Внутрішнє ядро Землі обертається зі своєю швидкістю, дуже гаряче і, швидше за все, допомогло зберегти життя та
Як Земля могла так швидко відновити своє магнітне поле?
Вчені все частіше починають схилятися до думки, щоце сталося через появу внутрішнього ядра Землі. Це сфера із твердого заліза, яка знаходиться усередині розплавленого зовнішнього ядра. Останнє складається з вируючого металу, що генерує магнітне поле планети.
Дослідники припускають, що внутрішнє ядроз'явилося приблизно через 4 млрд років після народження самої планети. Воно росло потихеньку, по кілька міліметрів на рік.
«Внутрішнє ядро відновило магнітне полеЗемлі: і це сталося в найкращий момент в еволюції, - заявив каже Джон Тардуно, геофізик з Університету Рочестера. — Що б сталося, якби воно не сформувалося?
Вчені досі гадають, як і чому внутрішнєядро з'явилося саме у цей період. «Внутрішнє ядро – це планета всередині планети, – заявила Хрвоє Ткальчич, сейсмолог із Австралійського національного університету (ANU). — У нього є своя власна топографія, своя швидкість обертання та структура. Воно знаходиться під нашими ногами, але ми ще багато чого не розуміємо про його пристрій».
Як вивчають нашу внутрішню "планету"?
Щоб вивчити внутрішнє ядро, дослідники використовують рідкісні сейсмічні хвилі від землетрусів чи ядерних випробувань, які проникають у внутрішнє ядро чи відбиваються від нього.
Так сейсмологи виявили, що внутрішнє ядрообертається незалежно від решти планети. За допомогою комп'ютерних моделей вони передбачили його структуру, а також незвичайну поведінку залізних сплавів, які під великим тиском.
Довгий час у людства були неповніуявлення про внутрішній устрій Землі. Тільки на початку 1930-х років Інге Леманн, датський сейсмолог, помітив новий різновид Р-хвиль або хвиль тиску. Вони вказували на те, що ядро Землі не повністю рідке. До 1936 Леманн прийшла до висновку, що всередині Землі є тверде внутрішнє ядро. Далі дослідники зауважили, що з кожним роком P-хвилі, що проходять через внутрішнє ядро, трохи прискорюються. Це можна було пояснити єдиним способом – внутрішнє ядро обертається швидше, ніж решта планети, приблизно на 1° на рік. Кожні 400 років, як вони припустили в статті Nature 1996, внутрішнє ядро робило додатковий оборот всередині Землі.
Це відкриття вразило багатьох геофізиків, якіприпускали, що внутрішнє ядро обертається з тією самою швидкістю, як і мантія. Якщо вивчити його обертання, це допоможе зрозуміти, як внутрішнє ядро з'єднується із зовнішнім та впливає на магнітне поле. А також пояснить, чому магнітні полюси Землі іноді блукають і перевертаються.
Так внутрішнє ядро рухається швидше за Землю, так?
Не зовсім.Пізніше дослідник Йі Ян зібрав найбільшу у світі базу даних про землетруси. Проаналізувавши їх Ян виявив, що внутрішнє ядро обертається так само, як і мантія. Далі з'ясувався ще незвичайніший факт: за даними дослідження 2021 року, внутрішнє ядро оберталося повільніше, ніж решта планети, приблизно на 0,05° на рік.
Дослідники почали припускати, що увнутрішнього ядра є свій ритм. Протягом десятиліть радіоастрономи відстежували дрібні зміни у обертанні Землі. Їх спостерігали за космічною системою відліку: відслідковували зміни щодо стану далеких космічних об'єктів. Більшість коливань протягом року відбувається через урагани та землетруси, але є невелике регулярне 6-річне коливання, яке не можна так легко пояснити.
«Поки ми не знаємо, через що це відбувається, але всі роблять ставку на ядро», — Бенджамін Чао, геодезист з Academia Sinica.
Із чого складається внутрішнє ядро?
Внутрішнє ядро - це металеве місцена землі. У ньому навіть більше металів, ніж у зовнішньому. Обидва зроблені переважно із заліза з домішкою нікелю. Також вважається, що залізо містить сліди легших елементів, таких як кисень, вуглець та кремній.
Коли залізо кристалізується на зростаєповерхні внутрішнього ядра, воно викидає із себе деякі з цих елементів. В результаті, залишається майже чисте залізо. Це схоже на те, як у відрі із солоною водою утворюється лід: він витісняє сіль і стає переважно прісним. Викинуті з ядра елементи легші заліза: вони піднімаються і проносяться вперед: цей процес викликає до 80% конвекції, що генерує магнітне поле Землі.
Конвекція – вид теплообміну та теплопередачі, під час якого внутрішня енергія передається струменями та потоками самої речовини.
Що ми ще не знаємо про внутрішнє ядро?
Що відбувається з залізом, що залишилося — на цю темуведуться безперервні суперечки. Атоми заліза лежить на поверхні Землі — наприклад, як і чавунної сковороді — мають кубічну структуру. Але якщо крихітні зразки заліза стиснути між двома алмазами і створити тиск, схожий на те, що є у внутрішньому ядрі, атоми перебудовуються в шестикутники.
Складність полягає в тому, що поки що ніхто незнає, що відбувається із залізом, коли воно одночасно стискається та нагрівається до тисяч градусів, каже Лідунка Вочадло, фахівець із обчислювальної фізики мінералів з Університетського коледжу Лондона.
Ці умови важко відтворити у лабораторії,тому що вуглець в алмазах часто забруднює залізо під час нагрівання, зазначив Вочадло. Його команда провела комп'ютерне моделювання та з'ясувала, що форма шестикутника чи гексагону – це найстабільніша структура в умовах внутрішнього ядра. Моделі також показують, що чисте залізо стає м'яким, коли воно знаходиться на 98% своєї точки плавлення.
Наприклад, вода повинна охолонути нижче за точку.замерзання для утворення льоду. Дослідники припустили, що залізо не може затвердіти в шестикутній формі, якщо воно майже на 1340 ° C холодніше внутрішнього ядра. На початку 2022 року було опубліковано моделювання в атомному масштабі, згідно з яким залізо, що накопичується у внутрішньому ядрі, може спочатку кристалізуватися в кубічній формі, а потім переходити шестикутну.
Як пов'язані внутрішнє ядро і життя Землі?
За інформацією з вулканічної освіти, яка з'явилася 565 млн. років тому на північному березі річки св. Річка Лоуренса, магнітне поле на той час становило одну десяту від сьогоднішнього.
Ймовірно, це сталося через те, що зовнішнєядро швидко втрачало тепло, каже Пітер Дрісколл, геодинамік з Наукового інституту Карнегі. Якби магнітне поле Землі повністю зникло, то життя, яке тільки розвивалося, зазнало б сильного впливу радіації від сонячних спалахів. Підвищена радіація могла призвести до виснаження кисню — цінного ресурсу будь-якого життя.
Усього 30 млн років через інтенсивність магнітногополя виросли до 70% від нинішніх значень. Приблизно водночас активний розвиток життя справило Землі революцію. Саме тоді зародилося більшості груп тварин, з'явились перші наземні види.
Можливо, світ, що зароджується, і всі живі істотина планеті Земля завдячує своїм існуванням внутрішньому залізному ядру, що на 5 000 км нижче, під нашими ногами. Наразі дослідники намагаються відтворити в лабораторії умови, які є в ядрі: це складне, але необхідне завдання. За допомогою такого експерименту можна підтвердити висновки, які дослідники зробили на основі математичних моделей.