной литературы, обнаружили, что кристаллизация возможна и что около 15% самого нижнего внешнего ядра может быть сделано из кристаллов на основе железа, которые в конечном итоге падают в жидкость внешнее ядро ​​и поселиться на вершине твердого внутреннего ядра.

«Это своего рода странная вещь для размышления», — сказал Дигерт. «У вас есть кристаллы во внешнем ядре, падающие на внутреннее ядро ​​на расстоянии нескольких сотен километров».

Исследователи указывают на накопленный снежный покров как причину сейсмических аберраций. Шламоподобная композиция замедляет сейсмические волны. Изменение размера снежного кучи — более тонкое в восточном полушарии и более толстое в западном — объясняет изменение скорости.

«Граница внутреннего ядра не является простой и гладкой поверхностью, которая может влиять на теплопроводность и конвекцию ядра», — сказал Чжан.

В статье сравнивается снег частиц железа с процессом, который происходит внутри магматических очагов ближе к поверхности Земли, который включает в себя минералы, кристаллизующиеся из расплава и сверкающие вместе. В магматических камерах уплотнение минералов создает так называемую «кумулятивную породу». В ядре Земли уплотнение железа способствует росту внутреннего ядра и сокращению внешнего ядра.

И учитывая влияние ядра на явления, которые влияют на всю планету, от генерации ее магнитного поля до излучения тепла, которое управляет движением тектонических плит, более глубокое понимание его состава и поведения может помочь понять, как работают эти более крупные процессы.

Брюс Баффет, профессор геологических наук в Калифорнийском университете в Беркли, который изучает внутреннюю часть планеты и не принимал участия в исследовании, сказал, что исследование ставит перед собой давние вопросы о недрах Земли и может даже помочь раскрыть больше информации о том, как ядро ​​Земли пришло к быть.

«Соотношение предсказаний модели с аномальными наблюдениями позволяет нам сделать выводы о возможных составах жидкого ядра и, возможно, связать эту информацию с условиями, которые преобладали во время формирования планеты», — сказал он. «Исходное условие — важный фактор в становлении Земли известной нам планетой».

Исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, фондами фундаментальных исследований для центральных университетов, Школой наук о Земле Джексона, Национальным научным фондом и Фондом Слоана.

Источник истории:

Материалы предоставлены Техасским университетом в Остине . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Связанные мультимедиа :

• Упрощенная графика внутренней Земли, как описано в новом исследовании

---

Ссылка на журнал :

1. Юджун Чжан, Питер Нельсон, Ник Дигерт, Юнг-Фу Лин. Суспензия Fe-сплава и уплотняющая кумулятивная куча через внутреннюю границу Земли . Журнал геофизических исследований: Solid Earth , 2019; DOI: 10.1029 / 2019JB017792