Екип от Оксфордския университет, университета в Лийдс и Лондонския университетски колеж разкри нови данни за химичния състав на земното ядро.

Учените смятат, че са успели да разгадаят как „сърцето“ на нашата планета е кристализирало преди милиони години, пише SciTechDaily.

Резултатите от изследването показват, че за да започне кристализацията, ядрото на нашата планета трябва да съдържа около 3,8% въглерод.

Това предполага, че въглеродът в ядрото може да е повече, отколкото се смяташе досега.

А също така показва, че той е изиграл ключова роля в процеса на втвърдяване.

Формиране на вътрешното ядро на Земята

Известно е, че в центъра на Земята се намира вътрешното ядро. Плътна, богата на желязо твърда маса. Тя продължава да расте, докато заобикалящото я разтопено външно ядро постепенно се охлажда и втвърдява.

Как точно е започнал този процес беше предмет на научни спорове дълго време.

Формирането на вътрешното ядро не е просто въпрос на достигане на определена температура на замръзване.

Кристализацията до голяма степен зависи и от химичния състав. Разтопеното желязо, подобно на водните капки в облаците, трябва да се преохлади, преди да настъпи втвърдяване.

Според по-ранни модели, за замръзването на чисто желязно ядро е необходимо преохлаждане от 800 до 1000 °C.

Резултатите от симулациите показват, че ако ядрото на Земята се беше охладило толкова силно, вътрешното ядро би нараснало до нереални размери. А магнитното поле на Земята би се сринало.

Нито един от тези резултати не съответства на историята на Земята.

Затова учените предполагат, че ядрото се е охладило най-много с около 250 °C под точката на топене.

Моделиране на земните недра

Целта на експертите е била да разберат как вътрешното ядро съществува във вида, в който го наблюдаваме днес.

Изследователският екип е трябвало да разчита на компютърни симулации на процеса на замръзване.

Проучено е било присъствието на други елементи, включително силиций, сяра, кислород и въглерод. Както и как те могат да повлияят на процеса на втвърдяване.

Всеки от тези елементи присъства в горната мантия, което означава, че е могъл да се разтвори в ядрото през вековете.

Химическият състав на вътрешното ядро на Земята може да обясни защо нашата планета има твърдо вътрешно ядро с относително малко преохлаждане на такава дълбочина. В това вярват авторите на изследването.

Присъствието на един или повече от тези елементи може също да обясни защо ядрото е по-малко плътно от чистото желязо. Ключово наблюдение от сеизмологията.

Учените са използвали компютърни симулации в атомен мащаб на около 100 000 атома при преохладени температури и налягания, еквивалентни на тези във вътрешното ядро.

Екипът е проследил и колко често от течността се образуват малки кристалоподобни струпвания на атоми.

Тези „ядрени зародиши“ са първите стъпки към замръзването.

Резултатите са Изненадващи: силицият и сярата, елементи, за които често се смята, че присъстват в ядрото, всъщност забавят процеса на замръзване.

С други думи, за да започне формирането на вътрешното ядро, би било необходимо по-голямо преохлаждане, ако тези елементи бяха в изобилие в тази част на Земята.

Учените са открили, че въглеродът вероятно е допринесъл за ускоряване на замръзването в симулациите.

За замръзването на вътрешното ядро, ако 2,4% от масата му се състои от въглерод, ще е необходимо преохлаждане от около 420 °C. Това е все още е твърде много, но е най-близо до реалистичен резултат.

При екстраполация на резултатите за случай, в който 3,8% от масата на ядрото е въглерод, необходимото преохлаждане спада до 266 °C.

Това е единственият известен състав, който може да обясни както образуването на ядрени зародиши, така и наблюдавания размер на вътрешното ядро.

Данните показват, че съдържанието на въглерод в земното ядро може да е по-високо, отколкото се смяташе досега.

Нещо повече, без този елемент образуването на твърдо вътрешно ядро може би никога не би се случило.