Под нашими ногами скрывается парадокс: центр Земли ведёт себя сразу по-двум правилам

Внутреннее ядро Земли, как выяснилось, устроено сложнее, чем считалось десятилетиями. Учёные подтвердили, что вещество в самом центре планеты может одновременно вести себя как твёрдое тело и как жидкость. Это объясняет странности в поведении сейсмических волн, которые долгое время не укладывались в классические модели. Об этом сообщает издание National Science Review.

Что такое суперионное состояние и почему оно важно

Речь идёт о так называемом суперионном состоянии вещества. В нём атомы одного элемента формируют жёсткую кристаллическую решётку, а атомы другого свободно перемещаются внутри неё, напоминая жидкость. Для внутреннего ядра Земли это означает, что железо сохраняет твёрдую структуру, тогда как более лёгкие элементы, включая углерод, остаются подвижными.

Такое сочетание свойств меняет представление о "твёрдом ядре" как о монолитной сфере. Оно оказывается динамичной средой, способной иначе проводить механические колебания. Именно этим учёные объясняют замедление сейсмических волн, проходящих через центр планеты, что ранее вызывало споры и альтернативные гипотезы в рамках геофизики Земли.

Как удалось воссоздать условия центра Земли

Проверить эту идею можно было только экспериментально. Исследователи создали в лаборатории экстремальные условия, максимально приближённые к тем, что существуют на глубине более шести тысяч километров. Для этого применили установку, известную как газовая пушка.

С её помощью микрочастицы сплава железа и углерода разгоняли до огромных скоростей и сталкивали между собой. На доли секунды в образце возникали колоссальные давление и температура, сравнимые с параметрами внутреннего ядра. Этого времени оказалось достаточно, чтобы зафиксировать физические свойства материала.

Эксперимент показал резкое снижение скорости распространения упругих волн. Это считается ключевым признаком суперионной фазы и хорошо согласуется с данными сейсмологии и исследованиями процессов, происходящих в глубинах планеты.

Почему это открытие меняет геофизику

Полученные результаты затрагивают не только строение ядра, но и более широкие процессы внутри планеты. От состояния вещества в центре Земли напрямую зависит механизм генерации магнитного поля, которое защищает атмосферу и всё живое от солнечной радиации.

"Впервые удалось экспериментально подтвердить крайне низкую скорость сдвига железоуглеродистого сплава в условиях, близких к внутреннему ядру", — заявил руководитель исследования, физик Юцзюнь Чжан, как сообщает National Science Review.

Таким образом, суперионное состояние помогает связать данные лабораторных экспериментов, наблюдения сейсмологов и теории о происхождении геомагнитного поля в единую картину.

Сравнение классической модели ядра и новой гипотезы

Традиционная модель описывала внутреннее ядро как полностью твёрдое образование, состоящее в основном из железа. В такой системе скорость прохождения волн должна быть относительно стабильной и высокой. Новая гипотеза предполагает более сложную структуру, где твёрдая решётка сосуществует с подвижными атомами лёгких элементов.

В результате классическая модель плохо объясняет аномалии в данных землетрясений, тогда как суперионное состояние логично вписывается в наблюдаемую картину. Оно также лучше согласуется с современными представлениями о химическом составе ядра.

Плюсы и минусы новой интерпретации

Новая концепция выглядит многообещающей, но требует дальнейшей проверки.

К преимуществам относят следующее:

• она объясняет замедление сейсмических волн без введения экзотических допущений;
• позволяет уточнить модели формирования магнитного поля;
• согласуется с экспериментами при экстремальных давлениях и температурах.

При этом остаются и ограничения:

• лабораторные эксперименты длятся доли секунды и не воспроизводят длительные процессы;
• состав ядра всё ещё изучен не полностью;
• модель нуждается в подтверждении дополнительными расчётами и наблюдениями.

Советы шаг за шагом: как учёные изучают недра Земли

1. Анализируют данные сейсмографов после сильных землетрясений.

2. Сравнивают скорость и характер волн с теоретическими моделями.

3. Проводят эксперименты с материалами при экстремальных условиях.

4. Объединяют результаты в комплексные геофизические модели.

Популярные вопросы о суперионном состоянии ядра Земли

Что такое суперионная фаза простыми словами?

Это состояние, при котором вещество одновременно сохраняет твёрдую структуру и ведёт себя частично как жидкость.

Может ли это повлиять на жизнь на поверхности?

Косвенно — да, поскольку состояние ядра связано с магнитным полем Земли, защищающим планету.

Окончательно ли доказана новая модель?

Пока речь идёт о сильных экспериментальных подтверждениях, но исследования продолжаются.