Более полувека научное сообщество полагало, что внутреннее ядро Земли представляет собой твердый шар из сжатого сплава железа, окруженный жидким внешним ядром. Но новое исследование, опубликованное 20 сентября в журнале Physics of the Earth and Planetary Interiors, предполагает, что твердость планетарного шара варьируется от твердого до полумягкого и жидкого металла.
«Чем больше мы смотрим на это, тем больше понимаем, что это не скучный кусок железа», — сказала Джессика Ирвинг, сейсмолог из Бристольского университета в Англии, которая не принимала участия в исследовании.
«Мы находим совершенно новый скрытый мир».
В некотором смысле внутреннее ядро Земли остается таким же загадочным, как и тогда, когда Жюль Верн опубликовал свое фантастическое «Путешествие к центру Земли» в 1864 году.
Хотя ученые с 1950-х годов знали, что наша планета не полая, как предсказывал Верн, внутренняя часть планеты все еще не исследована; огромная жара и давление просто слишком велики для любого человеческого или созданного человеком зонда, чтобы добраться туда.
«Если с нашей планетой не случится что-то ужасное, у нас никогда не будет прямого наблюдения за ядром Земли», — сказала Ирвинг. Вместо этого геофизики полагаются на сейсмические волны, вызванные землетрясениями.
Измеряя эти массивные вибрации, ученые могут восстановить картину внутреннего устройства планеты способом, который «напоминает компьютерную томографию человека», — поясняет Ирвинг.
Эти волны бывают двух основных видов: прямолинейные волны сжатия и волнообразные поперечные волны. Каждая волна может ускоряться, замедляться или отражаться от разных сред при движении по земле.
Для Ретта Батлера, геофизика из Гавайского института геофизики и планетологии, новое исследование началось с вопроса о несовпадении чисел. Батлер наблюдал за тем, как сейсмические волны, создаваемые сильными землетрясениями в пяти разных местах, проходят через ядро Земли на совершенно противоположную сторону земного шара. Но что-то было не так — поперечные волны землетрясений, которые должны были пройти через твердый металлический шар, вместо этого отклонялись в определенных областях.
Цифры удивили Батлера. Он знал, что математика сейсмических волн верна, что могло означать только одно: ученые ошиблись в структуре. «Когда вы занимаетесь этим делом, вы должны сопоставлять данные», — сказал он. Итак, Батлер и его соавтор пересмотрели свое базовое предположение о том, что внутреннее ядро Земли было твердым на всем протяжении. Они обнаружили, что наблюдаемые ими волны работают, если ядро не является твердым шаром, а имеет карманы из жидкого и «мягкого» полутвердого железа около его поверхности.
По словам Батлера, особенно поразительным был диапазон консистенции железа. «Мы видели доказательства того, что он не только не везде мягкий, но и действительно жесткий в некоторых местах», — сказал он. «У него есть твердые поверхности, прямо против расплавленного или рыхлого железа. Так что мы видим много деталей внутри внутреннего ядра, которых не видели раньше».
Это исследование потенциально может революционизировать наше понимание магнитного поля Земли. Согласно исследованию, опубликованному в 2019 году в журнале Science Advances, в то время как закрученное жидкое внешнее ядро управляет магнитным полем нашей планеты, внутреннее ядро помогает его изменять. Согласно исследованию NASA, у других планет, таких как Марс, есть жидкий центр, но отсутствует как внутреннее ядро, так и магнитное поле. Таким образом, Батлер и Ирвинг считают, что более глубокое понимание внутреннего ядра поможет ученым понять взаимосвязь между внутренним пространством планеты и ее магнитной активностью.