Ядро земли постоянно переваривает само себя
Последовательность изучений последних лет продемонстрировал аномальные особенности земного ядра, вынудив геофизиков усомниться в верности устоявшихся о нём представлений. Растолковать загадки центральной части планеты попыталась несколько учёных из Франции.
Но для этого ей было нужно заявить: внутреннее ядро — структура намного более динамичная, нежели кто-либо имел возможность предположить.
Ядро Почвы поделено на две части — жидкую внешнюю и жёсткую внутреннюю. Обе содержат в основном железо, с добавкой никеля, небольшого количества и кремния иных элементов.
О чертях обеих частей возможно делать выводы по прохождению через них сейсмических колебаний от больших землетрясений. Как раз так было обнаружено, что волны, пересекающие восточную часть ядра, бегут стремительнее, чем на западной его стороне, что выглядит, как минимум, необычным.
Наличие жёсткого ядра Почвы было надёжно подтверждено в 2005 году. Несколько лет назад учёные обосновали любопытное предположение о типе кристаллической структуры внутреннего ядра и оценили температуру его в древности, соответственно, и темп остывания, наращивания и скорость кристаллизации его массы и диаметра (иллюстрация с сайта scienceahead.com).
Помимо этого, на границе двух частей ядра обнаружился 250-километровый слой жидкости повышенной плотности. К тому же, в случае если неизменно растущее жёсткое ядро забирает из расплава тяжёлые элементы, остаток в прилегающих слоях обязан содержать больше элементов лёгких, нежели другие уровни жидкого ядра, значит, появляться менее плотным.
Так появляется несоответствие, требующее объяснения. Так как хорошие модели предполагают, что внутреннее ядро отечественной планеты – образование симметричное, однородное и фактически стабильное, разве что медлительно растущее за счёт застывания вещества внешнего ядра.
Состыковать все наблюдения в цельную картину помогло нынешнее предположение, выдвинутое группой исследователей из университетов Жозефа Фурье (Universite Joseph Fourier) и Лиона (Universite de Lyon). Учёные утверждают, что внутреннее ядро Почвы всегда кристаллизуется на западе и плавится на востоке.
Геометрический центр внутреннего ядра O мало сдвинут относительно центра Почвы C на величину δ, которая была бы равна нулю, если бы строение ядра было более равномерным, а само ядро – симметричным.
Сдвиг ведет к тому, что части ядра на востоке и западе владеют мало различной температурой (градиент серого на рисунке).А это, со своей стороны, ведёт к односторонним кристаллизации и плавлению и приводит в перемещение всю массу ядра со скоростью V. Пунктир – совершенное положение внутреннего ядра в температуры градиентов и отсутствие плотности (иллюстрация Thierry Alboussiere et al./Nature).
Вся масса внутреннего ядра медлительно смещается от западной стороны к восточной, где разрушающееся твёрдое вещество пополняет состав жидкой оболочки. На западе, соответственно, дело обстоит обратным образом.
Всё это напоминает нескончаемую бегущую дорожку, движущуюся со скоростью 1,5 сантиметра в год. С таким темпом внутреннее ядро перерабатывает себя полностью за 100 миллионов лет, — говорят учёные.
Необычный механизм постоянного обновления ядра растолковывает и плотную жидкую прослойку на границе двух ядер, поскольку она рождается из более плотного материала самой сердцевины планеты.
Авторы новой догадки совершили серию опытов с прозрачным баком, наполненным водным солевым раствором, в который с двух сторон подавался также солевой раствор, но большей и меньшей концентрации, смешанный с красителем.Анализ градиентов концентрации (цветные картинки, проценты на метр) по вертикали и горизонтали, вместе с образованием ровного слоя повышенной плотности, убедил учёных, что подобным образом около внутреннего ядра планеты может образовываться выделенный слой жидкости, обогащённой тяжёлыми элементами (иллюстрация Thierry Alboussiere et al./Nature).
Ну а отличие в соотношении лёгких и тяжёлых элементов на востоке и западе ядра закономерно приводит и к отличию скоростей сейсмических волн, которую учёные и замечают. (Все подробности работы французы изложили в Nature.)
Современная наука гласит: когда-то всё ядро планеты было жидким. Возраст внутреннего жёсткого ядра оценивается в 2-4 миллиарда лет, тогда как самой Почва — 4,54 млрд.
Ранее учёные предполагали, что роста и процесс застывания самой сердцевины отечественного мира шёл, да и по сей день идёт фактически симметрично. Новая же версия показывает: что-то давным-давно нарушило эту симметрию.
Сдвиг внутреннего ядра помещает две его противоположные половинки выше и ниже адиабаты, другими словами линии, отмечающей сбалансированную «энергетическую границу» между слоями.
Соответственно, одно полушарие жёсткого ядра выясняется в зоне плавления, второе – в зоне кристаллизации.При рассмотрении температур этих процессов направляться кроме этого учитывать, что на различных глубинах и давление отличается. T – температура.
На шкале r продемонстрировано отклонение положения восточной и западной поверхностей ядра довольно геометрически верной сферы (иллюстрация Thierry Alboussiere et al./Nature).
Скорость омоложения жёсткого ядра, утверждают французы, в 10-100 раз превышает скорость роста его диаметра, а это значит, что с кристаллизующегося бока оно должно усваивать железо из окружающей жидкости стремительнее, чем теряет данный элемент с противоположной стороны.
Столь плавления и мощные процессы затвердевания, разумеется, не смогут не сказаться на конвективных потоках в ядре внешнем. Соответственно, они затрагивают и планетарную динамо-машину, и земное магнитное поле, и поведение мантии, и перемещение материков.
Не тут ли кроется разгадка несовпадения скорости вращения ядра и другой путь и планеты к объяснению ускоряющегося сдвига магнитных полюсов?
Питер Ольсон (Peter Olson) из университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University), не принимавший участия в новом изучении, отмечает, что предложенная модель ядра значительно несложнее растолковывает его загадки, нежели прошлые догадки.
Последние, например, выстраивают обратную цепочку действия: от неравномерностей в движении вещества мантии к неравномерностям в потоках внешнего ядра и через них — к странностям в распределении вещества в ядре внутреннем. Но, оба варианта вовсе не исключают друг друга, а в полной мере могут быть дополняющими.
