Земное ядро оказалось гораздо мягче, чем предполагалось

Недавно ученые обнаружили, что внутреннее ядро Земли, которое долгое время считалось неподвижным шаром из твердого металла, может быть гораздо менее твердым. Новое исследование предполагает, что эта удивительная мягкость может быть вызвана гиперактивными атомами, которые перемещаются внутри своей молекулярной структуры.

Внутреннее ядро представляет собой массивный сферический кусок металла, преимущественно железа, длиной примерно 1220 километров и датируется по меньшей мере 1 миллиардом лет. Внутреннее ядро окружено внешним ядром — морем циркулирующих жидких металлов, — которое, в свою очередь, окружено массивным слоем расплавленной породы, известной как мантия, которая находится чуть ниже твердой коры, на которой мы живем.

Давление в сердце нашей планеты огромно, поэтому эксперты изначально полагали, что ядро должно быть полностью твердым и что атомы железа внутри него, которые расположены в массивной гексагональной решетке, должны постоянно удерживаться на месте.

Но в 2021 году сейсмические волны от землетрясений показали много несоответствий этой теории. Последующие исследования показали, что это может быть вызвано завихрениями жидкого железа, попавшего в ловушку внутри ядра, или что ядро существует в "суперионном состоянии", когда атомы других элементов, таких как углерод и водород, постоянно плещутся через массивную решетку атомов железа в ядре.

Новое исследование, опубликованное 2 октября в журнале Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, дает альтернативное объяснение тому, что происходит во внутреннем ядре.

Исследователи воссоздали сильное давление внутри внутреннего ядра в лаборатории и наблюдали, как атомы железа вели себя в этих условиях. Затем ученые ввели эти данные в программу компьютерного обучения для создания смоделированного виртуального ядра, которое они назвали "суперячейкой". Используя суперячейку, команда смогла увидеть, как атомы железа перемещаются внутри их предположительно жесткой структуры.

Результаты показывают, что атомы внутри ядра могут "двигаться гораздо сильнее, чем мы когда-либо представляли", - говорится в заявлении соавтора исследования Юнг-Фу Лин, геофизика из Техасского университета в Остине.

Моделирование суперячеек показывает, что некоторые из этих атомов могут перемещаться группами, занимая другие позиции в решетке без ущерба для ее общей формы — вроде того, как гости на ужине меняются местами за столом, не добавляя и не убирая стулья, пишут исследователи в заявлении. Этот тип движения известен как "коллективное движение".

"Это усиленное движение делает внутреннее ядро менее жестким, - говорит Лин. - Это может объяснить, почему внутреннее ядро удивительно мягкое".

Исследователи полагают, что новое открытие может также по-новому взглянуть на другие тайны внутреннего ядра, например, на то, как оно помогает генерировать магнитное поле Земли.