Кристаллизация диоксида кремния в ядре Земли поддерживает геомагнитное поле

Международная группа ученых выяснила роль соединений кремния и кислорода в эволюции земного ядра. Кристаллическая фаза соединения этих двух неметаллов оказалась неожиданно важной для поддержания высокой температуры. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Земное ядро состоит преимущественно из расплавленных металлов, но значение его плотности, которое на 10% ниже, чем у чистого железа, говорит о существенной примеси более легких элементов. Моделирование условий в ядре при высоких давлениях и температурах предсказывают наличие как кремния, так и кислорода в качестве примесей. «Мы думаем, что в ядре одновременно присутствуют многие сплавы, однако мы не знаем точных пропорций каждого элемента», — говорит первый автор статьи Ки Хироси из Токийского технологического института.

В предыдущих работах только двухэлементные системы (такие как Fe–Si и Fe–O) изучались под высоким давлением. В новой работе ученые решили выяснить поведение трехэлементной системы Fe–Si–O в алмазной наковальне при лазерном нагреве. Геофизики удивились, когда обнаружили после изучения образца под электронным микроскопом, что часть кремния и кислорода образовала кристаллы диоксида кремния такого же по составу вещества, что и кварц. «Этот результат оказался важным для понимания тепловой эволюции ядра, — говорит соавтор Джон Хернлунд. — Мы были взволнованы, потому что наши вычисления предсказывали, что кристаллизация диоксида кремния может быть огромным источником энергии и таким образом питать геомагнитное поле».

Кристаллизация диоксида кремния приводит к выделению энергии, так как он менее плотный по сравнению с металлами и будет всплывать на поверхность ядра, таким образом стимулируя конвекцию, которая из-за трения вызывает разогрев. Считается, что конвеция также ответственна за механизм геодинамо, порождающий магнитное поле планеты. Также этот процесс приводит к изменению состава ядра, так как кремний и кислород будут покидать внутренние области. Когда один из этих элементов закончится, то процесс кристаллизации остановится, и ядро станет остывать быстрее.