262
Знаєте, є щось, що заворожує в думці про те, що прямо під нами, на глибині майже трьох тисяч кілометрів, вирує гігантський океан розплавленого металу. Це зовнішнє ядро Землі — місце настільки чуже і недоступне, що вивчати його доводиться побічно, майже навпомацки. Ми звикли думати про нього як про щось більш-менш однорідне, таке собі гігантське «котло», де все перемішано. Але нещодавнє відкриття змушує нас переглянути ці уявлення. Виявляється, у самому серці нашої планети ховається щось несподіване.
Сюрприз на екваторі: Загадковий «бублик»
Уявіть собі величезний пончик, або якщо говорити науковою мовою, тор. Саме таку структуру виявила пара вчених, вдивляючись у сейсмічні дані по-новому. Ця область, розташована навколо екватора зовнішнього ядра, простягається на кілька сотень кілометрів завтовшки. І що найцікавіше — сейсмічні хвилі, проходячи через неї, поводяться дивно. Вони сповільнюються. Не сильно всього на пару відсотків, але цього достатньо, щоб зрозуміти: тут щось не так. Ця зона відрізняється від решти зовнішнього ядра.
Раніше вважалося, що уповільнення хвиль відбувається повсюдно біля верхньої межі зовнішнього ядра, такою собі «плівкою» знижених швидкостей. Але ні, схоже, головна «аномалія» зосереджена саме у цьому екваторіальному «бублік».
Як «почути» відлуння глибин?
Які ж вдалося розглянути цю структуру? Адже прямого доступу до ядра ми не маємо. Вся справа в сейсмічних хвилях — відлуннях землетрусів, які пронизують планету наскрізь. Зазвичай вчені фокусуються на перших, найпотужніших хвилях. Але автори нового дослідження пішли іншим шляхом. Вони вирішили прислухатися до «коду» — гаслу сейсмічних подій, що загасає, яке триває годинами після основного поштовху.
Це схоже на те, ніби ви слухали не сам гучний звук удару дзвона, а довге, затихає гудіння після нього. Порівнюючи ці слабкі «відлуння», записані різними сейсмостанціями по всьому світу (цей метод називають аналізом «кореляційного поля коди»), дослідники змогли вловити тонкі сигнали від хвиль, що багаторазово відбилися всередині планети. Саме ці «втрачені» сигнали й несли інформацію про загадкову екваторіальну зону. Зіставивши час приходу цих сигналів на станції біля полюсів і екватора, вчені і вирахували, де саме хвилі «гальмують». Виявилося — у тому самому «пончику». Хитро, правда?
Легше – значить повільніше? Розбираємось у складі
Добре, зона уповільнення є. Але чому хвилі там повзуть неохоче? Основна гіпотеза пов’язана із складом. Зовнішнє ядро - це в основному залізо та нікель. Але не лише. Там розчинені й легші елементи: кремній, кисень, сірка, можливо навіть водень і вуглець. Їх там не так багато, але вони впливають на властивості розплаву.
Так от, вчені припускають, що в екваторіальній зоні цих легких домішок чомусь більше. Чому це сповільнює хвилі? Тут фізика: швидкість сейсмічних хвиль залежить від щільності та пружності середовища. Додавання легких елементів може трохи змінювати ці параметри, змушуючи хвилі рухатися трохи повільніше.
Звідки там взялися ці легкі елементи у підвищеній концентрації? Є версія, що вони вивільняються з твердого внутрішнього ядра, яке повільно кристалізується в центрі планети. Будучи легшим за основний розплав, вони спливають вгору, підживлюючи гігантські конвективні потоки — те саме «кипіння» в ядрі.
Геометрія має значення: Чому саме екватор?
Але чому ці легкі елементи накопичуються саме у екватора? Тут все стає ще цікавіше та складніше. Можливо, справа в особливостях теплообміну між ядром і мантією, що вище лежить. Якщо в екваторіальній зоні відтік тепла від ядра до мантії інтенсивніший, це може впливати на динаміку потоків і спричиняти накопичення легких фракцій саме там.
До того ж, не забуваємо про обертання Землі та тверде внутрішнє ядро. Ці чинники змушують конвективні потоки у зовнішньому ядрі вишиковуватися в гігантські вихори, орієнтовані приблизно вздовж осі обертання планети (з півночі на південь). Уявіть собі колосальні стовпи рідкого металу, що повільно обертаються. Цей складний танець розплаву створює магнітне поле Землі — наше невидиме силове поле, що захищає все живе від космічної радіації.
Магнітний щит та його таємниці: До чого тут «пончик»?
І ось тут ми підходимо до головного. Навіщо нам взагалі знати про якийсь пончик на глибині тисяч кілометрів? А потім, що ця структура є частиною гігантського механізму, відомого як геодинамо. Саме турбулентні потоки рідкого металу у зовнішньому ядрі генерують магнітне поле Землі.
Розуміння того, як влаштовано зовнішнє ядро, де якісь неоднорідності, як розподілені потоки та елементи — все це допомагає нам будувати точніші моделі геодинамо. А це, своєю чергою, ключ до розуміння того, чому наше магнітне поле іноді змінює свою силу, чому полюси «блукають» і навіть чому час від часу відбувається інверсія — повна зміна магнітних полюсів. Цей нововідкритий «пончик» з легкими елементами — ще один важливий шматочок у цій складній мозаїці. Він може грати не останню роль у тому, як працює наш планетарний магнітний щит.
Що далі?
Це відкриття — чергове нагадування про те, як мало ми все ще знаємо про надра власної планети. Кожний новий метод, кожен новий погляд на дані може принести сюрпризи. неохоче розкриває свої секрети, але тим цікавіше намагатися їх розгадати, чи не так?
