Дефицит плотности ядра Земли в два раза превысил предыдущие оценки
Или температура ядра должна быть существенно выше
Японские геофизики обнаружили, что либо дефицит плотности, либо температура ядра Земли должны быть существенно больше предыдущих оценок. Такой вывод они сделали на основе уточненных измерений при экстремально высоких давлениях, на уровне нескольких мега атмосфер. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Точное представление о составе ядра Земли важно для понимания планетарной эволюции и геодинамики. К сожалению, образцы вещества из глубоких недр Земли для анализа недоступны. Поэтому наши знания о строении ядра базируются на сравнении лабораторных измерений с сейсмологическими наблюдениями, информацией о составе метеоритов и данных о температуре ядра.
Чтобы объяснить меньшую плотность ядра по сравнению с плотностью железа, ученые уже выдвигали предположение, что земное ядро содержит легкие элементы. Однако этот вывод критически зависит от наличия точной шкалы давления, необходимой для сопоставления давления, полученного в лаборатории, с геологическим давлением. В предыдущих исследованиях ученые использовали шкалу давлений, основанную во многом на экстраполяции и приближениях, особенно в области экстремально высоких значений. При этом результаты прошлых исследований ограничивались давлениями порядка одной мега атмосферы.
Дайдзе Икута (Daijo Ikuta) из Университета Тохоку с коллегами исследовал продольные и поперечные акустические скорости в образце рения, размещенного в ячейке с алмазными наковальнями в условиях экстремального давления. Ученые использовали метод неупругого рентгеновского рассеяния для измерения энергий продольных и поперечных мод в образце и рентгенографию для определения его плотности. Высокооптимизированная установка с размером луча пять микрометров и специальной оптикой для уменьшения фона позволила ученым расширить диапазон исследований до нескольких мега атмосфер.
Геофизики решили уравнение конечного состояния, используя полученные значения акустических скоростей и плотности образца. Это уравнение основано на теории конечной деформации с изотермическим модулем объемного сжатия и плотностью. Оно устанавливает связь между плотностью и первичным давлением на масштабах нескольких мега атмосфер. В результате ученые получили параметры уравнения, которые сходятся с предыдущими исследованиями до давления порядка 0,8 мега атмосферы, но начинают существенно отличаться при увеличении давления. Расхождение достигает 20 процентов при плотности 30 грамм на кубический сантиметр и продолжает расти с увеличением давления.
Чтобы понять влияние полученной калибровки шкалы по рению, ученые провели одновременные измерения с рением, гексагональным плотноупакованным железом и оксидом магния MgO при одинаковых давлениях путем лазерного отжига образцов для минимизации девиантных напряжений. Полученные решения уравнения состояния для гексагонального плотноупакованного железа в шкале рения также совпали с результатами предыдущих измерений в области до примерно одной мега атмосферы, но существенно разошлись при более больших давлениях.
На основании пересчета по шкале давлений по рению ученые получили, что плотность ядра Земли должна быть на 8 ± 2 процента меньше чем у гексагонального плотноупакованного железа. Это значимо больше предыдущих оценок от трех до пяти процента. Такие результаты геофизики получили для давлений порядка 3,3 мега атмосфер и температур около шести тысяч градусов — типичных оценках условий для внутреннего ядра Земли. Если же считать, что предыдущие оценки дефицита плотности верны, то тогда температура ядра должна быть на три тысячи градусов выше.
Как показывает это исследование, ядро нашей планеты еще довольно плохо изучено. И не только по составу. Например, недавно китайские ученые обнаружили, что ядро Земли существенно замедлилось. Об этом и более подробно о том, как ученые изучают недра нашей планеты, читайте в нашем материале «Докрутились».
Оно не связано с падением метеорита
Планетологи не нашли свежего ударного кратера, который мог быть связан с рекордно мощном марсотрясением, обнаруженном в прошлом году станцией InSight. Это говорит о том, что источник сейсмических волн находился под поверхностью планеты — предположительно, в средней коре. Статья опубликована в журнале Geophysical Research Letters. То, что Марс сейсмически активен до сих пор, было надежно доказано весной 2019 года, когда автоматическая станция InSight впервые зафиксировала марсотрясение. С тех пор было обнаружено более 1,3 тысячи сейсмических событий, некоторые из них связаны с процессами внутри Марса, а другие — с ударными событиями. 4 мая 2022 года станция InSight обнаружила марсотрясение, обозначенное как S1222a, обладавшее магнитудой 4,7 — самое мощное из зарегистрированных. Его источник находился к югу от системы разломов Борозды Цербера, а само марсотрясение демонстрировало наличие поверхностных волн, которые регистрировались до этого всего дважды, причем в обоих случаях события были связаны со свежими ударными кратерами диаметром 100–200 метров. Однако существовали и явные отличия S1222a от марсотрясений, вызванных падениями метеороида — в частности, наличие волн Лява. Группа планетологов во главе с Бенджамином Фернандо (Benjamin Fernando) из Оксфордского университета решила разобраться в природе самого мощного марсотрясения. Ученые решили отыскать потенциальный ударный кратер, так как расчеты показывали, что его диаметр мог быть более трехсот метров, на снимках поверхности Марса, полученных орбитальными аппаратами «Тяньвэнь-1», Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN, Mars Express, Mars Odyssey, TGO, Al Amal и «Мангальян». Исследователи не обнаружили никаких свежих темных пятен (зон взрыва) или воронок, а также необычных атмосферных явлений, таких как пылевые облака. Это позволяет с высокой степенью уверенности говорить, что событие S1222a не было связано с падением метеороида, а было связано с подповерхностным источником. Предполагается, что это мог быть надвиговый разлом в средней коре Марса на глубине от 18 до 28 километров. Ранее мы рассказывали о том, как станция InSight помогла оценить скорость сокращения марсианских суток.
