• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10.02.2022
Сергей Васильев
5 606

Внутреннее ядро Земли может быть суперионным

5.3

Возможно, самые глубокие недра нашей планеты находятся одновременно в жидкой и твердой фазах: тяжелые элементы образуют кристаллическую решетку, а легкие свободно текут между ними.

©Michael Vincent, University of Illinois at Urbana-Champaign / Автор: Сергей Данилов

Многие загадки, связанные с внутренним ядром Земли, могут быть связаны с тем, что оно находится в особой суперионной фазе. Тяжелые железо и никель остаются твердыми, а легкие элементы более или менее свободно движутся по их кристаллической решетке, меняя характер проходящих сквозь них сейсмических волн. Такую картину подтвердили авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature.

Еще со школы мы помним, что наша планета состоит из тонкой коры, под которой находится мантия, окружающая ядро. Ядро сложено из железа и никеля и разделяется на жидкое внешнее и твердое внутреннее. Эти знания получены косвенными способами: самые глубокие скважины не достигают и мантии, а тем более ядра. Его строение геологи изучают с помощью лабораторных экспериментов, моделирования и, конечно, сейсмических волн. Проходя сквозь вещество с разными свойствами, они меняют скорость и другие характеристики, позволяя «просвечивать» планету насквозь, словно рентгеном.

Подобные работы показали, что внутреннее ядро Земли не так плотно, как можно было ожидать от железа и никеля при огромной температуре (5400 °C) и давлении (около 350 гигапаскалей). По-видимому, оно содержит немалую примесь более легких элементов. В их числе могут быть кремний, сера, углерод, кислород и водород, но какие именно, в каких количествах и форме присутствуют там, неясно. В любом случае их наличие влияет не только на плотность, но и на температуру плавления, теплопроводность ядра, характер прохождения через него сейсмических колебаний.

Как показывают измерения сейсмографов, движение сквозь внутреннее ядро замедляет распространение поперечных S-волн, которые колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению их распространения. Ни чистое железо, ни железо-никель в разных комбинациях так вести себя не должны.

Поэтому в 2021 году Джон Бродхольт (John Brodholt) и его коллеги связали эту особенность с тем, что внутреннее ядро находится в «суперионном» состоянии, подобно воде в форме льда XVIII. В нем ионы кислорода образуют кристаллическую решетку, как в твердой фазе, а ионы водорода подвижно текут между ними, как в жидкости.

Сходно может быть устроено внутреннее ядро: тяжелые ионы железа и никеля находятся в твердой фазе, а частицы легких элементов движутся сравнительно свободно. Такую картину подтвердила новая работа Юя Хэ (Yu He) и его коллег из Китайской академии наук.

Ученые смоделировали поведение структуры из 64 атомов, включая никель, железо и набор легких элементов, при температуре и давлении, которые считаются характерными для внутреннего ядра. И хотя они использовали другую комбинацию легких элементов, нежели Бродхольт с соавторами, удалось вновь получить суперионное состояние вещества, в котором свободное движение легких ионов вызывает замедление S-волн.

Это может объяснить еще одну особенность внутреннего ядра — тот факт, что его влияние на сейсмические колебания меняется со временем. По одному из предположений, это может быть связано с тем, что скорость его вращения отличается от общей скорости вращения планеты. Но если внутреннее ядро действительно находится в суперионном состоянии, то к тем же результатам может приводить просто постоянное течение жидкой фазы в нем.

Существует и другая загадка сейсмических колебаний, проходящих сквозь внутреннее ядро: в направлении от полюса к полюсу они перемещаются быстрее, чем в экваториальной плоскости. По мнению Юя Хэ и его коллег, это, вероятно, связано с неравномерным распределением легких «жидких» элементов. Если они сконцентрированы в основном ближе к самому центру планеты и образуют там уплощенную с полюсов сферу, то могут приводить к анизотропному распространению сейсмических волн. Но как и почему эта жидкость собирается в такую «линзу», неизвестно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Вчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

9 часов назад
Алиса Гаджиева

Во время раскопок на юге Турции археологи обнаружили глиняную табличку с хорошо читаемой аккадской клинописью. Когда ее расшифровали, оказалось, что это важные хозяйственные записи, сделанные 3500 лет назад.

Вчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Вчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно