306
Міжнародна група геофізиків вивчила вигляд внутрішнього ядра Землі, щоб з’ясувати, який у нього тип теплової конвекції. Під час дослідження вчені виявили найгарячіші та найхолодніші точки в центрі планети.
Внутрішнє ядро Землі, оброблене сейсмічними хвилями PKIKP для двох різних регіонів. Вибірка траєкторії променів PKIKP для внутрішнього ядра, що використовується в даному дослідженні, показана для (A) Північної та Південної Америки у квазізахідній і (B) Австралазії у квазісхідній півкулі. Зліва – прозорі земні надра, праворуч – збільшене внутрішнє ядро (червоне). Червоні точки – землетруси, зелені – сейсмоприймачі. Промені апроксимують траєкторії хвиль PKIKP, і їхній колір пропорційний залишковому часу ходу PKiKP-PKIKP відносно середнього значення / © Scientific Reports, Hrvoje Tkalсiс et al.
Сучасне уявлення про ядро Землі як про неоднорідний об’єкт, що складається з внутрішнього (твердого) і зовнішнього (розплавленого) шарів, сформулював у 1936 році данський фізик Інге Леманн. Згодом методи дослідження нутрощів нашої планети вдосконалювалися – і розуміння його будови розширювалося. Зокрема, внутрішнє ядро Землі відіграє пасивну, але важливу роль у перемішуванні зовнішнього і, як наслідок, підтримці сталості магнітного поля.
Однак, з об’єктивних причин: внутрішнє ядро розташоване на глибині понад п’ять тисяч кілометрів, людство знає про центр Землі далеко не все. Наприклад, температура плавлення заліза, основного компонента внутрішнього ядра, за того тиску, що існує на такій глибині, варіює від 5000 Кельвінів (4726,85 °C) до 7000 Кельвінів (6726,85 °C) залежно від домішок і умов. Також невизначеною залишається і теплопровідність серцевини.
Група геофізиків з Австралії, Китаю та Європи вирішила дізнатися, який тип термоконвекції притаманний внутрішньому ядру Землі. Для цього фахівці зібрали дані про час і довжину пробігу хвиль PKIKP і PKiKP (вони проходять крізь центр планети, тільки перші проникають під межу внутрішнього ядра і виникають на сейсмограмах раніше, а другі відбиваються від неї і виникають пізніше). Вирахувавши різницю між часом двох хвиль (всього їх 5477), вчені побудували тривимірну модель верхнього шару внутрішнього ядра Землі з його температурними відбитками. Результати наукової роботи опубліковані в журналі Scientific Reports.
Карти температурного поля в зовнішній частині внутрішнього ядра з контурами та лініями течії. (A) Карти відцентровані на 0° (вгорі) і 180° (внизу). Зверніть увагу, що температури на цій карті варіюються від -200 до 600 °C від середньої температури поверхні. (B) Лінії течії для моделі 1 у найзовнішніх 15% внутрішнього ядра в ділянці, що визначається густиною томографічної моделі, показаної червоним (висока температура)/синім (низька температура) кольорами на розрізі за глибиною. Маркери деформації введені на глибині і простежені на півоберті в міру їхнього поширення по поверхні. (C) Як і (B), але для моделі 2, в якій вводиться застійний внутрішній шар ядра / © Scientific Reports, Hrvoje Tkalсiс et al.
Отримана томограма зовнішнього шару внутрішнього ядра глибиною 100 кілометрів виявила кілька особливостей. Хвилі стиснення (позначаються літерою P) проходили східну півкулю з більшою швидкістю, ніж західну – хоча в цьому регіоні був виступ від центральної Атлантики до Центральної Америки, який P-хвилі пробігали швидко. Вимірявши температуру за загасанням хвиль, дослідники виявили найхолоднішу ділянку під північною частиною Атлантичного океану – температура поверхні внутрішнього ядра там нижча за середню на 200 Кельвін.
Найгарячіші точки були з боків від найхолоднішої – у північній частині Південної Америки, там температура на 600 Кельвінів вища за середню, і широка область на півдні Азії від Середземномор’я до східної Австралазії, вона гарячіша на 300 Кельвінів. На основі цих даних автори припустили, що кристали заліза у внутрішньому ядрі, ймовірно, орієнтовані радіально в бік від гарячих точок уздовж поверхні. Ці анізотропні особливості свідчать про складний устрій теплової конвекції в центрі Землі: існують як внутрішні, локалізовані джерела нагріву, так і нелокалізовані.
Своєрідну анізотропну орієнтацію кристалів заліза автори пояснили тим, що в минулому, можливо, вся поверхня внутрішнього ядра піддавалася конвекції. У результаті виникла стійка структура, а коли ядро охололо, його серцевина перестала конвектувати і кристали застигли в тій орієнтації, яку засікли датчики сейсмографів. А зовнішня оболонка тим часом продовжує брати участь у теплообміні.
