Ученые обнаружили слоистую структуру внутреннего ядра Земли

Новое исследование немецких ученых представляет модель, объясняющую ранее зафиксированные аномалии в распространении сейсмических волн через центр нашей планеты. Полученные данные указывают на то, что внутреннее ядро Земли имеет химически неоднородную, слоистую структуру.

Ключевой проблемой, которую решали исследователи, была сейсмическая анизотропия — явление, при котором скорость сейсмических волн, проходящих через внутреннее ядро, меняется в зависимости от направления их движения. Для объяснения этого феномена была выдвинута гипотеза о влиянии легких элементов на кристаллическую структуру железа, основного компонента ядра.

В ходе эксперимента ученые воссоздали условия, приближенные к ядру Земли, используя ячейку с алмазными наковальнями для генерации сверхвысокого давления. В этих условиях был изучен сплав железа с добавлением кремния и углерода — элементов, предположительно присутствующих в ядре. С помощью метода рентгеновской дифракции команда проанализировала, как меняется преимущественная ориентация решетки (LPO) кристаллов сплава под давлением и при нагреве. LPO описывает степень упорядоченности выстраивания кристаллов в материале.

Результаты моделирования показали, что добавление кремния и углерода в состав железа значительно ослабляет степень выравнивания его кристаллов. Это, в свою очередь, напрямую влияет на скорость прохождения сейсмических волн через материал.

На основе этих лабораторных данных была предложена новая модель строения внутреннего ядра. Согласно ей, его центральная, самая древняя часть, состоит из практически чистого железа с высокой степенью упорядоченности кристаллов, что и вызывает сильную анизотропию. По мере роста ядра за счет кристаллизации внешнего жидкого ядра, в его новых, внешних слоях концентрировались легкие элементы — кремний и углерод. Их присутствие нарушает строгую ориентацию кристаллов железа, что приводит к ослаблению анизотропии, наблюдаемому сейсмологами. Таким образом, химическая стратификация, или послойное распределение элементов, является физической причиной наблюдаемой «луковичной» структуры внутреннего ядра Земли.