Тайны ядра Земли раскрыты: углерод сыграл решающую роль – вот что выяснили ученые

Формирование внутреннего ядра Земли остаётся одной из самых загадочных тем геологии. Недавнее исследование британских учёных, опубликованное в журнале Nature, предложило новое объяснение того, как миллионы лет назад начался процесс кристаллизации в недрах планеты.

Старые и новые гипотезы

Ранее считалось, что затвердевание железа во внутреннем ядре началось, когда температура опустилась до точки плавления. Но современные модели показали: процесс мог запуститься лишь при переохлаждении — температура должна была стать ниже точки плавления.

Если бы ядро состояло из чистого железа, для этого потребовалось бы охлаждение на 800-1000 °C. Такой сценарий означал бы слишком быстрый рост ядра и потерю магнитного поля Земли. Однако этого не произошло, что заставило учёных искать новое объяснение.

Роль лёгких элементов

Команда исследователей провела компьютерное моделирование на атомарном уровне. Выяснилось, что решающим фактором стали лёгкие примеси: кремний, сера, кислород и особенно углерод.

При содержании углерода в ядре на уровне 2,4% необходимо было переохлаждение примерно на 420 °C — слишком много. Но при концентрации 3,8% процесс начинался уже при снижении на 266 °C, что полностью согласуется с современными данными о внутреннем ядре.

"Каждый из этих элементов встречается в мантии, поэтому в ходе истории Земли они могли попасть в ядро. Это объясняет, почему ядро менее плотное, чем должно быть, если бы оно состояло из чистого железа, и почему процесс кристаллизации мог запуститься без значительного переохлаждения", — пояснил доцент Оксфордского университета Эндрю Уокер.

Оказалось, что кремний и сера скорее тормозят образование кристаллов, а углерод, напротив, ускоряет этот процесс.

Значение открытия

Таким образом, углерод мог сыграть ключевую роль в формировании твёрдого ядра и сохранении магнитного поля Земли, которое защищает нашу планету от солнечного ветра и радиации.

"Поразительно видеть, как процессы, протекающие на атомном уровне, определяют структуру и динамику нашей планеты. Изучая происхождение внутреннего ядра, мы получаем уникальный взгляд на химию области, до которой никогда не сможем добраться напрямую", — отметил ведущий автор исследования, доктор Альфред Вилсон из Университета Лидса.

Именно магнитное поле сделало Землю пригодной для жизни: без него атмосфера могла бы быть разорвана солнечной активностью, а поверхность планеты — подвергнута постоянному облучению.

Три интересных факта

1. Магнитное поле Земли формируется в жидком внешнем ядре благодаря движению расплавленного железа — этот процесс называют геодинамо.
2. Внутреннее ядро растёт со скоростью около 1 мм в год, и сейчас его радиус достигает примерно 1220 км.
3. Несмотря на огромную температуру (более 5000 °C), внутреннее ядро твёрдое из-за колоссального давления, которое превышает в 3,5 млн раз атмосферное.