Эволюция Земли — это история её остывания.
4,5 миллиарда лет назад поверхность молодой планеты была покрыта глубоким океаном магмы, и на ней царили экстремальные температуры. За миллионы лет поверхность планеты остыла, образовав относительно хрупкую кору.
Однако огромная тепловая энергия, запасённая в недрах Земли, продолжает отвечать за такие геологические процессы, как конвекция в мантии, тектоника плит и вулканизм.
Что точно известно учёным: остывание продолжается. Однако до сих пор остаются без ответа вопросы о том, насколько быстро остывает Земля и сколько времени может потребоваться, чтобы это продолжающееся охлаждение остановило вышеупомянутые тепловые процессы и изменило жизнь на планете.
По крайней мере отчасти этот процесс определяется теплопроводностью минералов, образующих границу между ядром Земли и мантией.
Исследователи из Высшей технической школы (ETH) в Цюрихе провели лабораторный эксперимент, показавший, насколько хорошо минерал бриджманит, в изобилии присутствующий на границе между ядром Земли и мантией, проводит тепло.
Это привело учёных к выводу, что тепло Земли может рассеяться даже раньше, чем считалось до этого.
Этот пограничный слой имеет большое значение, поскольку именно здесь вязкая порода мантии Земли находится в непосредственном контакте с горячим железоникелевым расплавом внешней части ядра планеты.
Разница температур между двумя этими слоями очень велика, поэтому здесь происходит активный отток тепла.
Пограничный слой образован в основном минералом бриджманитом. Однако исследователи затрудняются оценить, сколько тепла этот минерал проводит от ядра Земли в мантию, потому что сложно как-либо проверить это в ходе эксперимента.
Теперь профессор ETH Мотохико Мураками (Motohiko Murakami) и его коллеги из Института Карнеги в США разработали сложную систему, которая позволяет им измерять теплопроводность бриджманита в лаборатории в условиях давления и температур, которые преобладают в глубинах Земли.
Для измерений учёные использовали разработанную ранее систему оптического поглощения в алмазной ячейке, нагреваемой импульсным лазером. Внутрь алмазной ячейки помещался кристалл бриджманита.
Эта измерительная система позволила исследователям выяснить, что теплопроводность бриджманита примерно в полтора раза выше, чем предполагалось.
Это говорит о том, что поток тепла из ядра в мантию также выше, чем считалось ранее. Больший тепловой поток, в свою очередь, увеличивает мантийную конвекцию и ускоряет охлаждение Земли.
Это может привести к тому, что тектоника плит, которая поддерживается конвективными перемещениями мантии, будет замедляться быстрее, чем ожидали исследователи, основываясь на предыдущих значениях теплопроводности.
Мураками и его коллеги также показали, что более быстрое охлаждение мантии изменит стабильные минеральные фазы на границе ядра и мантии.
Поясним, что при охлаждении бриджманит превращается в минерал постперовскит. Но как только постперовскит появится и начнёт преобладать на границе ядра и мантии, охлаждение мантии может ускориться ещё больше, поскольку этот минерал проводит тепло даже более эффективно, чем бриджманит.
"Наши результаты могут дать нам новый взгляд на эволюцию Земли. Они предполагают, что Земля, как и другие планеты земной группы – Меркурий и Марс, остывает и становится неактивной гораздо быстрее, чем ожидалось", – объясняет Мураками.
Однако он не может сказать, сколько времени потребуется, например, для прекращения конвекционных течений в мантии.
Учёные до сих пор недостаточно знают о таких процессах, чтобы точно определить для них временные рамки. Для этого необходимо сначала лучше понять, как работает мантийная конвекция в пространстве и времени. А для этого пока не хватает инструментов и методов.
Кроме того, учёным необходимо выяснить, как распад радиоактивных элементов в недрах Земли — один из основных источников тепла — влияет на динамику мантии.
Работа международной группы учёных была опубликована в издании Earth and Planetary Science Letters.
Напомним, ранее мы рассказывали о том, как внутреннюю структуру нашей планеты изучают с помощью "погодных бомб", а также о крупнейшем в истории Земли излиянии магмы.
Также мы писали о том, что когда-то давно наша планета наклонилась набок и возвращалась в исходное положение целых пять миллионов лет. Сообщали мы и о том, что извержения вулканов и подъём океана следуют особому циклу.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
