Что общего у формирования ядра ранней Земли и капельной кофеварки?

Новый метод, разработанный Инвэй Фэем и Линь Ван из Института Карнеги, позволил получить свежие данные о процессе, в ходе которого материалы, сформировавшие ядро Земли, опускались в глубины планеты, оставляя геохимические следы, которые долгое время оставались загадкой для учёных. Их работа опубликована в журнале Science Advances.

Земля аккрецировала из диска пыли и газа, окружавшего наше Солнце в его молодости. По мере роста планеты из более мелких объектов самые плотные материалы погружались внутрь, разделяя планету на различные слои, включая богатое железом металлическое ядро и силикатную мантию. Каждый слой имеет свой состав. Хотя ядро состоит в основном из железа, сейсмические данные указывают, что в нём растворены и более лёгкие элементы, такие как кислород, сера, кремний и углерод. Аналогично, мантия преимущественно силикатная, но концентрации в ней так называемых «железолюбивых» (сидерофильных) элементов десятилетиями ставили учёных в тупик.

Используя мощные гидравлические прессы, воссоздающие условия недр Земли, Ван и Фэй разработали новый метод отслеживания движения жидкого металла, формирующего ядро, в образце. Они показали, что подобно воде, фильтрующейся через кофейную гущу, в динамичных условиях ранней Земли железные расплавы могли просачиваться через границы между кристаллами твёрдых силикатов (границы зёрен) и обмениваться химическими элементами. Учёные предполагают, что бурная среда ранней Земли создала условия, превратившие мантию в гигантский фильтр, позволив перколяцию жидкого металла через взаимосвязанную сеть. Анализ химического обмена в этом процессе объясняет, почему сидерофильные элементы остались в мантии, проливая свет на давний геохимический вопрос.

«Разделение ядра и мантии — важнейшее событие в геологической истории Земли, — пояснил Фэй. — Конвекция во внешнем ядре создаёт магнитное поле планеты, защищающее нас от космических лучей. Без него жизнь в известной нам форме не могла бы существовать». Исследователи считают, что их метод применим для изучения других каменистых планет и поможет ответить на вопросы о взаимодействии ядра и мантии в их недрах.