„Току-що открихме Светия Граал“: Учени разгадават тайната на земното ядрото

Ф изиците се доближиха до разгадаването на една от най-големите загадки в геофизиката: как Земята захранва своето магнитно поле.

Екипът от Тексаския университет в Остин и сътрудници от университетите в Съчуан и Нанкин в Китай смятат, че откритието им осигурява фундаментален физически механизъм, който помага да се обяснят изненадващо "меките" физични свойства на плътното вътрешно ядро на Земята.

На около 1800 мили под земната кора се намира кълбовидно ядро, изградено предимно от металите желязо и никел. Ядрото е свръхгорещо, с температура от около 8000 до 10 800 градуса по Фаренхайт (приблизително 4400-6000 градуса по Целзий- бел.ред.), и се състои от две части: течно външно ядро и плътно, твърдо вътрешно ядро.

Известно е, че движението на атомите на желязото в това ядро захранва земното магнитно поле, за което се смята, че играе важна роля за това планетата да бъде обитаема. То не само е отговорно за определянето на посоките на компаса, но също така действа като щит около планетата, отклонявайки мощната радиация от слънчевите бури.

Учени откриха нови факти за сърцевината на земното ядро

Магнитното поле на Земята се генерира предимно в течното външно ядро от морето от завихрящи се метали, но ролята на твърдото вътрешно ядро в това така наречено геодинамо досега оставаше загадка.

"Земното ядро се намира под такова екстремно налягане от ~3,5 Mbar (3,5 милиона от атмосферното налягане), така че човек би си помислил, че железните атоми са толкова ограничени в своите позиции и няма много място за движение", казва пред Newsweek един от водещите автори на изследването, Джунг-Фу Лин, професор в Jackson School of Geosciences към Тексаския университет.

"Това, което открихме, е в пълен разрез с тази традиционна представа."

Geology Fact:
Earth's inner core is hotter than the surface of the Sun, reaching temperatures of up to approximately 5,700 °C (10,300 °F). The inner core is a solid sphere of iron and nickel at the very center of the Earth, and it is surrounded by the molten outer core.

The… pic.twitter.com/pHlfjD4WQ2

— Sparkling Science (@SparklingSci) October 3, 2023

Чрез пресъздаване на миниатюрен модел на вътрешното ядро на Земята в лабораторията, екипът успява да предвиди свойствата и движението на тези железни атоми. И това, което учените откриват, е много необичайно: вместо да останат неподвижни в твърдата си решетка, атомите се движат, при това бързо.

"Чувствах се така: "Уау. Току-що намерихме отговора на Свещения Граал в геофизиката", казва Лин.

"Железните атоми се движеха толкова бързо, че се преместваха на други позиции за част от секундата."

Ядрото на Земята се променя: Какво означава това за нас?

Това движение - известно във физиката като колективно движение - прилича на размяна на местата на гости на вечеря. Общата структура на масата остава непроменена въпреки това вътрешно движение.

"[Това колективно движение] се дължи на факта, че атомите на желязото се намират в условия, много близки до разтопяването, дотолкова, че те изглеждат като твърдо тяло, но се държат по-скоро като течност", казва Лин.

"Всъщност това се случва в много метали в близост до топене и е сравнително добре разбрано физично явление във физиката на кондензираната материя. Но не е известно то да се случва в дълбоките планетарни вътрешности. Сътрудничихме си с физици по този проект и те сякаш знаеха, че това ще се случи".

Why does he not address the Earth's core anyhow? Why can't y'all not come climb down that posh ivy tower and honestly debate?https://t.co/3WzXRWKf5q

— computerdevice (@FusedScience) October 6, 2023

За да потвърди моделите си, екипът сравнява резултатите си и с изследвания на сеизмичните вълни във вътрешното ядро на Земята.

"Проведохме и лабораторни експерименти с ударни вълни, за да измерим скоростите на железните атоми при екстремно налягане и температура, където се предвижда да възникне колективно движение", казва Лин.

"Всичко това допълнително потвърждава прогнозата за появата на колективно движение в желязното сърце на планетата."

Резултатите на екипа, публикувани в списание PNAS, донякъде обясняват мистериозните "меки" свойства на вътрешното ядро на Земята, както и предлагат потенциален поглед върху генерирането на топлина в центъра на планетата. Проучването също така разширява разбирането ни за процесите, които захранват генерирането на земното магнитно поле, и потенциално за вътрешните механизми на други планети във и извън нашата Слънчева система.

📌Core

🔸The core is made up of very heavy material mostly composed of nickel and iron.

🔸It is sometimes referred to as the NIFE layer [nickel and iron].

🔸The core-mantle boundary is located at the depth of 2900 km.

🔸Core lies between 2900 km and 6400 km below the earth’s… pic.twitter.com/zkvH2U4fYq

— CSE Geography (@CSEGeography) September 30, 2023

"Откритието предполага, че същата физика при колективното движение се проявява и в други планетни интериори, като Марс и екзопланетни интериори", каза Лин.

"Екзопланетите са подложени на още по-екстремни условия на налягане и температура, така че ще трябва да се разширят условията на изследване, за да се види дали това се случва. Това ще ни помогне да разберем планетарните системи като цяло."