Ученые: ядро Земли может быть сложено из "кубиков" железа

Российско-шведские физики показали, что ядро Земли может состоять из кубических кристаллов железа, что могло бы объяснять неоднородности в структуре ядра и некоторые другие странности в его свойствах, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

"Нам впервые удалось показать, что кубическое железо может существовать в стабильном виде при высоких температурах и давлениях. Формирование таких кристаллов в ядре планеты может объяснят то, почему его структура выглядит столь неоднородной при сейсмическом сканировании, и почему ядро слабо сопротивляется сдвигам и растягиванию - атомы в нем будут двигаться очень легко и перераспределять нагрузку", - рассказывает Анатолий Белоножко из Королевского технологического института в Стокгольме (Швеция) и его коллеги.

Ядро нашей планеты, как сегодня считают ученые, состоит из двух слоев - твердого металлического ядра в центре, и окружающего его слоя из жидкого железа и никеля. Эта металлическая "жидкость" не стоит на месте, а постоянно движется, подобно воде в кипящем чайнике, и это движение порождает магнитное поле, защищающее жизнь на Земле от космических лучей, вспышек на Солнце и других опасных космических феноменов.

То, как происходит это движение, сегодня никто не знает, так как заглянуть в ядро Земли, используя сейсмические приборы, фактически невозможно, из-за чего ученым приходится изучать его тайны при помощи математических моделей и лабораторных опытов по воспроизведению условий в ядре при помощи сверхмощных прессов и наковален.

Недавно ученые обнаружили, что ядро Земли крайне неоднородно по своей структуре, что заставило их подозревать, что внутри него есть не два, а три слоя, а еще одна группа геологов обнаружила необычные "пузыри" из железа, которые поднимаются из ядра в мантию. Открытие подобных аномалий заставило Белоножко и его коллег задуматься о том, что наши представления о том, как ведет себя железо внутри ядра, могут быть полностью неверными.

Как объясняют ученые, долгое время физики и геологи считали, что ядро Земли состоит из шестиугольных кристаллов, похожих по форме на "обрубленные" цилиндры с шестью гранями. Такие структуры, как показывали первые опыты с алмазными наковальнями, сохраняют стабильность при высоких давлениях и относительно низких температурах, что считалось нормой для ядра планеты.

Недавние опыты с другими металлами, по словам Белоножко и его коллег, показали нечто иное - при достижении достаточно высокой температуры, 5200 градусов Кельвина, железо и похожие на него металлы будут превращаться из шестиугольников в кубические кристаллы. Они будут похожи по структуре на то, как выглядят кристаллы лития и ряда других металлов, в том числе и самого железа, при комнатных температурах и давлениях. По своей форме эти кристаллы похожи на кубы из восьми атомов, в центре между которыми находится еще один атом железа.

Атомы в таких кубических кристаллах расположены менее плотно, чем в шестиугольной кристаллической решетке, за счет чего они сохраняют более высокую подвижность и легче меняют положение при нагрузках, особенно если весь кристалл содержит в себе большое количество атомов.

Как показывают расчеты ученых, все эти условия могут исполняться в ядре Земли, где господствуют давления до 3,5 миллиона атмосфер, температура в примерно 6 тысяч градусов Кельвина и есть все условия для формирования крупных кристаллов. Как отмечают исследователи, их коллеги, скорее всего, уже видели кристаллы железа при таких условиях, однако они неправильно проинтерпретировали результаты экспериментов, посчитав следы кубических кристаллов артефактами, порожденными движением атомов.

Если ядро Земли действительно состоит из "кубиков", то тогда это должно особым образом отражаться на рентгеновских снимках его пород, а также в необычных температурах плавления железа в его недрах. И то и другое, как надеются ученые, в будущем нам удастся измерить и проверить, правы они или нет.