Що містить ядро ​​Землі?

(Газета Dan Tri) - Тверде ядро ​​Землі складається не лише із заліза, але й містить вуглець, кисень і кремній. Це відкриття відкриває шлях до розгадки багатовікових таємниць про те, як ядро ​​формує та підтримує своє магнітне поле, яке захищає життя.

Ядро Землі не може складатися лише з заліза; схоже, що воно також містить вуглець. Нове дослідження показало, що воно також містить кисень і кремній (фото: Getty Images).

Багате на залізо ядро ​​в центрі Землі відіграє вирішальну роль в еволюції планети. Воно не лише живить магнітне поле — щит, що захищає атмосферу та океани від сонячної радіації, — але й керує тектонікою плит, постійно змінюючи форму континентів.

Незважаючи на свою важливість, багато фундаментальних властивостей ядра залишаються загадкою: наскільки воно насправді гаряче, з чого воно складається і коли починає замерзати? Нещодавнє відкриття наблизило вчених до відповіді на всі три питання.

За оцінками, температура внутрішнього ядра становить близько 5000 Кельвінів (4727°C). Спочатку ядро ​​знаходиться в рідкому стані, але з часом поступово охолоджується, кристалізуючись у тверду речовину та розширюючись назовні. Це виділення тепла створює тектонічні плитоподібні потоки.

Охолодження також є джерелом магнітного поля Землі. Значна частина сучасної магнітної енергії підтримується замерзанням рідкого зовнішнього ядра, яке живить тверде ядро ​​в його центрі.

Однак, оскільки прямий доступ неможливий, вчені змушені покладатися на оцінки, щоб зрозуміти механізми охолодження та властивості ядра. Щоб з'ясувати це, найважливішим фактором є визначення його точки плавлення.

Завдяки сейсмології – науці, яка вивчає хвилі землетрусів – ми точно знаємо, де пролягає межа між твердим і рідким ядрами. Температура на цій межі також є точкою плавлення, початковою точкою замерзання.

Тому, якби точку плавлення можна було точно визначити, люди отримали б краще розуміння справжньої температури ядра та його внутрішнього хімічного складу.

Таємнича хімія

Існує два основних підходи до розуміння складу ядра Землі: вивчення метеоритів та аналіз сейсмічних даних.

Метеорити вважаються «залишками» планет, які ще не сформувалися, або фрагментами ядер планет, які вже були зруйновані. Їхній хімічний склад свідчить про те, що ядро ​​Землі складається переважно із заліза та нікелю, можливо, з кількома відсотками кремнію або сірки. Однак ці дані є лише попередніми та недостатньо детальними, щоб остаточно щось підтвердити.

Тим часом сейсмологія пропонує набагато конкретніший погляд. Сейсмічні хвилі від землетрусів, поширюючись крізь Землю, змінюють швидкість залежно від типу матеріалу, через який вони проходять. Порівнюючи час, необхідний хвилям, щоб досягти станцій моніторингу, з експериментальними результатами щодо швидкості передачі в мінералах і металах, вчені можуть створювати моделі внутрішньої структури планети.

Результати показують, що ядро ​​Землі приблизно на 10% легше за чисте залізо. Примітно, що зовнішнє ядро, яке перебуває в рідкому стані, щільніше за внутрішнє, що можна пояснити лише наявністю деяких сторонніх елементів.

Однак, навіть після звуження кола можливого складу, проблема залишається невирішеною. Різні сценарії призводять до температур плавлення, які відрізняються на сотні градусів Цельсія, що ускладнює точне визначення властивостей ядра.

Нове обмеження

У новому дослідженні вчені використали мінералогію, щоб зрозуміти, як ядро ​​Землі почало замерзати — більш специфічний підхід, ніж метеорологія та сейсмологія.

Моделювання показує, що коли атоми в рідкому металі кристалізуються у тверді речовини, кожен сплав потребує різного рівня «переохолодження», тобто зниження температури нижче точки плавлення. Чим сильніший цей процес, тим легше рідина замерзає.

Наприклад, вода в морозильній камері може залишатися надзвичайно холодною при температурі -5°C протягом кількох годин, перш ніж замерзнути, тоді як крапля води в хмарі перетворюється на град лише за кілька хвилин при температурі -30°C.

Розрахунки показують, що максимальна температура переохолодження ядра приблизно на 420°C нижче точки плавлення. Якщо цю температуру перевищити, внутрішнє ядро ​​буде надзвичайно великим порівняно із сейсмічними даними. Тим часом, для кристалізації чистого заліза потрібна температура 1000°C, що неможливо, оскільки до того часу все ядро ​​вже затверділо б.

Додавання кремнію або сірки не допомагає; це може навіть вимагати додаткового переохолодження активної зони.

Тільки якщо врахувати вуглець, картина стає зрозумілою. Якщо 2,4% маси ядра становить вуглець, для заморожування внутрішнього ядра потрібно приблизно 420°C; з 3,8% вуглецю ця температура падає до 266°C. Набагато правдоподібніша цифра. Це перше свідчення того, що вуглець відіграє вирішальну роль у процесі кристалізації ядра.

Однак ядро ​​не могло складатися виключно із заліза та вуглецю, оскільки сейсмічні дані свідчать про наявність принаймні ще одного елемента. Дослідження припускають можливість того, що ядро ​​також містить кисень або навіть кремній.

Джерело: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm