Уточнение деталей строения земного ядра

Определение состава земного ядра является ключом к пониманию того, как сформировалась наша планета и как ведет себя ее внутренняя часть сегодня. Хотя уже много лет известно, что железо — основной элемент ядра, многие вопросы о поведении железа в условиях земных глубин оставались без ответа. Теперь команда исследователей-минералофизиков из Калифорнийского технологического института (Caltech) приблизилась к их решению, проведя эксперименты с элементом при чрезвычайно высоком давлении.

«Определение свойств железа — это золотой, или, я бы сказала, "железный" стандарт для понимания поведения ядра, — говорит соавтор исследования Дженнифер Джексон. — Именно с этого начинаются все обсуждения глубоких недр Земли. Распределение температуры, формирование планеты — все это восходит к ядру». Команда использовала алмазные наковальни, чтобы сжать крошечные образцы железа до давления в 171 гигапаскаль, что в 1,7 миллиона раз выше давления на поверхности Земли.

Для проведения экспериментов ученые использовали мощные рентгеновские лучи в Advanced Photon Source (Национальная лаборатория Аргонна, Иллинойс), чтобы измерить колебательную плотность состояний сжатого железа. Это позволило определить скорость звуковых волн в железе и сравнить результаты с сейсмическими наблюдениями за ядром. «Колебательные свойства, которые мы смогли измерить при невероятно высоких давлениях, беспрецедентны», — отмечает Джексон.

Исследователи также смогли уточнить температуру плавления железа на границе твердого внутреннего и жидкого внешнего ядра — около 5800 Кельвинов. Сравнивая плотность железа при соответствующих давлении и температуре с данными сейсмических наблюдений, они обнаружили, что железо на 5,5% плотнее твердого внутреннего ядра на этой границе. «С нашими новыми данными мы можем с большей уверенностью обсуждать несколько аспектов строения земного ядра и сузить диапазон количества легких элементов, необходимых для работы геодинамо — процесса, поддерживающего магнитное поле Земли», — поясняет Джексон.

Следующим шагом, по словам первого автора работы Кейтлин Мерфи, станут аналогичные эксперименты со сплавами железа с никелем и различными легкими элементами, чтобы определить, как они влияют на свойства чистого железа и лучше соответствуют сейсмическим наблюдениям за ядром.