Недавно учёные обнаружили, что внутреннее ядро Земли, которое долгое время считалось неподвижным шаром из твёрдого металла, может быть намного менее твёрдым, чем мы ожидали. Новое исследование предполагает, что эта удивительная мягкость может быть вызвана гиперактивными атомами, которые перемещаются внутри своей молекулярной структуры гораздо чаще, чем мы предполагали.
Внутреннее ядро представляет собой массивный сферический кусок металла, преимущественно железа, протяженностью примерно 760 миль (1220 километров) и возникший по меньшей мере 1 миллиард лет назад. Внутреннее ядро окружено внешним ядром — морем бурлящих жидких металлов — которое, в свою очередь, окружено массивным слоем расплавленной породы, известной как мантия, которая находится чуть ниже твёрдой коры, на которой мы и живём.
Давление в сердце нашей планеты огромно, поэтому эксперты изначально полагали, что ядро должно быть полностью твёрдым и что атомы железа внутри него, расположенные в массивной гексагональной решётке, должны постоянно удерживаться на месте.
Но в 2021 году сейсмические волны от землетрясений показали, что во внутреннем ядре существует множество несоответствий, что побудило некоторых учёных описать его как «мягкий скрытый мир». Последующие исследования предположили, что это может быть вызвано завихрениями жидкого железа, попавшего в ловушку внутри ядра, или тем, что ядро существует в «суперионном состоянии», когда атомы других элементов, таких как углерод и водород, постоянно проходят сквозь массивную решетку атомов железа ядра.
Новое исследование, опубликованное 2 октября в журнале Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, предлагает альтернативное объяснение тому, что происходит внутри внутреннего ядра.
Исследователи воссоздали сильное давление внутри внутреннего ядра в лаборатории и наблюдали то, как атомы железа ведут себя в этих условиях. Затем учёные ввели эти данные в программу компьютерного обучения, чтобы создать симулированное виртуальное ядро, которое они назвали «суперячейкой». Используя суперячейку, команда смогла увидеть, как атомы железа движутся внутри своей предположительно твёрдой структуры.
Результаты показывают, что атомы внутри внутреннего ядра могут «перемещаться гораздо больше, чем мы когда-либо могли себе представить», сказал в своём заявлении соавтор исследования Юнг-Фу Линь (Jung-Fu Lin), геофизик из Техасского университета в Остине, США.
Моделирование суперячейки показывает, что некоторые из этих атомов могут перемещаться группами, занимая другие позиции в решётке, не нарушая её общую форму — примерно так же, как гости на ужине меняют места за столом, не добавляя и не убирая стулья, пишут исследователи в своём заявлении. Этот тип движения известен как «коллективное движение».
«Это увеличенное движение делает внутреннее ядро менее жёстким [и] более слабым по отношению к сдвигающим силам», — сказал Лин.
Это может объяснить, почему внутреннее ядро «на удивление мягкое», добавил он.
Исследователи полагают, что новые находки могут также предоставят возможность по-новому взглянуть на другие тайны внутреннего ядра, например, на то, как оно помогает генерировать магнитное поле Земли.
«Теперь мы знаем о фундаментальном механизме, который поможет нам понять динамические процессы и эволюцию внутреннего ядра Земли», — подчеркнул Лин.
