Команда учёных провела лабораторный эксперимент высокой точности, в ходе которого определила температуру плавления железа, из которого частично состоит твёрдое внутреннее земное ядро. Используя эти данные, исследователи подсчитали температуру на границе между внутренним твёрдым и внешним жидким ядром. Оказалось, что она равна температуре на поверхности Солнца, то есть составляет около 6000 градусов Цельсия.
Такая разница имеет значение для геофизики, поскольку объясняет механизм генерации магнитного поля Земли. Ядро состоит из двух частей: внутренней твёрдой и внешней жидкой. Последняя, в свою очередь, граничит с твёрдой, но зыбкой мантией. Разница температур внутреннего твёрдого ядра и мантии должна составлять около 1500 градусов Цельсия, чтобы спровоцировать так называемое тепловое движение — причину формирования магнитного поля планеты.
Предыдущие исследования показывали, что разница температур недостаточная, и это являлось настоящим парадоксом в науке. Согласно данным на 1990 год, температура ядра должна составлять 5000 градусов Цельсия.
В новейшем эксперименте по изучению земного ядра и его температуры принимали участие исследователи из Французского национального исследовательского центра CEA, Национального центра научных исследований CNRS и европейского синхротрона ESRF.
На синхротроне использовались рентгеновские лучи, при помощи которых замеры можно сделать очень быстро. Время в данном случае играет большую роль для учёных, так как прессованные образцы железа в лаборатории обычно "живут" всего несколько секунд. Из-за этого ранее очень трудно было определить, начал ли плавиться металл или всё ещё пребывает в твёрдом состоянии.
Изучение при помощи синхротронного излучения позволяет очень точно определить, при какой температуре происходит перестраивание (плавление) кристаллической решётки железа. В синхротроне исследователи направляли рентгеновские лучи на нагретые до 3000-5000 градусов образцы железа, сжатые между двумя алмазами (таким образом создавалось давление в два миллиона атмосфер, как в недрах Земли) и наблюдали за изменением направления движения "просвечивающих" их лучей.
В момент, когда металл плавится, меняется и структура его кристаллической решётки, вследствие чего изменяется и фиксируемая приборами дифракционная картина (дифракция). Так как температура и давление также регистрируются приборами, учёным удалось очень точно определить температуру плавления образцов.
Оказалось, что железо в твёрдом земном ядре плавится при температуре 4800 градусов Цельсия и давлении, в 2,2 раза превышающем давление на поверхности Земли. Таким образом, учёные заключили, что температура на границе внутреннего и внешнего ядра должна составлять 6000 градусов Цельсия, а давление — около 3,3 миллиона атмосфер. По словам соавтора исследования Агнес Деваль (Agnes Dewaele), теперь всё сходится.
Результаты исследования геофизиков были опубликованы в журнале Science.
Также по теме:
На Европейском синхротроне смоделируют ядро Земли
Суперземли могут обладать необычным защитным магнитным полем
Найдены следы недавней геологической активности Луны
Земля приобретает форму тыквы, считают учёные
Британские учёные выяснят, из чего состоит Земля
