Легкие элементы в ядре Земли повлияли на геодинамо

Исследователи из Института Карнеги и Института наук о Земле Академии Синика выяснили механизм, по которому присутствие легких элементов в железном ядре может повлиять на генезис и устойчивость геодинамо. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Жизнь на Земле не могла сформироваться такой, какой мы ее знаем, без магнитного поля, формируемого геодинамо — явления постоянного переноса и конвекции расплавленного железа во внешнем ядре.

Наша планета сформировалась из диска пыли и газа, который окружал Солнце на раннем этапе развития. В конечном счете, самый плотный материал погрузился в недра формирующейся планеты, создавая слои, которые существуют сегодня — ядро, мантию и кору. Хотя ядро в основном состоит из железа, сейсмические измерения показывают, что в нем также растворены некоторые более легкие элементы, такие как кислород, кремний, сера, углерод и водород.

С течением времени внутреннее ядро кристаллизовалось и с тех пор непрерывно охлаждалось. Однако до сих пор исследователи не знают ответа на вопрос, может ли тепло, распространяющееся из ядра в мантию, само по себе управлять геодинамо или для этого процесса необходимо наличие легких элементов, которые помогают теплу подниматься вверх. Понимание специфики химического состава ядра может помочь ответить на этот вопрос.

Силикаты — одни из наиболее часто встречающихся соединений в мантии Земли. После кислорода и железа кремний — третий по концентрации в земной коре элемент. Именно поэтому он является вероятным кандидатом на роль легкого элемента, находящегося в железном ядре. Авторы нового исследования использовали лабораторную модель, имитирующую условия глубоко под поверхностью земли. Ее использование позволило ученым предсказать, как присутствие кремния повлияет на передачу тепла от железного ядра планеты в мантию.

В результате исследователи обнаружили, что концентрация в примерно 8% кремния во внутреннем ядре может повлиять на геодинамо таким образом, что модель точно описывает экспериментальные данные. Теперь ученые планируют расширить свое исследование, чтобы понять, как присутствие кислорода, серы и углерода в ядре будет влиять на процесс конвекции.