Состав ядра Земли остается загадкой. Ученым известно, что жидкое внешнее ядро Земли состоит в основном из железа, но считается, что в состав входит небольшое количество некоторых других элементов. Кислород является самым распространенным элементом на планете, так что вполне логично предположить, что кислород может быть одним из доминирующих “легких элементов” в ядре. Тем не менее, новое исследование показывает, что это не так. Такой вывод имеет серьезные последствия для нашего понимания периода, когда Земля формируется путем аккреции пыли и сгустков материи. Работа ученых опубликована 24 ноября в журнале Nature.
Согласно современным моделям, внешнее ядро Земли помимо железа содержит небольшое количество так называемых легких элементов, возможно, серы, кислорода, кремния, углерода или водорода. В данном исследовании Уингвей Фэй (Yingwei Fei), из Геофизической лаборатории Карнеги, который работал с китайскими коллегами, предоставляет новые экспериментальные данные, которые сужают список легких элементов, присутствующих во внешнем ядре Земли.
С увеличением глубины Земли, также увеличиваются давление и температура. В результате, материалы ведут себя по иному, чем на поверхности. В центре Земли находятся жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее ядро. Легкие элементы, как полагают, играют важную роль в конвекции жидкого внешнего ядра, которое генерирует магнитное поле Земли.
Ученым известны вариации плотности и скорости звука в зависимости от глубины ядра. Эти данные получены от сейсмических наблюдений. Однако до настоящего времени было трудно измерить в лабораторных условиях предполагаемые сплавы железа при давлениях и температурах как в ядре.
Мы не можем взять образцы ядра, таким образом, мы должны узнать о нем посредством улучшенных лабораторных экспериментов, объединенных с моделированием и сейсмическими данными.
Высокоскоростное воздействие может генерировать ударные волны, которые повышают одновременно температуру и давление материалов, что приводит к плавлению материалов при тех же давлениях, что и во внешнем ядре. Команда провела ударно-волновые эксперименты на основных материалах, смеси железа, серы и кислорода. Они привели эти материалы в жидкое состояние и измерили их плотность и скорость звука, проходящего через них, в условиях непосредственно сопоставимых с жидким внешнем ядром.
Сравнив свои данные с наблюдениями, ученые приходят к выводу, что кислород не может быть основным легким элементом, входящим в состав внешнего ядра Земли, потому что эксперименты на богатом кислородом материале не совпадают с геофизическими наблюдениями. Этот вывод поддерживает последние модели видоизменения ядра ранней Земли в условиях “пониженной” (менее окисленной) среды, ведущей ядро к “кислородной недостаточности”.
Фэй поделился перспективами своих наработок:
Дальнейшие исследования должны быть направлены на проверку возможного присутствия во внешнем ядре таких элементов, как кремний.
Источник: Carnegie Institution