Ученые предложили новые гипотезы формирования ядра Земли

Результаты экспериментов, которые проводились на образцах железа и горных пород в условиях сильного давления, привели к появлению новых гипотез о том, как происходило формирование ядра нашей планеты, сообщается в BBC News.
С использованием сложных рентгеновских аппаратов ученые из Стэндфордского университета наблюдали, как расплавленный металл перемещается через скалистые породы в условиях огромного давления.
Полученные результаты дают основание предполагать, что ядро Земли было сформировано не сразу: это был длительный процесс многоступенчатого формирования.
На поверхности твердые скалистые породы являются фундаментом городов. Это те камни, на которых мы строим жизнь; они снабжают нас необходимым сырьем – металлом, топливом, водой и другими жизненными ресурсами. Но все это – не более чем тонкий геологический слой планеты. Земные сокровища, спрятанные глубоко под ним, представляют не меньшую загадку, чем Юпитер или Марс.
Однако новые исследования, опубликованные в журнале Nature Geoscience, дают новые представления о строении ядра Земли и о том, как оно формировалось.
Группа ученых во главе с профессором из Стэнфорда Венди Мао продемонстрировала, как железо может быть вытеснено из скалистого кремния (силиката) на глубине более 1000 километров, чтобы сформировать металлическое ядро.
Керамическая мантия
Если бы вам пришлось отправиться вместе с Жюлем Верном к центру Земли, уже на первых 3000 километрах пути вы бы обнаружили, что вся химия здесь представлена лишь тремя элементами – кислородом, кремнием и магнием (плюс немного железа). Эти элементы составляют более 90% «керамической» мантии, так называемой подушки Земли.
Мантия, как шерсть, греющая овцу, является электро- и теплоизолятором для ядра. Каменистая часть планеты – это минералы мантии.
Преодолев большую часть пути, вы пересекаете границу от каменистой мантии к металлическому ядру. Физически в верхних участках оно представляет собой жидкость, которая по мере приближения к центру Земли затвердевает. Меняется химический состав, теперь железо является основным компонентом, образующим плотную внутреннюю сферу Земли.
Процесс образования земного ядра озадачивает ученых на протяжении уже многих лет. Эксперименты, проводимые на смесях силикатных минералов и железа, приготовленных в лаборатории, доказывают, что железо заключено в крошечные изолированные друг от друга «капсулы» горных пород, и только на стыках минеральных зерен железо получает выход в свет.
Ядро находится на глубине около 5000 километров под Землей, и его невозможно достигнуть прямыми методами исследования. Изображение с сайта lbl.gov
Капли железа
Это наблюдение наталкивает на мысль о том, что железо зародилось на планете очень рано, когда верхняя часть скалистой мантии была очень горячей и расплавленной. Считается, что капли железа образовывались из накрапывающей сверху раскаленной океанической магмы, оседали на твердую более глубокую мантию, создавая на ней фундамент, а затем, за счет действия силы тяжести, погружались сквозь твердую мантию к самому ядру.
Статья Кристалл Ши и Венди Мао предлагает другую теорию.
«Мы знаем, что Земля имеет ядро и мантию, и эти понятия отличаются друг от друга. С помощью инновационной аппаратуры мы можем наблюдать различные процессы и понимать заново, что на самом деле представляют собой эти структуры», – говорит профессор Мао.
Использование интенсивных рентгеновских лучей для исследования образцов, помещенных между кристаллами в условиях высоких температур и давления, позволило исследователям обнаружить, что глубоко в мантии при увеличении давления железная жидкость начинает «увлажнять» поверхности силикатных минеральных зерен. Это означает, что потоки железа могут объединяться в ручейки и протекать сквозь твердую мантию. Такой процесс называется «перколяция».
Это также означает и то, что железо может образовываться, если скалы достаточно глубоки, даже если мантия не является жидкой раскаленной массой.
«Для того, чтобы перколяция была эффективной, расплавленное железо должно иметь возможность формировать непрерывную сеть каналов в твердой почве, – объясняет профессор Мао. – Ученые говорят, что это невозможно, но мы утверждаем, что при определенных условиях, которые существуют на планет, всякое может случиться».
Таким образом, мы получаем еще одну возможность найти объяснение тому, как было сформировано ядро.
Джеффри Брумли из Университета Эдинбурга решил прокомментировать результаты и сообщил в интервью для BBC News:
«Эти новые данные доказывают, что формирование было не простым событием, имеющим одну стадию развития. Это был сложный многоступенчатый процесс, который оказал не менее сложное воздействие на современный химический состав Земли.
Модель перколяции означает, что раннее формирование ядра может иметь место только на больших планетах. Химический состав Земли, возможно, изменился в процессе образования ядра, которое развивалось не так, как на меньших по размеру планетах или астероидах. Поэтому мы, возможно, не сможем использовать геохимические данные, полученные из метеоритов».
Ученые провели 3D-моделирования крохотных образцов с использованием синхротронных ускорителей электронов, которые генерируют интенсивные пучки рентгеновских лучей. Такого рода эксперименты позволяют более точно установить свойства минералов и сплавов. Но они также приводят к новому пониманию того, как формируются и развиваются огромные объекты, такие как планеты,.
Доктор Брумли в настоящее время исследует влияние и других факторов, таких как деформация, которой подвергаются астероиды и другие тела в процессе своего хаотического движения по ранней Солнечной системе.
Он добавил: «Сейчас задача состоит в поиске путей моделирования многочисленных процессов, участвующих в формирования ядра, с тем, чтобы понять их временные рамки и последующее влияние на химический состав не только Земли, но и других твердых тел внутренней Солнечной системы.
Мы всё пристальнее наблюдаем за металлическими ядрами в гораздо меньших по размеру телах, чем Земля. Какой процесс мог способствовать развитию и формированию ядер в телах, которые никогда не были достаточно масштабными для того, чтобы процесс перколяции в них стал возможен?»
Комментарии читателей Оставить комментарий
"...
Центр ядра полностью золотой.
..."
.
Пилите, Шура, пилите она – золотая!
8-)))
.
А если серьезно - то коллектив астрономов во главе с Тревисом Меткалфом из Гарвардского астрофизического центра обнаружил в небе алмаз массой 10 в 34-й степени карат.
8-))
- Этот сгусток кристаллического углерода диаметром примерно в 1500 км находится в созвездии Кентавра на расстоянии около 50 световых лет от Земли и представляет собой ядро звезды, которая когда-то светила, как Солнце, но постепенно "выгорела" и сколапсировала под действием собственного поля тяготения - т.е. уменьшилась в размере.
Звезду назвали Люси, предположительно, в честь героини знаменитой песни ансамбля Битлз (Lucy in the Sky with Diamonds — Люси на небе, усыпанном алмазами).
Алмаз Люси, который астрономы предпочитают прозаически именовать звездой "BPM 37093", — это классический белый карлик, или то, что остается от звезды малой массы после того, как выгорает водород и гелий.
Астрономы и прежде полагали, что внутреннее ядро белых карликов кристаллизуется, но только недавно получили экспериментальное подтверждение этого предположения.
Белый карлик не только светится, но и постоянно пульсирует, и при этом гудит, как гигантский гонг, и хотя этот звук в безвоздушном космическом пространстве не слышен, его легко зарегистрировать с помощью чувствительных астрономических инструментов. Замерив частоту этой пульсации - и был сделан вывод что углеродное ядро звезды перекристализовалось в алмаз.
8-))
"...
2)"Вероятно, одна Ч.д. уже обнаружена .. в рентгеновском источнике Лебедь X-1." То есть, в Космосе зарегистрирована ОДНА ЧЁРНАЯ ДЫРА, и то лишь ВЕРОЯТНО.
..."
.
- гуглите "список черных дыр"
8-))
- и это не говоря уже о гигантской черной дыре в центре нашей "родной" галактики "Млечный Путь"
8-))
"...
По всей видимости, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра массой около 3,7 миллионов масс Солнца, что показано исследованием орбит близлежащих звёзд[3]. Излучение источника Стрелец А* вызвано аккрецией газа на чёрную дыру, радиус излучающей области (аккреционный диск, джеты) не более 45 а. е.
..."
- гуглите "Галактический центр"
"...
Нет объяснения образования тяжелых элементов - золота и тяжелее.
..."
.
- есть!
8-))
.
.
"...Говорят, что они рождаются при взрыве сверхновой. Такое объяснение скорее свидетельствует о том, что просто нет никакого объяснения, просто спихнули на непонятные процессы и все.
..."
.
- то, что некоторые процессы НЕ ПОНЯТНЫ - ЛИЧНО-ВАМ...
отнюдь не свидетельствует о том, что эти процесс не понятны и все другим...
8-))
- гуглите "Звездная эволюция"
...
Сверхмассивные звезды (больше 5 солнечных масс)
...в любом случае, происходящие при ГРАВИТАЦИОННОМ КОЛЛАПСЕ процессы в считанные секунды приводят к взрыву и разлету ее внешних слоев. Т.е. к "взрыву сверхновой звезды" невероятной силы.
Сопутствующий этому всплеск нейтринного излучения в ядре провоцирует ударную волну. Сильные струи нейтрино и вращающееся магнитное поле выталкивают большую часть накопленного звездой материала — так называемые рассадочные элементы, включая железо и более лёгкие элементы. Эта разлетающаяся материя бомбардируется вырываемыми из ядра нейтронами, захватывая их и тем самым создавая набор элементов тяжелее железа, включая радиоактивные, вплоть до урана (а возможно, даже до калифорния). Таким образом, взрывы сверхновых объясняют наличие в межзвёздном веществе элементов тяжелее железа, что, однако, не является единственно возможным способом их образования, к примеру это демонстрируют технециевые звёзды. Взрывная волна и струи нейтрино уносят вещество прочь от умирающей звезды в межзвёздное пространство.
"...Теория большого взрыва, действительно очень похожа на религиозную интерпретацию рождения вселенной, и в нее почему-то так много людей просто верят не задумываясь, а с какого перепуга именно ток все устроено.
..."
.
- "с какого перепугу именно ток все устроено" - пока непонятно.
(То, что непонятно - это в науке часто бывает ;-)
.
Но вот ТО, что это-самое "все" устроенно все ИМЕННО ТАК(!) - совершенно понятно. Как и то, ПОЧЕМУ мы "решили", что "все устроенно именно ТАК"...
.
- гуглите "реликтовое излучение" - и будет Вам "щщастье"
8-)
.
Это-же КЛАССИЧЕСКИЙ в случай применения метода "проверяемых гипотез"! Сначала предложена ГИПОТЕЗА "горячей вселенной" (Гамов 1948 г) в соответствии с которой было предсказано наличие в космосе "реликтового" излучения, предсказана его средняя температура и "всенаправленность" (хаотическое или тепловое направление движения его квантов)...
- и только "СИЛЬНО" ПОТОМ (в 1965 г) - и чисто случайно! (в процессе борьбы С ШУМАМИ в приемнике для очередного военного радиолокатора) - ЭТО ИЗЛУЧЕНИЕ было обнаружено ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО!
.
- И излучение было обнаружено - вот именно-что с ранее ТЕОРЕТИЧЕСКИ-ПРЕДСКАЗАННЫМИ Гамовым параметрами...
.
- учите МАТЧАСТЬ !
8-))
"...
Это те камни, на которых мы строим жизнь; они снабжают нас необходимым сырьем – металлом, топливом, водой и другими жизненными ресурсами.
..."
.
"Камни... снабжающие нас... водой(!)" - это круто...
8-))