Ядро Земли может быть гораздо холоднее, чем думали ученые

Температура земного ядра может быть примерно на 1000°C ниже, чем считалось ранее. К такому выводу пришла группа исследователей, предложившая новый способ измерять температуру плавления железа при давлениях, сопоставимых с условиями в центре планеты, сообщает Science.org. Они предлагают возможное решение давней загадки: каким образом магнитное поле Земли сохранялось миллиарды лет до появления твердого внутреннего ядра.

Парадокс молодого ядра

Ядро Земли состоит преимущественно из железа. Жидкая внешняя часть окружает твердое внутреннее ядро. Магнитное поле создается движением расплавленного железа во внешнем ядре и существует как минимум 4 млрд лет. Сегодня геодинамо поддерживается затвердеванием внутреннего ядра. Но некоторые модели показывают, что внутреннее ядро начало формироваться лишь около 0,5 млрд лет назад. Возникает вопрос: что питало магнитное поле в предыдущие 3,5 млрд лет?

Специалист по высокому давлению из Института Карнеги Майкл Уолтер и коллеги более пяти лет разрабатывали новую методику. Они сжимали крошечные образцы железа между алмазными наковальнями при давлении почти 2 млн атмосфер, что близко к давлению во внешнем ядре. Вместо лазерного нагрева использовали электрические импульсы с интервалом в микросекунды — для точного контроля. Искали не прямые признаки плавления, а характерную остановку роста температуры, так как поступающая энергия тратится на плавление, а не на нагрев.

Новые оценки

При давлении на границе внутреннего ядра чистое железо плавится при температуре 4420–5220 кельвинов — более чем на 1000°C ниже прежних оценок. С учетом легких элементов в реальном ядре центральная оценка — около 4284 кельвинов.

Новые температуры плавления и оценка теплопроводности железа были внесены в модели тепловой эволюции Земли. Оказалось, что одного охлаждения ядра могло быть достаточно для поддержания магнитного динамо почти всю историю планеты — до начала кристаллизации внутреннего ядра. Низкие температуры делают этот сценарий более вероятным.

Гипотеза также ставит под сомнение объяснение гигантских областей над ядром, где сейсмические волны замедляются (их связывают с расплавленной породой). Если ядро холоднее, породам труднее плавиться.