На околицях земного ядра можуть перебувати хімічні елементи, залишки від утворення Землі 4,5 мільярда років тому, що нагадують грудочки тіста під час приготування пирогів.
Такими є результати дослідження, проведеного вченими з Університету Юти, які вивчали так звані "наднизькошвидкісні зони" на межі ядра і мантії.
Для дослідження надр Землі геологи використовують сейсмічні хвилі. На основі відбиття і заломлення звукових хвиль, вчені роблять висновки про будову планети.
Оскільки сейсмічні хвилі в цих зонах сповільнюються вдвічі, вони мають наднизьку швидкість, а щільність матеріалу збільшується на третину.
Дослідницька група змоделювала процес утворення зазначених зон і з'ясувала, що вони являють собою щільні шари магми, що утворилися після зіткнення з Місяцем.
Матеріал осідав на дно, створюючи шарувату структуру. Надалі цей матеріал був витіснений мантією в малі зони.
Фото: карта надр Землі з позначенням наднизькошвидкісних зон (жовтий колір) над зовнішнім ядром, а також матеріалу кори, що опускається (синій колір), і "суперплюмів" (червоний колір).
Інші теорії пояснення зон наднизьких швидкостей
Професор Торн і його колеги під час дослідження дійшли висновку, що деякі наднизькошвидкісні зони могли утворитися в результаті тих самих процесів, що лежать в основі походження Землі і Місяця.
Проте існують альтернативні теорії, що пояснюють утворення ультранизькошвидкісних зон.
Фахівці вважають, що розплавлена морська кора, згодом реабсорбована в мантію, могла сприяти виникненню досліджуваних геологічних явищ.
Професор Торн зазначив, що серед усіх особливостей, виявлених на глибинах мантії, саме наднизькошвидкісні зони є найбільш екстремальними.
Спочатку геологи припускали, що такі зони можуть бути областями, де нижня частина мантії частково розплавилася, і при цьому є джерелом магми для вулканічних "гарячих точок", наприклад, таких як в Ісландії.
Однак більшість таких зон не знаходяться під гарячими точками вулканів.
У своєму дослідженні вчені також спробували спростувати альтернативну теорію, згідно з якою наднизькошвидкісні зони можуть складатися з порід з іншим, більш давнім складом, ніж інша мантія.
Можливо, вони являють собою скупчення залізного оксиду або глибоко розташованої іржі.
Якщо поруч із ядром присутні такі скупчення, вони впливають на магнітне поле Землі, яке створюється в зовнішньому ядрі.
"Фізичні характеристики областей наднизьких швидкостей пов'язані з їхнім походженням", - заявляє сейсмолог Сурія Пачхай з Австралійського національного університету.
На зображенні представлена модель однієї півкулі, що демонструє розташування двох областей наднизьких швидкостей (червоний колір) і Тихоокеанського суперплюма (напівпрозорий червоний колір).
Науковці сфокусували свої зусилля на областях, що знаходяться під Кораловим морем, між Австралією і Новою Зеландією.
Ця місцевість чудово підходить для досліджень, оскільки в ній проявляється високий рівень сейсмічної активності, що дало змогу команді скласти карту з високою роздільною здатністю кордону між ядром і мантією Землі.
За словами доктора Пачхай, геологи розробили альтернативну модель Землі і потім провели комп'ютерне моделювання, яке демонструвало, який вигляд мають сейсмічні хвилі на такій Землі.
Також моделі дослідників вказують на те, що досліджувані області, ймовірно, містять внутрішні структури, зокрема, шари, які можуть допомогти визначити, як вони, найімовірніше, утворилися.
Команда вважає, що походження областей наднизьких швидкостей пов'язане з раннім етапом розвитку планети, коли Земля зазнавала фракціонування: щільне залізо опускалося в ядро, а менш щільні мінерали піднімалися вгору.
Одна з альтернативних теорій стверджує, що планетарний об'єкт розміром з Марс, званий Тейя, зіткнувся з молодою Землею, викинувши уламки на орбіту Землі для утворення Місяця і одночасно значно збільшивши температуру планети.
У результаті сформувалася величезна кількість розплавленого матеріалу. Під час охолодження цей "океан" влаштовувався - найщільніші хімічні елементи опускалися на дно мантії, формуючи шари щільнішої субстанції.
Мільярди років перемішування матеріалу призвели до поділу щільних шарів на маленькі ділянки, створивши зони наднизьких швидкостей, які сьогодні виявлені за допомогою сейсмічної томографії.
Доктор Пачхай зазначає, що "головне і найбільш вражаюче відкриття полягає в тому, що зони наднизьких швидкостей не є однорідними і містять сильні внутрішні неоднорідності (структурні або композиційні відмінності)".
"Це відкриття змінює наше бачення походження і динаміки зон наднизьких швидкостей. Ми виявили, що цей тип зон може бути пояснений хімічними неоднорідностями, що виникли на найбільш ранніх етапах історії Землі".
Как виникло магнітне поле Землі
Вважається, що магнітне поле, яке оберігає нашу планету, генерується земним ядром.
Хоча жодна людина ще не побувала в центрі ядра Землі, вчені досліджували сейсмічні хвилі від землетрусів і зуміли визначити його передбачувану структуру.
У центрі Землі розташовується тверде ядро, що складається в основному із заліза, і його розмір перевищує розмір Місяця на дві третини.
Це залізо має таку ж високу температуру, як і поверхня Сонця, але через тиск, спричинений гравітацією, воно не переходить у рідкий стан.
Зовнішнє ядро являє собою 2 000-кілометровий шар заліза, нікелю та інших металів.
Оскільки тиск тут менший, ніж у внутрішньому ядрі, метал перебуває в рідкому стані.
Зміни температури, тиску і складу в зовнішньому ядрі призводять до конвекційних потоків, оскільки гаряча, щільна матерія опускається, а холодна піднімається.
Обертання Землі створює "силу Коріоліса", яка формує вихрові течії. Потік рідкого заліза генерує електрику, яка, своєю чергою, породжує магнітні поля.
Геодинамо, впливаючи під впливом сили Коріоліса, скручує магнітні поля, які вирівнюються в одному напрямку і об'єднуються в одне велике магнітне поле, що оточує нашу планету.
Журнал Nature Geoscience опублікував повні результати дослідження.
