Земное ядро оказалось многослойным, как луковица: это открытие меняет всё, что мы знали о планете

Глубоко под поверхностью Земли, где давление и температура достигают экстремальных значений, учёные находят новые признаки того, что внутреннее ядро нашей планеты не является однородным. Его структура, по последним данным, может напоминать слоёный лук — каждый уровень отличается химическим составом и физическими свойствами. Об этом сообщает издание Earth.com.

Тайны земных недр: как устроено внутреннее ядро

Внутреннее ядро расположено на глубине около 5100 километров от поверхности. Оно состоит в основном из железа, окружённого жидким внешним слоем. Исследователи давно замечали, что сейсмические волны, проходящие через эту область, ведут себя неодинаково: вдоль оси вращения планеты они движутся быстрее, чем в других направлениях. Это явление известно как сейсмическая анизотропия, и именно оно наводит учёных на мысль о сложной структуре ядра.

Чтобы разобраться, почему волны изменяют скорость, команда под руководством профессора Кармен Санчес-Валье из Мюнстерского университета провела серию уникальных экспериментов на синхротроне PETRA III в Германии. Исследователи создали миниатюрные образцы железных сплавов, добавив в них кремний и углерод — элементы, которые, по предположению, присутствуют внутри ядра. Это направление исследований близко к работам, где ранее были обнаружены следы утечки вещества из ядра Земли.

"Мы смогли расшифровать структуру сплавов при экстремальных условиях, используя рентгеновскую дифракцию, перпендикулярную оси сжатия", — отметил первый автор исследования доктор Ефим Колесников.

Опыт под давлением: как воспроизводят условия ядра

Чтобы имитировать давление в миллионы атмосфер, применялось устройство под названием алмазная наковальня. Между двумя алмазами образцы металла подвергались колоссальному сжатию и нагреву до 820 °C. При этом рентгеновские лучи позволяли наблюдать за тем, как микроскопические кристаллы выстраиваются в определённом порядке. Получившиеся структуры помогли определить, как металл реагирует на нагрузку и каким образом деформация влияет на прохождение звуковых волн.

Результаты показали: добавление лёгких элементов, таких как кремний и углерод, делает железо более "чувствительным" к направлению давления и усиливает анизотропию. Это объясняет, почему волны землетрясений внутри ядра движутся по-разному в зависимости от направления.

Луковая структура ядра: химические различия по глубине

Учёные пришли к выводу, что внутреннее ядро Земли имеет многоуровневую химическую структуру. В верхних слоях содержится больше лёгких элементов, а в глубине преобладает чистое железо. Такая дифференциация, вероятно, сформировалась не сразу, а в течение миллиардов лет постепенного затвердевания планетного центра. Похожие закономерности выявлены и в других геологических исследованиях — например, при анализе скрытых слоёв породы под Бермудскими островами .

"Было несколько гипотез о происхождении этих анизотропий. Теперь химическое наслоение выглядит наиболее убедительным объяснением", — сказала профессор Санчес-Валье.

Это "луковое" строение может влиять не только на прохождение сейсмических волн, но и на то, как тепло передаётся из ядра в мантию. Различия в составе слоёв способны определять скорость охлаждения и продолжительность существования магнитного поля планеты.

Популярные вопросы о внутреннем ядре Земли

Почему ядро Земли твердое, если там высокие температуры?
Из-за колоссального давления атомы железа и никеля не могут свободно двигаться, несмотря на температуру, поэтому металл остаётся в твёрдом состоянии.

Что означает "сейсмическая анизотропия"?
Это разница скоростей распространения сейсмических волн в разных направлениях, вызванная неоднородностью внутренней структуры планеты.

Как исследования ядра связаны с магнитным полем Земли?
Изучение состава ядра помогает понять, как движется расплавленное железо во внешнем слое и каким образом оно генерирует магнитное поле, защищающее Землю от солнечного ветра.