Температура близ центра Земли, по новым данным, равна 6 000°C — на
тысячу градусов больше, чем показал аналогичный эксперимент, проведённый
20 лет назад.
Тем самым подтверждается правота геофизических моделей, которые говорят о
том, что перепад температур между твёрдым ядром и мантией над ним
должен составлять по меньшей мере 1 500°C, иначе невозможно объяснить
существование геомагнитного поля.
Кстати, заодно удалось установить, почему ошиблись авторы предыдущего исследования.
Так
воспроизводили условия в центре Земли: термоизолированная железная
пылинка помещается между острыми концами двух алмазов, которые сжимают
её, пока лазер нагревает. Затем за дело берётся рентгеновское излучение.
(Изображение авторов работы.)
Ядро Земли состоит в основном из шара жидкого железа с температурой 4
000°C и «плотностью» более 1,3 млн атмосфер. В этих условиях оно
настолько жидкое, что его можно сравнить с водой в океанах. Лишь в самом
центре планеты, где давление и температура ещё выше, железо переходит в
твёрдую фазу. Анализ вызванных землетрясениями сейсмических волн,
проходящих сквозь Землю, позволяет судить о толщине обоих ядер и даже о
том, как с глубиной возрастает давление. Но эти волны ничего не говорят о
температуре, которая оказывает большое влияние на движение материала
внутри жидкого ядра и твёрдой мантии над ним. Более того, именно перепад
температур между мантией и ядром считается главным фактором
крупномасштабных термических перемещений, которые вместе с вращением
Земли создают нечто вроде динамо-машины, порождающей магнитное поле
планеты. Распределение температур внутри Земли лежит также в основе
геофизических моделей, объясняющих возникновение и активную деятельность
вулканов в таких местах, как Гавайи или Реюньон.
Выяснить температуру в центре Земли можно путём экспериментов с плавкой
железа под разным давлением: алмазный пресс позволяет сжимать крошечные
образцы до нескольких миллионов атмосфер, тогда как лазерный луч
нагревает их до 4–5 тыс. градусов. Конечно, описать это в двух строках
намного проще, чем осуществить в лаборатории: предстоит позаботиться о
теплоизоляции образца, о том, чтобы он не реагировал со своим окружением
и пр. К тому же разогреть железо до температуры центра Земли можно лишь
на несколько секунд, а за это время не так-то просто понять, начало оно
плавиться или нет.
Сотрудники Комиссариата ядерной энергетики Франции и европейского ускорительного комплекса ESRF
в Гренобле (тоже Франция) разработали новую технологию, основанную на
порождённом синхротроном интенсивном рентгеновском излучении: всего за
секунду его дифракция позволяет определить, твёрд образец, жидок или
частично расплавлен. В течение этой секунды можно удержать температуру и
давление на постоянном уровне, а также предотвратить протекание
химических реакций.
Исследователи довели температуру плавления железа до 4 800°C, а давление
— до 2,2 млн атмосфер. Затем данные экстраполировали, чтобы выяснить
температуру при давлении 3,3 млн атмосфер, характерном для границы между
жидким и твёрдым ядром, и выяснили, что она должна составлять 6 000 ±
500°C. Значение может оказаться несколько иным, если железо испытывает
неизвестный фазовый переход между измеренным и экстраполированным
показателями.
Так почему же Райнхард Бёлер из Химического института Общества им. Макса
Планка (ФРГ) и его коллеги в 1993 году сообщили о другой температуре —
примерно на тысячу градусов ниже? Дело в том, что начиная с 2 400°C на
поверхности образца начинается рекристаллизация, что приводит к
динамическим изменениям кристаллической структуры твёрдого железа.
Двадцать лет назад учёные определяли, расплавилось железо или нет,
оптическим методом, и вполне возможно, что рекристаллизация была
интерпретирована как плавление.
А так это выглядит в лаборатории ESRF. В глубине кадра скрывается соавтор исследования Гийом Морар.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
