Земното ядро се е формирало не като това на астероидите

Нашата планета има сложен интериор, тя има много слоеве. Образуването и структурата на тези слоеве е тайна зад седем печата, но от време на време се явяват подсказки – благодарение на нови изследвания, разбира се, а не на молитви.

Ако извършим пътешествие към центъра на Земята, то ще видим, че повечето материали на дълбочина до 3000 км съдържат три елемента – на кислорода, силиция и магнезия (плюс малко желязо) се падат повече от 90% от мантията на Земята. Нашата мантия служи като прекрасен електро- и топлоизолатор.

Отиваме по-дълбоко и всичко се променя. Пресичаме границата на каменистата мантия с металното ядро, което в горните участъци представлява течност, а в самия център на планетата става твърдо. Химичният състав също е различен – почти цялото ядро се състои от желязо.

По физически характеристики външното ядро на Земята също се отличава от мантията, както морето – от дъното. Представете си преобърнат свят, в който бурите и течението се намират не над, а под слоя породи. Именно такива потоци разтопен метал в ядрото на Земята пораждат нейното магнитно поле, което ни защитава от слънчевите бури и прави възможен живота на повърхността на планетата.

Как се е получило така, че толкова различни слоеве са се озовали един до друг? Екип учени начело с Уенди Мао от Станфордския университет (САЩ) успял да покаже как желязото се измества от силикатите на дълбочина около 1000 км.

Лабораторни експерименти със смес от силикатни материали и желязо говорят, че желязото се намира в породите във вид на малки изолирани образувания, затворени в капана между зърната на минералите. Това наблюдение навело учените на извода, че сегрегацията на желязото протича само на ранния стадий на формирането на планетата, когато горната част на силикатната мантия е напълно разтопена.

Смята се, че капките желязо се промъкнали през горната мантия и се събрали в нейната основа, а след това под действието на силата на тежестта потъвали по-надълбоко и така в крайна сметка се образувало ядрото.

Работата на Мао изисква преразглеждане на този модел. С помощта на интензивно рентгеново лъчение изследователите изучавали образци, намиращи се в условията на екстремно налягане и температури между краищата на диамантени кристали.

При увеличаване на налягането в недрата на мантията течното желязо започва да овлажнява повърхността на зърната силикатни минерали. Това означава, че потоците разтопено желязо се събират в ручеи в твърдата мантия – този процес се нарича перколация. Което е още по-важно – този процес може да протича дори когато мантията не е достатъчно гореща за формиране на океан от магма.

„За да бъде ефективна перколацията, разтопеното желязо трябва да прокопае непрекъснати канали – пояснява Мао. – Това се е смятало за невъзможно, но сега говорим, че при определени условия, което са съществували на планетата, това може да се случи.”

Желязото се е спуснало на дъното на океана от магма, а след това се е просмукало през твърдата мантия към ядрото.

В коментар на резултатите Джефри Бромили от Единбургския университет отбелязва: „Новите данни говорят за това, че формирането на ядрото не е било просто, едностъпно събитие. И този сложен процес трябва да е оказал не по-малко сложно влияние на следващата химия на Земята.”

Изследването на Мао повдига важни въпроси за това как започва формирането на ядрото на планетата. Общоприетата теория гласи, че изучаването на ядрата на метеоритите и астероидите ще ни разкаже за нашата собствена планета, но Бромили смята, че ранно образуване на ядро е възможно само на големи планети.

Затова химичният състав на Земята силно се е променил в този процес и сега значително се отличава от състава на по-малките планети и астероиди.

Бромили и колегите му днес изясняват какви още фактори може да са повлияли на формирането на Земята – например сблъсъци с астероиди и други тела в хаоса на ранната Слънчева система. И изводите също добавят въпроси.

„Ние все по-често наблюдаваме метални ядра при тела, значително по-малки от Земята – пояснява ученият. – Какъв процес е въздействал на образуването на ядрата на телата, които никога не са били толкова големи, за да има там място перколацията на голяма дълбочина?”

Резултатите от изследването са публикувани в сп. Nature Geoscience.

Източник: The Conversation