Ядро Землі «лише» 1 мільярд років, на 3,5 мільярда років молодше Землі
Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Physical Review Letters, твердому внутрішньому ядру Землі "всього" 1 мільярд років. Інформація може здатися дивною, враховуючи, що вік нашої планети оцінюється в 4,5 мільярда років, повідомляє Live Science у четвер, повідомляє Agerpres.
Земля схожа на пиріг, що складається з безлічі шарів, що перекриваються - тверда кірка, гаряча в’язка мантія і серцевина, що складається з рідкої зовнішньої частини та твердої внутрішньої частини. Це тверде внутрішнє ядро повільно росте, коли розплавлене залізо на зовнішній стороні ядра охолоджується і кристалізується. Процес сприяє потужності обертального руху зовнішнього ядра рідини, яке, в свою чергу, виробляє магнітне поле, яке оточує Землю, і захищає всю біосферу від шкідливого впливу великої кількості сонячного та космічного випромінювання.
Іншими словами, тверде внутрішнє ядро Землі є надзвичайно важливим елементом цілого, але про історію цього залізного «кулі» діаметром 2442 кілометри відомо не так багато. За оцінками його вік коливався від 500 мільйонів років до понад 4 мільярдів років, майже стільки ж, скільки і сама Земля.
Цього разу дослідники натиснули крихітний шматок заліза між двома алмазами і спроектували на нього лазерні промені, щоб дійти до нових підрахунків, що вік внутрішнього ядра Землі становить від 1 до 1,3 млрд років - період збігається з різким збільшенням напруженості магнітного поля Землі.
"Земля унікальна в Сонячній системі тим, що має магнітне поле і є живою планетою", - сказала координатор дослідження Юнг-Фу Лінь, геолог з Техаського університету в Остіні. "Наші результати можна використовувати для визначення, чому інші планети Сонячної системи не мають магнітних полів".
Магнітне поле Землі живиться "геодинамікою" - динаміка багатого залізом зовнішнього ядра перетворює всю планету на величезний електромагніт. Геодинаміка відповідає за існування магнітних полюсів і магнітного щита, який захищає нас від космічного та сонячного випромінювання. За його відсутності ці частинки повільно, але впевнено руйнували б земну атмосферу.
Частково рух внутрішнього ядра забезпечується теплом - або теплом. По мірі поступового охолодження ядра Землі воно кристалізується зсередини. Цей процес кристалізації виділяє енергію, яка, в свою чергу, подає рух зовнішнього ядра в рідину (розплавлену). Ця енергія, що виділяється в процесі кристалізації (затвердіння), є композиційним джерелом енергії геодинаміки, за Ліном.
В координованому ним експерименті Лін хотів використовувати емпіричні докази для розрахунку енергії кожного з цих джерел. Знання обсягу енергії дозволяє оцінити вік внутрішнього ядра.
Щоб досягти цього, дослідники відтворили умови в ядрі в невеликому масштабі. Вони нагріли крихітний шматок заліза товщиною 6 мкм (розміром з червоні кров'яні клітини) до температури 2727 градусів Цельсія і змоделювали величезний тиск у центрі Землі, притиснувши шматок заліза між двома алмазами. Потім вони вимірювали провідність шматка заліза за цих умов.
Вимірювання провідності дозволило дослідникам розрахувати швидкість охолодження серцевини, що сприяє активному підтриманню геодинаміки. Вони виявили, що геодинаміка забирала близько 10 Вт енергії з охолодженого ядра - трохи більше п'ятої частини теплової енергії, яку Земля втрачає в космосі з поверхні (46 Вт).
Після того, як вони підрахували кількість втраченої енергії, дослідники змогли розрахувати вік внутрішнього ядра планети. Знання швидкості тепловтрат дозволило дослідникам підрахувати, скільки часу потрібно для досягнення твердої маси розміром із тверде внутрішнє ядро із внутрішнього "океану" розплавленого заліза.
Результат за 1 млрд. - 1,3 млрд. Років показує, що ядро Землі відносно молоде. Є також нижчі оцінки, наприклад, опублікована в 2016 році журналом Nature, який стверджував, що вік внутрішнього ядра складе 700 мільйонів років. Ця оцінка 2016 року була зроблена із застосуванням методу, подібного до того, який використовував Юнг-Фу Лін, але для отримання нової оцінки використовувались більш потужні інструменти для досягнення рівня температури та тиску, що генеруються в ядрі.
Крім того, аналіз древніх магнітних порід показав, що спостерігалося посилення магнітного поля Землі в період між 1 млрд. Та 1,5 млрд. Років тому, згідно з дослідженням, опублікованим у 2015 р. Також Nature. Нові результати ідеально узгоджуються з цими доказами, оскільки ця кристалізація внутрішнього ядра забезпечила "поштовх" магнітному полю, пояснює Лін.
Ще є питання про те, як тепло рухається навколо ядра Землі. На відміну від шматка заліза, використаного в експерименті, ядро Землі зроблене не просто з цього металу - воно також містить інші легші елементи, такі як вуглець, водень, кисень, кремній та сірка. Але частка цих легших елементів невідома, і з цієї причини важко припустити, як вони змінюють провідність внутрішнього ядра. Це нова тема дослідження, яку обрали Лін та його команда.
"Ми намагаємося зрозуміти, як ці легкі елементи змінюють властивості теплопровідності заліза під тиском і температурними умовами в центрі Землі", - сказав Лін.