Ученые сумели сузить значение возраста ядра Земли, проведя лабораторный эксперимент с экстремальными условиями - RadioVan.fm

Онлайн

Ученые сумели сузить значение возраста ядра Земли, проведя лабораторный эксперимент с экстремальными условиями

2020-09-05 23:22 , Наука, HiTech, 1299

Ученые сумели сузить значение возраста ядра Земли, проведя лабораторный эксперимент с экстремальными условиями

В какой-то момент 4,5-миллиардной истории Земли ее полностью жидкое железное ядро охладилось настолько, что в центре образовался твердый шар. Сегодня ядро нашей планеты состоит из твердого внутреннего ядра из железа и никеля, окруженного внешним ядром из расплавленного железа, но точно определить, когда произошло это изменение, оказалось довольно сложно.

Оценки ученых варьировались от 4,5 миллиарда лет до 565 миллионов лет; теперь новое исследование сузило эти цифры. Согласно данным, полученным в лабораторных экспериментах, которые создают условия, приближенные к условиям ядра планеты, возраст внутреннего ядра должен быть где-то между 1 миллиардом и 1,3 миллиардами лет.

В свою очередь, это помогает нам сузить возраст геодинамо, которое питает магнитное поле вокруг Земли. Это магнитное поле способствует созданию условий, благоприятных для жизни в том виде, в котором мы ее знаем, защищая атмосферу планеты от солнечного ветра.

«Людям действительно интересно узнать о происхождении геодинамо, силе магнитного поля, потому что все это способствует обитаемости планеты», — Цзнюньфу Линь, соавтор исследования из Техасского университета в Остине.

Геодинамо — одна из моделей, претендующая на объяснение магнитного поля планет. Модель представляет собой жидкий шар, с горячим, твердым, тепловыделяющим металлическим ядром, которое вращается в восточном направлении. Магнитное поле возникает в результате переноса веществом вмороженных магнитных линий и в результате конвекции.

Эта конвекция приводится в действие двумя механизмами: колебаниями температуры, которые могут происходить в полностью жидком ядре и композиционной конвекцией, при которой более легкие элементы, высвобождаемые на внутренней границе ядра, поднимаются через жидкое внешнее ядро, создавая движение.

В обоих случаях эта проводящая жидкость создает электрические токи, которые заряжают сердечник, по сути превращая его в гигантский электромагнит и создавая магнитное поле. В настоящее время в ядре Земли присутствуют оба типа конвекции, в равной степени способствующие геодинамо.

Но до кристаллизации твердого ядра в глубинах Земли была возможна только тепловая конвекция. Она могла генерировать геодинамо, но для того, чтобы поддерживать его в течение миллиардов лет, как это требуется для более молодых оценок возраста внутреннего ядра, железо должно было быть очень горячим — что нереально.

Чтобы доказать это, исследователи провели лабораторные эксперименты, изучив тепло- и электропроводящие свойства железа при огромной температуре (3000 кельвинов) и давлении, существующем во внутреннем ядре нашей планеты — вплоть до 170 ГПа, что в миллион раз больше, чем атмосферное давление.

Когда ученые измерили проводимость в образце, было обнаружено, что она на 30-50 процентов ниже, чем требуется для оценки возраста внутреннего ядра в 565 миллионов лет. Следовательно, исследователи могут установить верхний предел теплопроводности жидкого железа в условиях ядра, что, в свою очередь, устанавливает верхний предел того, сколько тепла может быть проведено и удержано.

Данные команды точно соответствует изменению магнитного поля Земли. Расположение магнитных материалов в породах, датируемых 1-1,5 миллиардами лет назад, показывает, что примерно в это время произошло увеличение напряженности магнитного поля. Такое изменение следовало бы ожидать во время кристаллизации внутреннего ядра.

Однако подобное увеличение наблюдалось и 565 миллионов лет назад. Если внутреннее ядро кристаллизовалось раньше, это означает, что природа события 565 млн лет назад нам все еще неизвестна.

«Чтобы разрешить это несоответствие, необходимы дальнейшие исследования физики минералов, геодинамики и палеомагнетизма», — пишут исследователи.

Источник – National Geographic.

Лента

Рекомендуем посмотреть