Загадка внутреннего ядра Земли решена

Новые исследования показывают, что железо, основной компонент самых внутренних частей земного ядра, становится необычно «мягким» при экстремальных давлениях и температурах, царящих там. Эти выводы, опубликованные в журнале Science, расширяют наши возможности для понимания внутренних частей Земли и, например, механизмов возникновения землетрясений. В более практической перспективе у учёных появятся новые инструменты для разработки улучшенных материалов.

Результаты были получены командой шведских и российских исследователей, которые использовали передовое компьютерное моделирование на шведских суперкомпьютерах. Эти новые данные объясняют некоторые сейсмические сигналы от землетрясений, которые собирают станции по всему миру и которые до сих пор ставили учёных в тупик.

«Эти новые открытия о самой внутренней части Земли дают объяснение низкой скорости сейсмических волн в глубинах планеты. Они, в свою очередь, объясняют, почему сигналы от землетрясений выглядят именно так, облегчая работу сейсмологов», — говорит Анатолий Белоношко из Королевского технологического института в Стокгольме, руководивший исследованиями.

Известно, что самое внутреннее ядро Земли, состоящее из сильно сжатого твёрдого железа, обладает чрезвычайно низкой жёсткостью на сдвиг — воздействие скручивающих или других сил. Поэтому железо в центре Земли во многом ведёт себя как жидкость, которая не оказывает сопротивления сдвигу, что облегчает смещения вещества в ядре. Одним из следствий является неожиданно медленное движение сейсмических волн вдоль поверхности внутреннего ядра.

Двойственная природа железа оставалась загадкой для исследователей более 50 лет, поскольку в лабораторных экспериментах железо не проявляло никакой тенденции вести себя как жидкость под высоким давлением. Причина — гораздо более низкие температуры в лаборатории по сравнению с центром Земли. Разгадка «мягкости» железа кроется в том, как атомы железа расположены и могут двигаться в условиях внутренних частей Земли. Это можно сравнить с твёрдой структурой, части которой скреплены не гвоздями, а резиновыми лентами.

«Помимо предоставления совершенно нового потенциала для понимания ряда загадочных явлений, связанных с низкой скоростью движения этих сейсмических волн, методы, которые мы используем для объяснения мягкости земного ядра, также могут быть применены в материаловедении», — отмечает Анатолий Белоношко.

Исследование показывает, что традиционные методы физики минералов остаются в силе, а ключом к лучшему пониманию ядра Земли является возможность с высокой точностью воссоздавать условия там. «Методы, которые мы используем, помогают нам понимать, а следовательно, описывать и предсказывать свойства материалов при высоких температурах. Это открывает новые пути для теоретического, а в долгосрочной перспективе практического конструирования новых материалов», — заключает учёный.