Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Экспедиция «9 Легенд Русского Севера»
Наука

Что известно о возрасте ядра Земли: новое исследование

Михаил Сысоев
25 августа 2020
_-.jpg
Фото: Argonne National Laboratory / flickr.com
Ученые сумели сузить значение возраста ядра Земли, проведя лабораторный эксперимент с экстремальными условиями.

В какой-то момент 4,5-миллиардной истории Земли ее полностью жидкое железное ядро ​​охладилось настолько, что в центре образовался твердый шар. Сегодня ядро ​​нашей планеты состоит из твердого внутреннего ядра из железа и никеля, окруженного внешним ядром из расплавленного железа, но точно определить, когда произошло это изменение, оказалось довольно сложно.

Оценки ученых варьировались от 4,5 миллиарда лет до 565 миллионов лет; теперь новое исследование сузило эти цифры. Согласно данным, полученным в лабораторных экспериментах, которые создают условия, приближенные к условиям ядра планеты, возраст внутреннего ядра должен быть где-то между 1 миллиардом и 1,3 миллиардами лет.

В свою очередь, это помогает нам сузить возраст геодинамо, которое питает магнитное поле вокруг Земли. Это магнитное поле способствует созданию условий, благоприятных для жизни в том виде, в котором мы ее знаем, защищая атмосферу планеты от солнечного ветра. 

«Людям действительно интересно узнать о происхождении геодинамо, силе магнитного поля, потому что все это способствует обитаемости планеты», — Цзнюньфу Линь, соавтор исследования из Техасского университета в Остине.

Геодинамо — одна из моделей, претендующая на объяснение магнитного поля планет. Модель представляет собой жидкий шар, с горячим, твердым, тепловыделяющим металлическим ядром, которое вращается в восточном направлении. Магнитное поле возникает в результате переноса веществом вмороженных магнитных линий и в результате конвекции.

Эта конвекция приводится в действие двумя механизмами: колебаниями температуры, которые могут происходить в полностью жидком ядре и композиционной конвекцией, при которой более легкие элементы, высвобождаемые на внутренней границе ядра, поднимаются через жидкое внешнее ядро, создавая движение.

В обоих случаях эта проводящая жидкость создает электрические токи, которые заряжают сердечник, по сути превращая его в гигантский электромагнит и создавая магнитное поле. В настоящее время в ядре Земли присутствуют оба типа конвекции, в равной степени способствующие геодинамо.

Но до кристаллизации твердого ядра в глубинах Земли была возможна только тепловая конвекция. Она могла генерировать геодинамо, но для того, чтобы поддерживать его в течение миллиардов лет, как это требуется для более молодых оценок возраста внутреннего ядра, железо должно было быть очень горячим — что нереально.

Чтобы доказать это, исследователи провели лабораторные эксперименты, изучив тепло- и электропроводящие свойства железа при огромной температуре (3000 кельвинов) и давлении, существующем во внутреннем ядре нашей планеты — вплоть до 170 ГПа, что в миллион раз больше, чем атмосферное давление.

Когда ученые измерили проводимость в образце, было обнаружено, что она на 30-50 процентов ниже, чем требуется для оценки возраста внутреннего ядра в 565 миллионов лет. Следовательно, исследователи могут установить верхний предел теплопроводности жидкого железа в условиях ядра, что, в свою очередь, устанавливает верхний предел того, сколько тепла может быть проведено и удержано.

Данные команды точно соответствует изменению магнитного поля Земли. Расположение магнитных материалов в породах, датируемых 1-1,5 миллиардами лет назад, показывает, что примерно в это время произошло увеличение напряженности магнитного поля. Такое изменение следовало бы ожидать во время кристаллизации внутреннего ядра.

Однако подобное увеличение наблюдалось и 565 миллионов лет назад. Если внутреннее ядро ​​кристаллизовалось раньше, это означает, что природа события 565 млн лет назад нам все еще неизвестна.

«Чтобы разрешить это несоответствие, необходимы дальнейшие исследования физики минералов, геодинамики и палеомагнетизма», — пишут исследователи.

Узнайте, как Земля потеряла 28 триллионов тонн льда за 23 года.

рекомендации
Telegram

А вы знаете, что у нас есть канал в Телеграме? Подписывайтесь!

Замок

Недикий Запад: путешествие по русской Прибалтике

Вопросительный знак, вопрос

Как могли бы выглядеть объекты всемирного наследия ЮНЕСКО, если бы их восстановили