Ядро Земли теряет тепло с одной стороны и ученые не знают причину

Ученые могут увидеть тепло ядра только тогда, когда они изучают сейсмические волны (подземные толчки, вызванные землетрясениями), проходящие через твердое железное внутреннее ядро планеты. По какой-то причине волны движутся через ядро ​​значительно быстрее, когда они проходят между северным и южным полюсами, чем когда они проходят через экватор.

Исследователи знали об этом несоответствии, известном как сейсмическая анизотропия, в течение десятилетий, но так и не смогли найти объяснения, согласующегося с доступными данными. Теперь, используя компьютерное моделирование роста ядра за последний миллиард лет, новое исследование в выпуске журнала Nature Geoscience от 3 июня предлагает решение, которое, наконец, кажется подходящим: каждый год, мало-помалу, внутреннее ядро ​​Земли растет в одну сторону с новыми кристаллами железа, формирующимися быстрее на восточной стороне ядра, чем на западной стороне.

“Движение жидкого железа во внешнем ядре уносит тепло от внутреннего ядра, вызывая его замерзание“, - сказал ведущий автор исследования Дэниел Фрост, сейсмолог из Калифорнийского университета в Беркли. “Это означает, что внешнее ядро ​​принимает больше тепла с восточной стороны [под Индонезией], чем с запада [под Бразилией]“.

Чтобы визуализировать этот однобокий рост в сердцевине, представьте ствол дерева с годичными кольцами, расходящимися из центральной точки, сказал Фрост, но “центр колец смещен от центра дерева“, так что кольца расположены дальше друг от друга. на восточной стороне дерева и ближе друг к другу на западной стороне.

Поперечное сечение внутреннего ядра Земли может выглядеть примерно так. Однако этот асимметричный рост не означает, что само внутреннее ядро ​​деформировано или рискует стать несбалансированным, говорят исследователи.

В среднем радиус внутреннего ядра равномерно увеличивается примерно на 1 миллиметр каждый год. Гравитация корректирует однобокий рост на востоке, толкая новые кристаллы на запад. Там кристаллы сгруппированы в решетчатые структуры, которые тянутся вдоль оси север-юг ядра. Эти кристаллические структуры, выровненные параллельно полюсам Земли, представляют собой сейсмические супермагистрали, которые позволяют волнам землетрясений быстрее распространяться в этом направлении, согласно моделям команды.

Что вообще вызывает этот дисбаланс во внутреннем ядре? “Трудно сказать, не глядя на все другие слои нашей планеты“, - сказал Фрост. “Каждый слой на Земле контролируется тем, что находится над ним, и влияет на то, что находится под ним. Внутреннее ядро ​​медленно замерзает из жидкого внешнего ядра, как снежный ком, добавляя больше слоев. Внешнее ядро ​​затем охлаждается мантией над ним - так что, чтобы задать вопрос, почему внутреннее ядро ​​растет с одной стороны быстрее, чем другой может задаться вопросом, почему одна сторона мантии холоднее другой?“

По словам Фроста, частично виноваты тектонические плиты. Когда холодные тектонические плиты погружаются глубоко под поверхность Земли в зонах субдукции (места, где одна плита опускается ниже другой), они охлаждают нижнюю мантию. Однако, по словам Фроста, может ли охлаждение мантии повлиять на внутреннее ядро, все еще ведутся споры.

Не менее загадочным является вопрос о том, может ли однобокое охлаждение в ядре влиять на магнитное поле Земли. Современное магнитное поле приводится в действие движением жидкого железа во внешнем ядре; движение этой жидкости, в свою очередь, обеспечивается за счет тепла, теряемого внутренним ядром. По словам Фроста, если внутреннее ядро ​​теряет больше тепла на востоке, чем на западе, то внешнее ядро ​​также будет больше двигаться на востоке. “Вопрос в том, изменяет ли это силу магнитного поля?“ - добавил он.

Вопросы такого масштаба выходят за рамки новой статьи команды, но Фрост сказал, что он начал работу над новым исследованием с группой геомагнетистов, чтобы изучить некоторые возможности.