Встановлено новий метод для визначення віку внутрішнього ядра Землі: науковці використовують явище переохолодження.

Науковці переконані, що новий підхід може нарешті розкрити справжній вік "ядра" нашої Землі.

На глибині понад 5100 км під нашими ногами знаходиться внутрішнє ядро Землі — тверда сфера з заліза та нікелю, яка має важливе значення для формування умов на поверхні планети. Його не випадково називають "серцем" Землі, адже без нього наше існування було б малоймовірним, повідомляє Live Science.

Проте, незважаючи на важливість внутрішнього ядра планети, наше знання про нього залишається обмеженим — особливо в аспектах його формування та еволюції. Вчені досі не можуть точно відповісти на питання про вік цього ядра. На щастя, дослідження фізики мінералів, здавалося б, допомагає нам наблизитися до розуміння цієї загадки.

У Фокус. Технології запустили власний Telegram-канал! Підписуйтеся, щоб бути в курсі найновіших та найцікавіших подій у світі науки!

Внутрішнє ядро планети відповідає за магнітне поле Землі, що діє як щит від шкідливого сонячного випромінювання, а тому, ймовірно, відігравало важливу роль у формуванні умов, які колись дали змогу життю процвітати на планеті. Відомо, що спочатку свого шляху земне ядро було рідким, а згодом затверділо. У міру того як Земля поступово остигає, ядро розширюється назовні, коли навколишня багата залізом рідина "замерзає". Проте воно все ще дуже гаряче, не менше 5000 Кельвінів (4726,85 градуса за Цельсієм).

У процесі охолодження вивільняються елементи, такі як кисень і вуглець, які несумісні з перебуванням у гарячому твердому тілі. Рідина підіймається в рідке зовнішнє ядро і змішується з ним, що створює електричні струми, які генерують наше магнітне поле.

Протягом багатьох років дослідники прагнуть виявити механізми, що лежать в основі розвитку магнітного поля Землі, використовуючи моделі, які відтворюють температурний режим ядра та мантії. Ці моделі є ключовими для геофізиків, оскільки вони дозволяють з'ясувати, як тепло переміщується і розподіляється в глибинах нашої планети.

Провідна теорія передбачає, що внутрішнє ядро планети вперше з'явилося, коли рідина охолола до точки плавлення -- саме цей момент учені вважають точкою, коли "серце" Землі почало замерзати. Однак ця точка не точно відображає процес замерзання.

У новому дослідженні вчені вивчили процес "переохолодження", коли рідина охолоджується нижче точки замерзання, не перетворюючись при цьому на тверде тіло. Наприклад, з водою це відбувається в атмосфері, іноді досягаючи мінус 30 °C перед утворенням граду. Щось подібне, як вважають учені, сталося і з залізом у ядрі Землі.

Вчені провели розрахунки, які свідчать про те, що для того, щоб чисте залізо замерзло у внутрішньому ядрі Землі, необхідно досягти переохолодження до 1000 Кельвінів. Виходячи з теплопровідності ядра, можна припустити, що його температура знижується зі швидкістю від 100 до 200 Кельвінів приблизно за мільярд років. Такий ступінь переохолодження вказує на те, що ядро повинно було залишатися нижче температури плавлення протягом усього свого існування, що складає від 1000 до 500 мільйонів років.

На жаль, людство ніколи не зможе безпосередньо дістатися до внутрішнього ядра Землі, тому вчені вимушені покладатися на сейсмологічні методи для дослідження глибин планети. Внутрішнє ядро було виявлено майже століття тому, у 1936 році, і його розміри (приблизно 20% від радіусу Землі) є однією з найбільш обмежених характеристик глибинних структур. Дослідники використовують ці дані для оцінки температури ядра, вважаючи, що межа між твердим і рідким станами є точкою, де відбувається плавлення та досягнення температури ядра.

Вчені використовують ті ж дані, щоб оцінити максимальний ступінь переохолодження, яке могло б бути до того, як внутрішнє ядро планети почало формуватися. Якщо земне ядро замерзло відносно недавно -- поточний тепловий стан на кордоні внутрішнього і зовнішнього ядра показує, наскільки об'єднане ядро могло бути нижче за свою точку плавлення, коли внутрішнє ядро вперше почало замерзати. Результати вказують на те, що найбільше ядро могло бути переохолоджене приблизно на 400 Кельвінів.

Цікаво, що зазначене значення виявляється принаймні вдвічі більшим, аніж те, що зазвичай дозволяє сейсмологія. Якщо ж ядро дійсно охолодилося на 1000 Кельвінів перед замерзанням, тоді внутрішня частина ядра планети повинна була б мати значно більші розміри, ніж ті, що ми спостерігаємо нині. Більше того, вчені стверджують, що якщо для замерзання потрібно досягти 1000 Кельвінів, але ця температура так і не була досягнута, тоді внутрішнє ядро взагалі не повинно існувати.

Фізики-мінералоги протестували чисте залізо та інші суміші, це допомогло визначити, яке переохолодження необхідне для початку формування внутрішнього ядра. Команда зазначає, що їхні дослідження поки що не дали остаточної відповіді, проте вже є перспективні результати.

По-перше, дослідники виявили, що незвичайні кристалічні утворення та наявність вуглецю можуть чинити вплив на процеси переохолодження. Це свідчить про те, що певні хімічні характеристики або структури, які раніше залишалися поза увагою науковців, можуть не вимагати такого значного переохолодження, яке вважалося необхідним.

По-друге, якщо земне ядро може замерзнути при температурі переохолодження менше ніж 400 Кельвінів, це може пояснити наявність внутрішнього ядра в тому вигляді, яким ми його знаємо сьогодні.

Не так давно Фокус повідомляв про незвичайні зміни, що відбуваються в ядрі Землі. Вчені нарешті розкрили причини цих явищ.