Твердое ядро Земли существует благодаря углероду

Международная группа ученых из Оксфордского университета, Университета Лидса и Университетского колледжа Лондона установила, что углерод играет решающую роль в процессе затвердевания земного ядра. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, основано на компьютерном моделировании атомных процессов при экстремальных условиях, соответствующих центру планеты.

Ученые смоделировали поведение около 100 000 атомов при давлениях и температурах, характерных для внутреннего ядра Земли. Это позволило отследить формирование первичных кристаллических структур из жидкого состояния — начальный этап процесса затвердевания.

Вопреки предыдущим теориям, исследование показало, что кремний и сера, которые традиционно считались основными легирующими элементами ядра, на самом деле замедляют процесс кристаллизации. В то же время углерод оказался критически важным катализатором затвердевания.

Расчеты показали, что оптимальная концентрация углерода в ядре составляет около 3,8% по массе. При таком содержании углерода переохлаждение ядра происходит при температуре 266°C ниже точки плавления, что соответствует наблюдаемым геофизическим параметрам.

Особенно важным открытием стало то, что затвердевание внутреннего ядра происходит без участия зародышей кристаллизации — мелких частиц, которые обычно инициируют процесс замерзания в других веществах. Предыдущие исследования не могли объяснить этот механизм, поскольку все потенциальные зародыши в условиях ядра должны были расплавиться или раствориться.

Полученные результаты не только меняют наше понимание химического состава центра Земли, но и указывают на то, что без достаточного количества углерода твердое внутреннее ядро могло бы вообще не сформироваться, что имело бы кардинальные последствия для магнитного поля планеты и, соответственно, для развития жизни на ее поверхности.

Источник: Popular Mechanics