Недавнее исследование выявило новый, четко выраженный пятый слой Земли глубоко внутри ядра, что может помочь в изучении эволюции магнитного поля Земли.
В прежние времена существовало только четыре слоя Земли: кора, мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее ядро. Теперь ученые обнаружили новый отдельный слой во внутреннем ядре нашей планеты, который может помочь в изучении эволюции магнитного поля Земли.
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе, пара сейсмологов из Австралийского национального университета зафиксировала новые свидетельства существования в центре внутреннего ядра Земли сплошного металлического шара толщиной 400 миль - как самая маленькая фигурка из массивного планетарного набора русской матрешки. Новый слой состоит из железо-никелевого сплава, как и другие части ядра. Но он имеет другую кристаллическую структуру, из-за которой ударные волны от землетрясений проходят через него с другой скоростью, чем через окружающее ядро, говорится в исследовании.
"Очевидно, что внутреннее ядро чем-то отличается от внешнего слоя", - сказал Тан Сон Фам, ведущий автор исследования. Мы думаем, что способ [упаковки] атомов в этих двух регионах немного отличается".
Исследователи изучают внутреннее ядро, чтобы лучше понять магнитное поле Земли, которое защищает нас от вредного излучения в космосе и помогает сделать возможной жизнь на нашей родной планете. Геофизики предполагают, что внутреннее ядро могло сформироваться менее миллиарда лет назад, что относительно молодо по геологической шкале времени. Авторы исследования объясняют, что внутреннее ядро растет наружу за счет застывания материалов из жидкого внешнего ядра, выделяя тепло и создавая конвекционные потоки. Эта конвекция создает магнитное поле Земли.
Внутреннее ядро, открытое в 1936 году датским сейсмологом Инге Леманн, составляет менее 1 процента от объема Земли (центр Земли расположен примерно в 4 000 милях под поверхностью). Однако его удаленность под поверхностью и малые размеры затрудняют ученым проведение прямых измерений, поэтому вместо этого они изучают ударные волны, возникающие при землетрясениях.
Когда происходит сильное землетрясение, возникающие ударные волны, или сейсмические волны, могут скакать взад и вперед от одной стороны Земли к другой, как мячик для пинг-понга, говорит Фам. Сейсмические волны проходят с разной скоростью через различные слои Земли в зависимости от ее плотности, температуры и состава. Подобно рентгенологу, изучающему внутренние органы пациента, ученые используют приборы, известные как сейсмометры, по всему миру, чтобы измерить эти колебания и узнать о внутреннем устройстве нашей Земли.
Двадцать лет назад исследователи использовали данные сейсмографа и предположили существование пятого слоя. С тех пор, по словам Фама, доказательства существования самого внутреннего ядра "со временем укреплялись благодаря все большему количеству данных". Но его новое исследование идет дальше, анализируя беспрецедентные данные сейсмографов.
"Прорыв в этом исследовании заключается в том, что мы нашли новый способ отбора проб в самом центре внутреннего ядра Земли", - сказал Фам. По его словам, у команды есть еще больше доказательств того, что "самое внутреннее ядро действительно существует".
В новом исследовании команда наблюдала несколько землетрясений, пересекающих диаметр Земли - иногда до пяти раз - то, что исследователи не регистрировали "за всю историю сейсмологии", сказал Фам, отметив, что предыдущие исследования зафиксировали только один отскок. Они обнаружили, что сейсмические волны проходят через самое внутреннее ядро с разной скоростью, чем через окружающее ядро, в зависимости от направления волны.
В частности, волны, проходящие через самое внутреннее внутреннее ядро, замедлялись при приближении под косым углом к экватору. В то же время волны, проходящие через внешнее внутреннее ядро, замедлялись при прохождении вдоль экватора.
Фам сказал, что скорость, вероятно, отличается в зависимости от направления волны из-за физического свойства, известного как анизотропия, которое позволяет материалу обладать различными свойствами в разных направлениях. Обычно мы видим анизотропию в дереве, которое легче рубить вдоль его зерна, чем против него.
Уникальность этого внутреннего ядра тонкая и не такая резкая, как у других слоев, признал Фам. Например, если бы вы путешествовали от мантии к внешнему ядру, вы бы перешли от преимущественно твердого состояния к жидкому и испытали бы различные химические составы. Но если бы вы путешествовали от внутреннего ядра к самому внутреннему ядру, вы бы увидели переход в кристаллической структуре, но тот же самый железо-никелевый сплав.
Геофизик Джон Тардуно, который не участвовал в исследовании, сказал, что идея внутреннего ядра выдвигалась и раньше, но новые данные существенно укрепляют версию о том, что "на самом деле существует внутреннее ядро, структура которого отличается от структуры внешнего ядра".
"Само существование этого самого внутреннего ядра заставляет нас задуматься о том, как оно могло сформироваться", - сказал Тардуно, который является профессором геофизики в Университете Рочестера. Авторы исследования заявили, что формирование самого внутреннего ядра может быть свидетельством "значительного глобального события прошлого", которое привело к изменению внутреннего ядра Земли.
У Тардуно, который исследует, как могло сформироваться внутреннее ядро, есть своя идея. Согласно его исследованиям, формирование этого самого внутреннего ядра может быть связано с изменениями в тектонике плит сотни миллионов лет назад. Он предполагает, что толстые, старые плиты океанической коры опускались, пока не скопились у основания мантии, что повлияло на отток тепла из ядра. Это впоследствии изменило характер роста внутреннего ядра.
Тардуно сказал, что "новый анализ является захватывающим, потому что он подкрепляет доводы" в пользу его механизма тектоники плит.
"То, что мы можем наблюдать в этом внутреннем ядре, на самом деле является сигналом об изменении режима тектоники плит", - сказал Тардуно, опубликовавший свои результаты в прошлом году.
По словам Тардуно и Фама, изучение происхождения внутренних слоев ядра может помочь нам лучше понять, как сформировалось магнитное поле - и, как следствие, как может выжить жизнь на Земле и других планетах.
"Формирование внутреннего ядра было чрезвычайно важно для создания долговременной пригодной для жизни планеты, потому что внутреннее ядро питало магнитное поле, которое обеспечивало магнитное экранирование", - сказал Тардуно. "Без этого мы бы постепенно теряли воду с планеты".
Изучение внутреннего ядра "в свою очередь может помочь нам узнать больше о том, как другие планеты могут быть или не быть пригодными для жизни".
