Жидкая часть ядра нашей планеты не может содержать значительное количество кислорода и, скорее всего, включает в себя относительно большую долю серы или кремния, пишут американские и китайские геофизики в статье, опубликованной в журнале Nature.
Группа ученых под руководством Иньвэя Фэя (Yingwei Fei) из Института науки Карнеги в Вашингтоне (США) заглянула внутрь жидкого ядра Земли и оценила его химический состав при помощи компьютерного моделирования, а также серии сейсмических замеров и лабораторных экспериментов.
На сегодняшний день существует несколько моделей химического состава и агрегатного состояния ядра нашей планеты. Все они предполагают, что оно состоит из смеси никеля и железа с небольшой примесью - около 10% - более легких элементов. Состав примесей стал настоящим яблоком раздора среди ученых-геохимиков. Некоторые из них предполагают, что львиную долю примесей в ядре составляют вкрапления кислорода, другие отдают пальму первенства сере, азоту или другим легким неметаллическим элементам.
Фэй и его коллеги подготовили два вида моделей ядра Земли из различных комбинаций железа, серы и кислорода, после чего сжали их на специальной лабораторной установке, имитирующей давление и температуру в центре нашей планеты.
Первый, "кислородный" тип ядра включает в себя относительно большую долю кислорода (6-8%), и небольшую - серы (2-3%). Во втором ядре соблюдались те же пропорции, за исключением того, что кислород и сера поменялись местами. Ученые "просветили" полученные ядра при помощи сейсмографа и сравнили полученные данные с реальными показателями.
Эксперимент показал, что материя "серного" ядра превращается в тягучую жидкость при несколько меньшем давлении по сравнению с моделью с примесью кислорода. С другой стороны, "кислородное" ядро проводит звук чуть быстрее, чем его "серный" двойник.
Затем геофизики вычислили плотность ядра в каждом случае и проверили результаты моделирования, сравнивая полученную плотность и скорость звука с результатами сейсмического зондирования ядра нашей планеты.
Оказалось, что "кислородное" ядро не подходит для моделирования реального ядра Земли по ряду параметров - его плотность оказалась заметно ниже предсказываемой, и сейсмические волны в такой модели превышали максимально допустимую скорость примерно на 10%.
С другой стороны, плотность "серной" модели приближается к допустимым показателям, хотя и оно чуть плотнее реального ядра Земли. Скорость сейсмических волн совпадает с предсказываемыми значениями на границе с внутренним ядром, но превышает их на 5% при приближении к границе мантии.
Убедившись в победе "серного" ядра, авторы статьи вывели химическую формулу материи, окружающий твердый центр Земли. По расчетам ученых, на один атом кислорода в ядре нашей планеты приходится 19 атомов серы и 180 атомов железа. Типичная скорость и плотность в этом случае совпадают с реальными наблюдениями, а разница в скорости у границ жидкого ядра укладывается в погрешности.
После этого геофизики проанализировали другие комбинации долей кислорода и серы. Исследователи пришли к выводу, что все модели с концентрацией кислорода выше 2,5% будут сильно отклоняться от реальных показателей. Авторы полагают, что сходство их "серной" модели и настоящего ядра Земли можно улучшить, если добавить в него небольшое количество кремния.
