Учёные приблизились к разгадке того, из чего на самом деле состоит ядро Земли

Исследователи из Лидсского университета в Великобритании пришли к выводу, что ключевую роль в формировании твердого внутреннего ядра Земли мог сыграть углерод. Это открытие значительно сужает круг возможных химических веществ, которые могут входить в состав внутренней оболочки планеты.

Ядро Земли, состоящее в основном из железа и никеля, играет важнейшую роль в жизни планеты. Оно генерирует магнитное поле, защищающее живые организмы на поверхности от солнечной радиации, и влияет на тектонику плит. Однако прямое изучение ядра невозможно, поэтому учёные полагаются на косвенные методы: анализ метеоритов и сейсмологию. Эти методы показывают, что ядро на 10% менее плотное, чем чистое железо, и должно содержать лёгкие элементы, но какие именно — оставалось неясным.

Новое исследование использовало подход из области физики минералов, сосредоточившись на процессе замерзания — кристаллизации — ядра. Чтобы жидкость начала превращаться в твердое тело, её часто необходимо «переохладить» — то есть остудить ниже температуры плавления. Разные сплавы требуют разной степени переохлаждения. Ученые смоделировали этот процесс для ядра Земли.

Расчёты показали, что ядро из чистого железа потребовало бы для начала кристаллизации невозможного переохлаждения в 1000°C. Добавление кремния или серы, которые считались вероятными кандидатами, только усугубляет проблему. Однако моделирование с добавлением углерода дало совершенно иные результаты.

Оказалось, что если бы в составе ядра было всего 2,4% углерода, для запуска процесса замерзания потребовалось бы переохлаждение примерно на 420°C. А при содержании 3,8% углерода — всего на 266°C, что является гораздо более правдоподобным сценарием. Это впервые демонстрирует возможный механизм начала кристаллизации внутреннего ядра Земли.

Таким образом, открытие значительно сужает список возможных «ингредиентов» ядра. Но одного углерода недостаточно для объяснения всех сейсмических данных — требуется еще как минимум один легкий элемент. Тем не менее, исследование показывает, что многие ранее рассматривавшиеся комбинации элементов просто не позволили бы твёрдому ядру сформироваться. Наиболее вероятным теперь считается состав, включающий железо, никель, углерод, а также некоторое количество кислорода и, возможно, кремния.